形成和电调谐空间非均匀光反射的方法和装置制造方法及图纸

用于控制反射光的特性的可变光学装置被公开。该装置包括光反射面，动态可控材料层以及用于产生作用于所述动态可控材料层上的激励场的激励源。电驱动信号施加于激励源，以产生动态可控材料层中的光学特性的变化，以提供光反射的空间变化，其具有所期望的相位弯曲的至少一个和所期望的振幅调制的分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请是常规申请，优先权文件是美国临时申请US61/926,309，优先权日是2014年1月11日，本申请引用该优先权文件全文。
本专利技术涉及电调谐的光反射装置的领域。更具体地，所提出的解决方案是利用液晶材料，形成和电调谐空间非均匀光反射的方法和装置。
技术介绍
在许多光电应用设备中，需要控制光束的发散。已知，光属性可以在传输模式和反射模式这两种模式下改变，后者在例如可调谐激光腔、稳定的全息系统等应用设备中是特别重要的。传统解决方案主要是根据一个反射镜的位置的机械移动(例如，使用一个压电元件)，或者反射镜的曲率的机械变化(弯曲，扭转等)。图1A示出了现有技术的固定的曲面镜，它提供光反射，以产生固定相位曲率。如图所示，入射光束2具有平面的入射相位平面3和相对于镜面法线5的入射角6，在曲面镜1被反射。反射光束4的特征在于，具有弯曲的反射相位平面7。在这种情况下，反射镜1的位置必须改变以改变整个系统的光学参数。不幸的是，这种机械运动可能在系统的整体功能是有问题的(例如，振动、运动稳定时间、后退等方面)。作为另一个例子，图1Ba)至1Be)示出了各种现有技术的激光腔的设置，其具有固定的曲率的反射器(两个具有曲率R1，2的反射镜，放置为相距一个距离L)，其中，反射镜的曲率和它们的反射率分布被固定并且其作用在于在稳定或不稳定的模式操作激光。在这种情况下，反射镜的运动可能导致腔被移入或移出所对应的稳定区域。图中的稳定区域包括：a)平行平面，b)同心(球)，c)共焦，d)半球形和e)凹凸形。在此几种方法已经被探索过，不使用机械地移动反射镜的方法，而是改变反射镜的曲率。一种现有技术的解决方案是使用多个微电子机械系统(MEMS)元件111，其分布在反射装置1的表面上，如图1C提供可变表面曲率的光反射。不幸的是，这种解决方案是昂贵的，脆弱的，并不能提供一个空间连续操作和控制；提供代替的像素化的操作和控制。此解决方案还是基于机械运动，这是不太理想的。其他机械的解决方案也已被提出，例如使用的可变形膜。然而，运动少(或无运动)的解决方案具有的优点使它们更具吸引力。无运动电控(动态可变)均匀反射是已知的，并在液晶显示器(LCD)技术中大量使用，如L.M.Blinov，V.G.Chigrinov在“在液晶材料的电光效应”(Electro-optic effects in Liquid CrystalMaterials)中所述，施普林格出版社，纽约，459页，1994年。图2示出了现有技术的可调谐反射型LCD的例子。每个反射型液晶显示器的像素(或单元)包括一层动态可控材料8，其沿x轴是均匀的(例如，液晶或聚合物复合材料)，以及高反射率的一个固定镜9，其也沿x轴均匀。这种动态可变反射镜的一个重要的区分特点是每个液晶像素的反射均匀特性。也就是说，每个像素的反射光的波前曲率(或强度分布)不针对给定的象素进行调制。调制可以只在更大的LCD面板上实现，通过使用应用到多个像素的不同电压，而这又引入了空间不连续的操作(粒度问题)，这样制造成本高，并增加了控制的复杂性(例如对每一个像素的单独的控制)。另一现有技术的解决方案使用多个(2个以上)透明电极，例如氧化铟锡(ITO)设置在一个LC单元基板上，如S.T.Kowel，P.G.Kornreich和D.S.Cleverly公开的“适应性液晶透镜”，美国专利号4,572,616,1986年(1982年8月申请)，和由N.A.Riza，M.C.DeJule在“三终端适应性向列液晶透镜装置”(Three-terminal adaptive nematic liquid-crystal lensdevice)，光学快报，19，1013-1015页，1994年。虽然这些方案中无运动，但仍然是有限制的，因为它的粒度问题(在空间上不连续操作)和控制的复杂性(多个电极的分别单独控制的驱动器)。使用两个或更少的(而不是多个)电极可显著减少设备的成本和复杂性。不幸的是，所有这些现有技术解决方案都有性能和/或制造上的问题，部分原因是由于这样的设计最初仅用在传输模式的操作中。
技术实现思路
与现有技术的解决方案相反，所提出的解决方案提供了用于电控制可变光学反射器的方法和装置，其使用非均匀激励场，而不是使用多个像素分别控制元件。在一个具体的例子，一个空间非均匀激励场，其可以为例如电场或磁场，是由两个电极产生和用来控制光学特性如动态可控材料层的折射率或吸收率，例如所述光学反射装置内的向列液晶层。所提出的解决方案还提供了用于电控制可变光学反射器的方法和装置，其使用非像素化平面(标准)液晶单元或复合聚合物膜，例如位于一个全内反射元件的表面上。本申请还描述了使用这样的电控可变光反射装置，以产生反射的相位和振幅的电光调谐/控制，实现低的损失和一个简单的结构和/或制造工艺。根据提出的解决方案的一个方面，提供了一种可变光学装置，用于控制反射光的属性，该装置包括：光反射结构；连续的非像素化动态可控材料层；和用于产生激励场作用于所述动态可控材料的激励源，其中施加到所述激励源的电驱动信号引起所述动态可控材料层的光学特性的变化，以提供光反射的空间可调谐的变化，其具有所希望的相位的曲率和所希望的振幅分布中的至少一个。根据提出的解决方案的另一个方面，提供了一个装置，其中所述的动态可控材料层夹在一对取向层之间，并且包括向列液晶材料。根据提出的解决方案的另一个方面，提供了一个装置，其中所述一对取向层的每个具有一个排列方向，所述一对取向层的取向是相同的或相反的。