一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，包括以下步骤：步骤一、将向列相液晶材料灌入液晶空间光调制器件中；步骤二、搭建相位深度测量系统，进行相位深度测量，电场加到公共电极和像素电极层两端，记录下相位深度‑灰度曲线；步骤三、搭建衍射效率测量系统，进行光束偏转衍射效率测量；步骤四、调制光调制器件，对其加载调制灰度图，依据相位深度‑灰度曲线对其进行调制，形成理想折射率形貌曲线。本发明专利技术的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，可在近红外波段达到6π高相位深度调制，能够提高向列相液晶光调制器件衍射效率，增大光调制器件的最大光束偏转角度。

【技术实现步骤摘要】
一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法
本专利技术涉及液晶领域，尤其涉及一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法。
技术介绍
一直以来，衍射光学器件被应用在各个光学领域，液晶光调制器由于其调制的灵活性在可编程衍射光学器件中占有越来越重要的地位。在液晶光调制器的各项参数中，衍射效率是评价系统性能最重要的参数之一，提高衍射效率一直以来都是各研究工作中的重要组成部分。目前提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法主要通过在2π相位深度下优化相位分布形貌、更改器件结构等方式，虽然有一定的效果，但是提升了器件的复杂度且在衍射效率提升方面并没有很大的提升空间。仿真及实验表明，高相位深度调制有利于提高光调制器件的衍射效率，且光束偏转角度越大，衍射效率提升效果就越明显。在纯相位调制器中，基于衍射光学原理，2π相位深度是最低可实现调制器相位调制功能的相位深度，且该相位深度最容易实现，高相位深度比较难获得，这是由于液晶材料本身特性的限制，如双折射率较小，液晶的工作电压过高，在低电压内无法实现高相位深度，通常光调制器件的工作电压在5.5V以下，若需要实现高相位深度调制，则需要大双折射率、高介电常数的液晶材料。由于各方面的限制，高相位深度的研究目前较少，然而高相位深度在相位调制器件上应用有很明显的优势，例如在提高相位调制器件的衍射效率，增大相位调制器件的可实现光束偏转角度等方面，因而实现高相位深度具有很重大的意义。因此，本领域的技术人员致力于开发一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，该方法可在近红外波段达到6π高相位深度调制，能够提高向列相液晶光调制器件衍射效率，增大光调制器件的最大光束偏转角度。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是开发一种通过高相位深度调制方式提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，该方法可在近红外波段达到6π高相位深度调制，能够提高向列相液晶光调制器件衍射效率，增大光调制器件的最大光束偏转角度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，包括以下步骤：步骤一、将向列相液晶材料灌入液晶空间光调制器件中；步骤二、搭建相位深度测量系统，进行相位深度测量，电场加到公共电极和像素电极层两端，记录下相位深度-灰度曲线；步骤三、搭建衍射效率测量系统，进行光束偏转衍射效率测量；步骤四、调制光调制器件，对其加载调制灰度图，依据相位深度-灰度曲线对其进行调制，形成理想折射率形貌曲线。进一步地，向列相液晶材料被设置为大折射率、大介电常数的液晶材料，液晶材料在1550nm下具有取值为0.25的双折射率、介电常数取值为10。进一步地，液晶空间光调制器件被设置为厚度为12um。进一步地，液晶空间光调制器件的调制电压被设置为0.5V-5.5V。进一步地，相位深度测量系统包括可调激光器、分光棱镜、反射镜、光功率计和光调制器，光束从可调激光器中发出，进入分光棱镜进行分光，直接到达相位调制器表面，被相位调制器表面发射的光经过分光棱镜达到光功率计。进一步地，可调激光器被设置为近红外波段可调激光器，波长范围被设置为1525nm-1565nm。进一步地，分光棱镜可以对近红外波段光进行分光，分为45°反射和垂直入射光束。进一步地，光功率计被设置为近红外波段光功率计、激光光功率计中的一种。进一步地，光调制器被设置为硅基液晶空间光调制器，可对液晶进行加电调制。进一步地，光束偏转衍射效率测量的计算方法被设置为光束偏转后光束的功率值与光束未偏转前的功率值的比值。技术效果本专利技术的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法简单，通过使用大双折射率、大介电常数的液晶材料来实现6π相位深度，6π相位深度调制对比2π相位深度调制减小了折回区域的数量，能够有效提升衍射效率，尤其是大角度偏转下衍射效率提升明显。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法的理想的向列相液晶6π相位深度调制-2π相位深度调制对比示意图。