[发明专利]一种初始态为VA态的液晶偏振光栅

说明书

一种初始态为VA态的液晶偏振光栅涉及液晶偏振光栅技术领域，解决了获得0级调制出射时受温度、电压漂移而变化的问题，包括顺次设置的第一基板、第一ITO导电薄膜、第一光控取向膜、液晶层、第二光控取向膜、第二ITO导电薄膜和第二基板，当对液晶偏振光栅不施加驱动电压时，液晶偏振光栅对入射到其上的入射光不产生衍射，当对液晶偏振光栅施加驱动电压时，液晶偏振光栅对入射到其上的入射光产生衍射。本发明在不施加电压状态时出射光全部为零级光，这种液晶偏振光栅器件在驱动电压为零时不调制光，出射光全部为零级光，解决了原有液晶偏振光栅器件获得0级调制出射时受温度、电压漂移而变化的问题。

技术领域

本发明涉及液晶偏振光栅技术领域，具体涉及一种初始态为VA态的液晶偏振光栅。

背景技术

液晶器件除了显示应用外，液晶器件还可以用在光学系统中调节光的位相、强度、偏振态等参数，此时它被称作波前校正器、空间光调制器、偏振旋转器等。

基于面阵像素结构和一维线栅的液晶空间光调制器能在电压调制下形成闪耀光栅，用于进行光束偏转时具有精度高、近似连续可调等优点，但由于该类器件的单个像素(或单条像素)尺寸不可能做得太小，为数微米量级，当采用多级量化法即用多个像素排成准连续斜面形成闪耀光栅时，闪耀角对可见近红外光束来说一般都小于3°，限制了它在特定领域进行应用。

近年国际上又提出一类光栅器件，其中液晶分子的指向矢在基板面的特定方向上呈周期性排列而形成一维光栅，示意图见图1。这种光栅在施加不同电压时可使入射的圆偏振激光束依次产生0，+1，-1级衍射，使光束最大可以产生15°以上的偏折角度，该器件被称为液晶偏振光栅。液晶偏振光栅是一种基于几何相位原理的新型光栅，器件中液晶分子指向矢的排布在基板面内呈一维的周期结构，周期为Λ，其指向矢的方位角呈连续线性变化，同一周期的一个单元中不同位置的液晶分子在基板平面内具有不同的方位角，图1中的微小线段代表长棒状液晶分子。当圆偏振光入射到液晶偏振光栅器件上时，且器件的位相调节量为半个波长时，光栅对光束产生高效率的一级衍射，其理论衍射效率可达到100％；当液晶偏振光栅被施加特定的电压、器件的位相调节量减少到0时，光栅器件则不对圆偏振光产生衍射，能量集中在0级。因此，液晶偏振光栅是一种可以对圆偏振光束进行偏转的光学元件，在光开关、激光扫描系统、滤光片、偏振成像系统等领域有着明确的应用前景。

液晶偏振光栅通常采用偏振全息法进行制备，其原理制备光路如图2所示，它是利用两束正交的圆偏振光以小角度Φ叠加时，干涉光场为偏振方向空间性线性变化的线偏振光，利用液晶光控取向层记录下该光场，再完成液晶分子的取向，当液晶分子到达这些经过辐照的基片表面时，可按照设计的取向方向进行排列形成条纹状的液晶偏振光栅，如图3。由于该光栅采用干涉法形成，理论上可制备出周期最小为1um的光栅结构。若波长为550nm的光入射到周期为1微米的液晶偏振光栅，可产生约33.4度的偏折效果(正负1级衍射)，该偏折角度远高于第一种液晶闪耀光栅。

近年来，国内外的研究者从制备方法到光学效果，对液晶偏振光栅进行了多方位的研究。2012年，香港科技大学李谭等研究了液晶偏振光栅的光束斜入射时的衍射效率问题，并利用相位补偿技术设计了与宽波段液晶偏振光栅具有类似结构的双扭曲层的液晶偏振光栅，拓宽了这种器件的入射视场。2015年，陆延青等利用微缩投影曝光系统制备出了叉形液晶偏振光栅和基于双频液晶的液晶偏振光栅。2017年，中国兵器装备研究院的徐林等设计了一种新型的可制备大口径的液晶偏振光栅的曝光装置。2018年，北京航空航天大学的郭琦等将液晶偏振光栅与基于铁电液晶的相位开关相结合实现了快速响应的光束偏振器件。2019年，穆全全等在申请号CN201910388318.4名称为《一种液晶偏振光栅的制备方法》的专利中提出一种使用楔形液晶盒光路而不是干涉光路的液晶偏振光栅的制备方法，具有简单可靠、成本低、方法灵活等特点；王启东等在申请号CN201910390919.9名称为《一种反射式复合液晶偏振光栅及其制备方法》的专利中提出了一种反射式复合偏振光栅，可扩大液晶偏振光栅的偏转角度。