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了一种装置，其中所述电极系统形成的所述激励场在空间上是非均匀的,其中通过获取在电极系统几何形状的组合的横向电压衰减，和获得相邻的材料的电学和光学性质，而无需采用对多个像素的单独控制，所述空间非均匀电极系统被配置为产生空间非均匀场。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了一种装置，其中所述电极系统具有第一组电极是非均匀的或分段的和所述第二电极组是均匀的，其中所述第一组非均匀电极包括一个环形电极和弱导电层。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了一种装置，其中所述动态可控材料是液晶混合物或聚合物复合材料，它对于所述激励场敏感。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了一种装置，其中所述液晶混合物或聚合物复合材料包含聚合物稳定的向列液晶层。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了一种装置，其中所述液晶混合物层的特征在于以下之一：空间非均匀的液晶单元取向和空间均匀液晶单元取向。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了一种装置，其中所述光反射结构为金属反射镜，介电反射镜，多个介电层和一个全内反射界面中的一个。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了用于控制反射光的特性的一种可调谐的光学装置，所述装置具有可变的光反射相位曲率，基本上通过电驱动信号控制。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了一种可调谐的光学装置，还包括激活的偏振旋转器，其被配置为在光的两种偏振之间进行选择。根据提出的解决方案的进一步的方面，提供了用于控制反射光的特性的一种可调谐的光学装置，所述装置具有可变的光反射振幅空间分布，基本上通过电驱动信号控制。根据提出的解决方案的进一步的方面，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变光学装置，用于控制反射光的属性，该装置包括：光反射结构；连续的非像素化动态可控材料层，其包括液晶混合物和聚合物复合材料中的一个；和用于产生激励场作用于感应于所述激励场、具有动态折射率的所述动态可控材料层的激励源，其中施加到所述激励源的电驱动信号引起所述动态可控材料层的光学特性的变化，以提供光反射的空间可调谐的变化，其具有所希望的相位的曲率和所希望的振幅分布中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.11 US 61/926,3091.一种可变光学装置，用于控制反射光的属性，该装置包括：光反射结构；连续的非像素化动态可控材料层，其包括液晶混合物和聚合物复合材料中的一个；和用于产生激励场作用于感应于所述激励场、具有动态折射率的所述动态可控材料层的激励源，其中施加到所述激励源的电驱动信号引起所述动态可控材料层的光学特性的变化，以提供光反射的空间可调谐的变化，其具有所希望的相位的曲率和所希望的振幅分布中的至少一个。2.如权利要求1所述的装置，其中所述动态可控材料层是平面的。3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述动态可控材料层具有在空间上可变的折射率。4.如权利要求3所述的装置，其中所述动态可控材料层包括散布在空间上非均匀的聚合物稳定化基质中的向列液晶材料。5.如权利要求1或2所述的装置，其中所述动态可控材料层包括夹在一对取向层之间的向列液晶材料。6.如权利要求5所述的装置，其中所述一对取向层的每个具有一个排列方向，所述一对取向层的取向是互相相同的或互相相反的。7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述激励源包括电极系统，设置为产生所述激励场。8.如权利要求7所述的装置，其中所述电极系统包括布置于所述动态可控材料层的相对的两侧的第一组电极和第二组电极。9.如权利要求7或8所述的装置，其中由所述电极系统产生的所述激励场是空间非均匀的。10.如权利要求9所述的装置，其中所述空间上非均匀的电极系统被设置为形成空间上非均匀的激励场,获取电极系统几何形状的组合的横向电压衰减，和获得相邻的材料的电学和光学性质，而无需采用对多个像素的单独控制。11.如权利要求7至10中任一项所述的装置，其中用于调制所述激励场的所述电驱动信号是随时间变化的，所述电信号具有时变振幅和时变频率中的一个。12.如权利要求8至9中任一项所述的装置，其中所述第一组电极是非均匀的和分段的中的至少一个，而所述第二电极组是均匀的。13.如权利要求12所述的装置，其中所述第一组非均匀电极包括环形电极和弱导电层。14.如权利要求7至13中任一项所述的装置，其中所述激励场是下列之一：电场、磁场和热激励。15.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述激励场包括声学激励。16.如权利要求5至14中任一项所述的装置，其中所述液晶混合物层的特征在于以下之一：空间非均匀的液晶单元取向和空间均匀液晶单元取向。17.如权利要求1至16中任一项所述的装置，其中所述光反射结构为金属反射镜、介电反射镜、多个介电层和全内反射界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪格兰·加尔斯蒂安，
申请(专利权)人：拉瓦勒大学，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA