[发明专利]一种液晶红外偏振光栅及其制备方法

说明书

本发明公开了一种液晶红外偏振光栅及其制备方法，所述的液晶红外偏振光栅包括：红外基板，位于所述红外基板上的光控取向层，以及位于所述光控取向层上的液晶层，所述液晶层具有分子指向矢方向呈周期性渐变的分布，所述的光控取向层由双折射元件进行偏振曝光制备而成。光控取向工艺简便可行，为制备一种红外液晶偏振光栅提供了新思路。红外液晶偏振光栅可应用于红外波段的光束偏转、偏振分离、偏振成像等领域。本发明通过光控取向技术制备的红外液晶偏振光栅，具有在红外波段的超高衍射效率等优良性能。本发明的优点在于其采用基于双折射棱镜的曝光方法，曝光光路结构简单，元件易获取；可灵活调节液晶层厚度以匹配不同红外波段；光栅周期可通过更换双折射棱镜灵活调整；实现高衍射效率、低成本且具有实用价值的红外偏振光栅器件的制备。

技术领域

本发明涉及的一种液晶红外偏振光栅及其制备方法，是一种新型红外偏振光栅及其制备方法。此红外光栅与传统红外光栅相比，具有制备方法简单、稳定、成本较低、偏振依赖特性、衍射效率较高等优势。

背景技术

液晶偏振光栅是一种几何相位光学器件，将入射的自然光或者线偏振光衍射成为两束在空间上相互分离、旋向相反的圆偏振光，如图2所示。在入射光为圆偏振光时，出射光束为一束与入射圆偏光旋向相反的的圆偏振光。并且，在偏振光栅的厚度满足半波条件时，具有理论100％的衍射效率。

液晶偏振光栅具有理论100％衍射效率的原因是其按照正弦规律变化的液晶分子主轴排布，液晶分子主轴在x方向上呈现正弦变化，主轴每转过180°称为一个周期。同时液晶偏振光栅具有偏振依赖特性，根据入射光偏振态的不同，将入射光分成左旋和右旋部分在±1级次出射。

在本发明中，采用了光控取向技术使液晶分子按照上述正弦变化方式排列。其基本原理是利用偶氮染料的光敏特性进行曝光，进一步对液晶分子进行取向。本发明中采用的取向材料是偶氮染料SD1，其分子式如图3所示。在使用蓝紫线偏振光照射时，SD1会呈现与照射光偏振方向相垂直的取向方向。为了实现偏振光栅连续变化的取向，需要给取向层照射偏振方向连续变化的线偏光。而本发明采用基于双折射棱镜的曝光光路，对入射光进行偏振调制。

本发明中液晶红外偏振光栅在红外波段拥有极高的衍射效率，需要满足液晶层厚度匹配半波条件，同时配合高红外透过率的光栅基板材料、液晶材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液晶红外偏振光栅，解决传统红外光栅无偏振依赖特性、衍射效率低、成本高昂等问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于光控取向的液晶红外偏振光栅及其制备方法，其特征在于，包括：红外基板、光控取向层、液晶层；

所述红外基板，具有稳定的化学性质、较高红外透过率与物理硬度特性；

所述光控取向层，具有在红外波段无明显吸收峰且具备较高透过率特性，由光敏偶氮染料SD-1溶于溶剂后经旋涂烘烤制成纳米量级膜层；

所述液晶层，具有在红外波段具有较高透过率特性，液晶分子主轴沿x方向呈正弦变化，液晶层厚度与红外工作波段相匹配，在较宽光谱范围内具有高衍射效率。

本发明中液晶基板包括红外基板、光控取向剂SD1，红外基板用于提供高红外透过率，光控取向剂SD1用于记录曝光光路的曝光图案、实现对液晶分子在水平方向光轴的控制。

本发明中可聚合液晶单体沿基板平面周期性排布，液晶的光轴在一个周期内连续变化，并满足如下关系式：

式中代表x位置处液晶分子的指向矢，Λ是液晶偏振光栅的周期。

同时调整液晶层厚度，匹配红外波段达到最佳衍射效率，使厚度满足如下半波条件关系式：

d＝λ₀/2△n