[發明專利]一種提高相位調制量的方法及設備

在審

• 申請號: 202110263674.0
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113064291A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 張寧峰;宇磊磊;夏高飛;王華
• 申請（專利權）人: 西安中科微星光電科技有限公司
• 主分類號: G02F1/133
• 分類號: G02F1/133
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

本公開提供了一種提高相位調制量的方法，該方法包括：通過增加液晶盒的數量并在相鄰的液晶盒之間配置偏振器，用于增加入射光穿過的液晶盒的厚度，使得在電壓變化時相位調制器件的相位延遲增加。本公開對單一液晶盒相位調制特性的檢測，選擇兩個或兩個以上的具備一定相位調制余量的液晶器件配合偏振器件以相位疊加的方式，可使相位調制量提高到單一液晶器件的兩倍或兩倍以上，且能在拆除后依舊作單一液晶盒使用。

技術領域

本發明涉及空間光調制領域，具體而言，涉及一種提高相位調制量的方法及設備。

背景技術

空間光調制器是指通過加載控制信號來改變輸入光信號的振幅、相位或偏振態等光參量，實現對光信號的空間分布進行調制的器件，按照讀出光的讀出方式，分為反射式和透射式。傳統的透射式空間光調制器多采用TN扭曲向列液晶盒，只用作純振幅或振幅兼相位調制。然而，在實際使用過程中存在大量的相位調制需求，TN液晶盒面臨是否具備相位調制功能或相位調制量不夠的問題。

液晶空間光調制器件是一種基于液晶分子電致雙折射效應的有源數字光學器件。一般來說，液晶空間光調制器由許多獨立單元構成，它們在空間上排列成一維或者二維陣列，每個單元都可以獨立的接受驅動電壓的控制，并按此信號來改變液晶分子的取向結構，從而達到對入射光波的振幅或者相位進行調制。按照調制器所調制得光波參量的不同，可分為振幅型、相位型和復合型等。理想的純相位調制，需要光波的波前相位在0-2π范圍內變化，而強度保持不變。實際上，光波的相位調制范圍和強度變化受到許多因素的影響，諸如輸入光的偏振狀態，液晶盒的厚度，表面分子的傾角等，因而很難達到理想的相位調制狀態。因此，若想使TN液晶器件實現純相位調制功能，必須對其進行改造。

改造的方法主要有兩種：一種是通過調節光學系統參數，如液晶屏液晶分子的扭曲角、表面液晶分子方向、雙折射參量等達到滿意的相位調制特性，但是需要重新設計液晶盒。另一種是從驅動電路出發，根據液晶屏電光調制特性，放寬液晶屏所加電壓，找到實現相位調制的驅動電壓范圍，達到純相位調制的目的。但是，由于液晶器件材料本身的限制，即使相位調制量有所增大，也難以達到理想的純相位調制要求。就現有改造方法，不僅耗費時間和精力，同時成本昂貴且效果差。

發明內容

因此，本公開的目的是針對上述問題提供一種解決方法，該方法可以提高相位調制量，并不需對液晶器件和驅動做任何更改。

根據本公開的第一方面，提供了一種提高相位調制量的方法，該方法包括：通過增加液晶盒的數量并在相鄰的液晶盒之間配置偏振器，用于增加入射光穿過的液晶盒的厚度，使得在電壓變化時相位調制器件的相位延遲增加。

根據晶體的雙折射效應，由于液晶分子在其長軸和短軸上對光束折射率不同(沿分子長軸的折射率為n_e、垂直于分子長軸的折射率為n_o)，從而發生雙折射現象。當所加電場超過閾值電壓后，液晶分子沿電場方向發生偏轉。液晶盒厚度為d，入射光波長為λ，o光和e光之間的相位差可表示為：

在外加電場變化時，n_e將隨之變化，從而產生不同的相位延遲δ。因此，通過改變液晶盒的厚度d可以提高相位調制器件的相位調制量。而在一般情況下液晶盒的厚度等參數均具有固定的規格，欲提高相位調制量則需要對液晶盒進行重新設計。本公開考慮到上述情況，提供了一種不需要對液晶盒重新設計也能實現提高相位調制量的解決方法，將多個既有規格的液晶盒并排設置，并在兩個相鄰的液晶盒之間配置可旋轉偏振器，使得入射光所穿過的液晶盒的總厚度增加了，進而在外加電場變化時，產生的相位延遲δ增加，提高了相位調制器件的相位調制量。

在一些可能的實現方式中，還包括：

提供相位調制量檢測設備；

將激光調整為圓偏振光后經過半反半透鏡的分光，得到參考光和進入液晶盒的入射光；