[發明專利]一種基于雙層向列相液晶的快響應相位延遲器

在審

• 申請號: 201811035827.0
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109031737A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 郭琦;閆可心;楊小倩;趙慧潔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02F1/133
• 分類號: G02F1/133;G02F1/13363
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于雙層向列相液晶的快響應相位延遲器，該發明是由兩片厚度相同的、光軸互相垂直的向列相液晶片構成，可實現電控相位延遲從零到最大值和最大值到零的連續、快速調控。可用于實時高精度光學測量、自適應光學和光學信息處理等。所述雙層向列相液晶相位延遲器主要包括起偏器、兩片厚度相同的平行取向向列相液晶片及驅動系統。該器件基于向列相液晶的電控折射率原理，通過合理的結構設計和電驅動匹配使得兩向列相液晶片的相位延遲互補，實現了相位延遲從低到高和從高到低的快速調控。

技術領域

本發明涉及的雙層向列相液晶相位延遲器，是基于向列相液晶的 電控折射率效應，通過合理的結構設計和電壓驅動兩個平行的向列相 液晶使得相位延遲互補，實現對入射光的相位延遲量進行從零到最大 值和最大值到零的連續、快速調制。

背景技術

相位延遲器是高精度光學測量、自適應和光學信息處理等現代光 學領域中的關鍵器件。相位延遲器主要分為機械式延遲器、電光式延 遲器、壓光式延遲器、聲光式延遲器等。其中機械調節式延遲器具有 調節范圍窄、裝調難度大等缺點。聲光調制器雖然可以獲得較大帶寬， 但是衍射效率低。壓光式延遲器難以保證力的均勻性，受溫度影響較 大。

利用液晶材料來制備相位延遲器，它通過電壓控制液晶分子的折 射率來實現對光的相位延遲量。具有驅動電壓低、易控制、功耗小、 響應速度快、抗干擾能力強、價格便宜和體積小等優點，因而受到了 廣泛關注。對于傳統的液晶相位延遲器，使用的通常是向列相液晶， 傳統的向列相液晶隨著所加電壓的增加，相位延遲從高到低變化，這 個過程由電場控制，速度快，但是電壓減小從而使相位延遲從低到高 變化，這個過程跟液晶材料的參數有關，往往比較慢。這是向列相液 晶相位延遲器需要解決的難點問題。對此，本文提出了一種基于雙層 向列相液晶的快響應相位延遲器，該裝置由兩個平行取向的向列單元 組成，其取向方向對稱的分布在起偏器透偏方向兩側。通過合理的結 構設計和電壓驅動匹配使得兩個平行的向列相液晶進行相位延遲互 補，進而實現了相位延遲從零到到最大值和最大值到零的連續、快速 調制。

發明內容

本發明的技術解決的問題是：利用雙層向列相液晶，彌補向列相 液晶驅動電壓從高到低變化時響應時間較慢的缺點，提供一種對入射 光的相位延遲量進行從零到到最大值和最大值到零的連續、快速調制 的相位延遲器。

本發明的技術解決方案是：一種基于雙層向列相液晶的快響應相 位延遲器，其包括：起偏器、兩片厚度相同的平行取向向列相液晶、 及驅動系統，如圖1所示。

起偏器：起偏器位于雙層向列相液晶相位延遲器最前端，將入射 光束轉換為線偏振光。

覆蓋氧化銦錫導電膜的光學玻璃及驅動系統：為向列相液晶層提 供外置驅動電場，使向列相液晶分子在不同幅度的電場驅動下進行均 勻排布。

向列相液晶層：兩個平行取向液晶片的層間隙相同，將雙層平行 取向的向列相液晶(PA1和PA2)放到起偏器后面。其中，兩片向列 相液晶在無外加電場時的指向矢方向正交，并且相對于起偏器的偏振 方向為45°,如圖2所示。

其中，向列相液晶相位延遲器是基于液晶的電控雙折射原理而制 成的。向列相液晶分子呈棒狀結構，其具有單軸雙折射性。當一束線 偏振光垂直入射到液晶片上時(光軸平行于表面)，使入射光的偏振 方向與液晶分子光軸夾角為45°，可分解為垂直光軸方向和沿光軸 方向的振動方向相互垂直的o光和e光，其折射率分別為n_o和n_e，通 過液晶時的相位差為δ＝2πΔnd/λ(Δn＝n_e-n_o)。當不加電壓時，液晶 分子平行排列，雙折射Δn最大，相位延遲量最大。給液晶加變化電 壓，液晶分子傾向外電場方向，產生變化傾角θ，傾斜角度由電場強 度的幅值決定而與電場強度極性無關。隨θ的變化，光的雙折射發生 變化，相位差也發生變化。因此，通過改變液晶兩端的電壓可連續調 節光學軸的指向，從而實現入射光相位延遲的連續可調。