[發明專利]一種單側取向有源液晶偏振光柵結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201811537151.5
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109375426B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 王啟東;穆全全;劉永剛;彭增輝;姚麗雙;李松振;趙志偉;王承邈;魯興海;曹召良;宣麗;李大禹;楊程亮;張佩光;徐煥宇;張杏云
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02F1/1337
• 分類號: G02F1/1337
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

本發明公布了一種單側取向有源液晶偏振光柵結構及其制備方法，屬于主動光電系統中的非機械式光束偏轉技術領域，主要針對目前有源液晶偏振光柵基板數目多、能量損失較大以及漏光較為嚴重等問題。該有源液晶偏振光柵的制備方法打破傳統的成盒、曝光取向的順序，采取了先基板曝光取向、再壓制成盒的單側取向模式。利用該有源液晶偏振光柵的結構及其制備方法能夠提高有源液晶偏振光柵的成盒均勻性、減少漏光并增加對比度，這種方法也使得液晶偏振光柵和波片組合一體化成盒技術成為現實。

技術領域

本發明屬于主動光電系統中的非機械式光束偏轉技術領域，具體是指一種單側取向有源液晶偏振光柵結構及其制備方法。

背景技術

在主動光電系統中，光束偏轉的范圍、精度、速度以及穩定性等因素往往決定了整個光電系統的性能，基于液晶光學相控陣的非機械式光束偏轉系統具有全電可編程控制、體積小、重量輕、損耗低、快速捷變、多目標同時識別與探測等巨大優勢，因此在激光雷達、激光通信、激光制導等領域具有廣泛應用前景。

一直以來，受相位凹陷、邊緣效應等影響，液晶光學相控陣的光束偏轉范圍有限成為制約其工程化應用的瓶頸性問題，為了能夠提高液晶光學相控陣的光束偏轉范圍，人們提出了很多方法，利用多片液晶偏振光柵的組合實現液晶光學相控陣偏轉角度的放大便是其中之一。

液晶偏振光柵是一種能夠實現大角度光束偏轉的新型元件，按照工作方式分類，液晶偏振光柵可以分為有源液晶偏振光柵和無源液晶偏振光柵。有源液晶偏振光柵是指受電壓控制的液晶偏振光柵，其一般與半波片組合使用，可以在電壓和半波片控制下使光束以近乎100％的衍射效率偏向三個級次(0級和±1級)，因此偏轉角度更為豐富，利用有源液晶偏振光柵的組合可以實現更多的偏轉角度。然而，目前情況下，單片有源液晶偏振光柵和單片半波片都需要兩個基板，光束通過有源液晶偏振光柵和半波片組合時會因為反射、散射、吸收等因素增加能量的損失。另外，當利用有源液晶偏振光柵和半波片的組合來實現大范圍、非連續的光束偏轉時，由于基板與基板之間存在空氣隙，這會增加整個系統的折射率不匹配，因此會進一步損失衍射能量。再有，有源液晶偏振光柵的成盒均勻性也是制約其實際應用的關鍵問題，盒厚不均勻帶來的問題便是出射光斑能量的不一致，從而導致漏光，降低對比度。為了解決以上問題，本發明打破傳統的成盒、曝光取向的順序，提出了先基板曝光取向、再壓制成盒的單側取向模式，利用該有源液晶偏振光柵的結構及其制備方法能夠提高有源液晶偏振光柵的成盒均勻性、減少漏光并增加對比度，使得液晶偏振光柵和波片組合一體化成盒技術成為現實。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單側取向有源液晶偏振光柵結構及其制備方法，解決目前有源液晶偏振光柵基板數目多、能量損失較大以及漏光較為嚴重等問題。

一種單側取向有源液晶偏振光柵結構，其特征在于：包括，

導電基板：用于對液晶分子施加電場，電場方向垂直于基板平面；

光控取向導電基板：用于使液晶分子沿平行于基板方向取向；

液晶層：沿光控取向方向規則排列。

本發明中導電基板包括玻璃基板、ITO導電薄膜，ITO導電薄膜接觸液晶層。

本發明中光控取向導電基板包括玻璃基板、ITO導電薄膜、光控取向劑，光控取向劑接觸液晶層。

本發明中液晶層內的液晶分子沿基板平面周期性排布，液晶的光軸在一個周期內連續變化，并滿足如下關系式：

式中代表x位置處液晶分子的指向矢，Λ是液晶偏振光柵的周期。

本發明提供一種單側取向有源液晶偏振光柵的制備方法，其特征在于：包括如下步驟，