[發明專利]一種液晶紅外偏振光柵及其制備方法

有效

• 申請號: 202010962325.3
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN111999933B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 郭琦;孫凌豪;趙慧潔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02F1/1335
• 分類號: G02F1/1335;G02F1/1337;G02F1/137
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本發明公開了一種液晶紅外偏振光柵及其制備方法，所述的液晶紅外偏振光柵包括：紅外基板，位于所述紅外基板上的光控取向層，以及位于所述光控取向層上的液晶層，所述液晶層具有分子指向矢方向呈周期性漸變的分布，所述的光控取向層由雙折射元件進行偏振曝光制備而成。光控取向工藝簡便可行，為制備一種紅外液晶偏振光柵提供了新思路。紅外液晶偏振光柵可應用于紅外波段的光束偏轉、偏振分離、偏振成像等領域。本發明通過光控取向技術制備的紅外液晶偏振光柵，具有在紅外波段的超高衍射效率等優良性能。本發明的優點在于其采用基于雙折射棱鏡的曝光方法，曝光光路結構簡單，元件易獲取；可靈活調節液晶層厚度以匹配不同紅外波段；光柵周期可通過更換雙折射棱鏡靈活調整；實現高衍射效率、低成本且具有實用價值的紅外偏振光柵器件的制備。

技術領域

本發明涉及的一種液晶紅外偏振光柵及其制備方法，是一種新型紅外偏振光柵及其制備方法。此紅外光柵與傳統紅外光柵相比，具有制備方法簡單、穩定、成本較低、偏振依賴特性、衍射效率較高等優勢。

背景技術

液晶偏振光柵是一種幾何相位光學器件，將入射的自然光或者線偏振光衍射成為兩束在空間上相互分離、旋向相反的圓偏振光，如圖2所示。在入射光為圓偏振光時，出射光束為一束與入射圓偏光旋向相反的的圓偏振光。并且，在偏振光柵的厚度滿足半波條件時，具有理論100％的衍射效率。

液晶偏振光柵具有理論100％衍射效率的原因是其按照正弦規律變化的液晶分子主軸排布，液晶分子主軸在x方向上呈現正弦變化，主軸每轉過180°稱為一個周期。同時液晶偏振光柵具有偏振依賴特性，根據入射光偏振態的不同，將入射光分成左旋和右旋部分在±1級次出射。

在本發明中，采用了光控取向技術使液晶分子按照上述正弦變化方式排列。其基本原理是利用偶氮染料的光敏特性進行曝光，進一步對液晶分子進行取向。本發明中采用的取向材料是偶氮染料SD1，其分子式如圖3所示。在使用藍紫線偏振光照射時，SD1會呈現與照射光偏振方向相垂直的取向方向。為了實現偏振光柵連續變化的取向，需要給取向層照射偏振方向連續變化的線偏光。而本發明采用基于雙折射棱鏡的曝光光路，對入射光進行偏振調制。

本發明中液晶紅外偏振光柵在紅外波段擁有極高的衍射效率，需要滿足液晶層厚度匹配半波條件，同時配合高紅外透過率的光柵基板材料、液晶材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種液晶紅外偏振光柵，解決傳統紅外光柵無偏振依賴特性、衍射效率低、成本高昂等問題。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種基于光控取向的液晶紅外偏振光柵及其制備方法，其特征在于，包括：紅外基板、光控取向層、液晶層；

所述紅外基板，具有穩定的化學性質、較高紅外透過率與物理硬度特性；

所述光控取向層，具有在紅外波段無明顯吸收峰且具備較高透過率特性，由光敏偶氮染料SD-1溶于溶劑后經旋涂烘烤制成納米量級膜層；

所述液晶層，具有在紅外波段具有較高透過率特性，液晶分子主軸沿x方向呈正弦變化，液晶層厚度與紅外工作波段相匹配，在較寬光譜范圍內具有高衍射效率。

本發明中液晶基板包括紅外基板、光控取向劑SD1，紅外基板用于提供高紅外透過率，光控取向劑SD1用于記錄曝光光路的曝光圖案、實現對液晶分子在水平方向光軸的控制。

本發明中可聚合液晶單體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。

同時調整液晶層厚度，匹配紅外波段達到最佳衍射效率，使厚度滿足如下半波條件關系式：

d＝λ₀/2△n