图2是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法的向列相液晶6π相位深度调制-2π相位深度调制形貌曲线对比图。图3是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法的相位深度测量系统示意图。图4是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法的衍射效率测量系统图。图5是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法的衍射效率测量结果。具体实施方式本专利技术的一较佳实施例提供了一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，包括以下步骤：步骤一、将向列相液晶材料灌入液晶空间光调制器件中；步骤二、搭建相位深度测量系统，进行相位深度测量，电场加到公共电极和像素电极层两端，记录下相位深度-灰度曲线；步骤三、搭建衍射效率测量系统，进行光束偏转衍射效率测量；步骤四、调制光调制器件，对其加载调制灰度图，依据相位深度-灰度曲线对其进行调制，形成理想折射率形貌曲线。如图1所示，为理想的向列相液晶6π相位深度调制-2π相位深度调制对比示意图。图中黑色曲线为普通的2π相位调制，在此处选择3个像素为调制周期，浅灰色曲线为高相位深度6π调制曲线，调制周期为9个像素，图中横坐标为调制器的横向位置，纵坐标为相位深度，单位为π。如图2所示，为向列相液晶6π相位深度调制-2π相位深度调制形貌曲线对比图。图中横坐标为调制器的横向位置，纵坐标为相位深度，单位为π。图中黑色曲线为普通的2π相位调制，在此处选择3个像素为调制周期，浅灰色曲线为高相位深度6π调制曲线，调制周期为9个像素。实际仿真效果曲线形貌以理想的调制曲线为目标进行逼近。曲线中有部分波动段属于正常现象，是由于液晶分子折射率不连续分布造成的。由图可看出，同等条件下6π调制曲线中的折回区域数量远小于2π调制曲线，折回区域的总长度也要小于2π调制，且6π调制曲线与理想曲线的贴近度要高于2π调制，因而6π调制的衍射效率会高于2π调制，能够有效提升光调制器件的衍射效率。如图3所示，为本专利技术相位深度测量系统示意图。如图3所示，1为激光光源，在该实例中使用的是近红外波段波长可调激光器，波段范围是1525nm-1565nm，2为分光棱镜，3为反射镜面，4为激光功率计，5是相位调制器，光束从激光器中发出，进入分光棱镜2进行分光，穿过分光棱镜2的光束直接到达相位调制器5表面，被相位调制器5反射的光经过分光棱镜2反射，到达光功率计，被分光棱镜2反射的光到达镜面，经过镜面反射，光束穿过分光棱镜2，到达光功率计，经过相位调制器5反射和镜面反射的两束光在光功率计探测面处产生干涉，相位调制器5上光束经过相位调制器5调制产生相位偏移，相位深度变化在光功率计探测面上得到的干涉光功率就会发生变化。对相位调制器5进行加电调制，从0V加到5.5V，每一个电压对应一个光功率值。如图4所示，为衍射效率测量系统图。41为激光光源，在本实例中使用的是近红外波段波长可调激光器，波段范围是1525nm-1565nm，经光纤连接准直器42输出，经过偏振片产生偏振光，光束打到空间光调制器43上，空间光调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将向列相液晶材料灌入液晶空间光调制器件中；步骤二、搭建相位深度测量系统，进行相位深度测量，电场加到公共电极和像素电极层两端，记录下相位深度‑灰度曲线；步骤三、搭建衍射效率测量系统，进行光束偏转衍射效率测量；步骤四、调制光调制器件，对所述光调制器件加载调制灰度图，依据相位深度‑灰度曲线对其进行调制，形成理想折射率形貌曲线。

【技术特征摘要】
1.一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将向列相液晶材料灌入液晶空间光调制器件中；步骤二、搭建相位深度测量系统，进行相位深度测量，电场加到公共电极和像素电极层两端，记录下相位深度-灰度曲线；步骤三、搭建衍射效率测量系统，进行光束偏转衍射效率测量；步骤四、调制光调制器件，对所述光调制器件加载调制灰度图，依据相位深度-灰度曲线对其进行调制，形成理想折射率形貌曲线。2.如权利要求1所述的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，其特征在于，所述向列相液晶材料被设置为大折射率、大介电常数的液晶材料，所述液晶材料在1550nm下具有取值为0.25的双折射率、介电常数取值为10。3.如权利要求2所述的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，其特征在于，所述液晶空间光调制器件的调制电压被设置为0.5V-5.5V。4.如权利要求1所述的一种提高向列相液晶光调制器件衍射效率的方法，其特征在于，所述相位深度测量系统包括可调激光器、分光棱镜、反射镜、光功率计和光调制器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长俐，陆建钢，张彬，刘诗雨，查升毫，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31