一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置。光束偏折器件包括相对设置的第一基板和第二基板，以及光敏胆甾相液晶层；第一基板与第二基板间设有间隔粒子，以支撑液晶层；第一基板近邻液晶层的一侧设有第一取向膜，第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°‑180°周期性渐变的第一控制图形；第二基板近邻液晶层的一侧设置有第二取向膜，第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，第二控制图形在第一基板所在平面上的垂直投影与第一控制图形重合，以使液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列。本发明专利技术的技术方案，可以解决光束偏折控制中普遍存在的偏折效率低、波段适用性窄、动态可控性差和集成度低等问题。

A device, preparation method and detection device for beam deflection

【技术实现步骤摘要】
一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置
本专利技术实施例涉及光束调控技术，尤其涉及一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置。
技术介绍
近年来，光场调控技术吸引了广大科研工作者的强烈兴趣。事实上，任何光子技术本质上都是对光场的各个物理参量进行多种多样的调控，包括频率、波长、时间、振幅、相位、偏振等，从而实现光信息的加载、处理和提取。其中，光束的偏折控制处于至关重要的地位，一直以来都是光学领域的研究重点，在工业、通讯、生物医疗、天文观测和国防军事等众多领域得到广泛应用。传统的光束偏折器件主要依靠变形镜、万向节等特定机械装置，通过其转动来控制光束的偏折方向。该技术面临整体装置复杂、体积庞大、操作难度高、效率低、可控角度范围小、成本高等诸多缺点。随着现代光子技术的小型化和集成化发展，多功能、易于集成且具有动态属性的光束偏折器件是人们迫切需要的。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置，以解决光束偏折控制中普遍存在的偏折效率低、波段适用性窄、动态可控性差和集成度低等问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种光束偏折器件，包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的光敏胆甾相液晶层；其中，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述光敏胆甾相液晶层；所述第一基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第一取向膜，所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形；所述第二基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第二取向膜，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；其中，所述第一方向和所述第二方向相交。可选的，沿垂直于所述第一基板的方向，所述间隔粒子的延伸长度大于或者等于所述光敏胆甾相液晶层中螺旋结构的螺距的10倍。可选的，所述第一取向膜和所述第二取向膜的材料包括光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的至少一种。可选的，所述光敏胆甾相液晶层包括光控手性可翻转的手性向列相液晶材料。可选的，所述手性向列相液晶材料包括一种单一光敏手性分子或两种手性相反的光敏/静态分子。第二方面，本专利技术实施例还提供一种光束偏折检测装置，包括共光轴依次排列的光源、偏振片、光阑、分束单元、上述的光束偏折器件以及激发光源，还包括位于所述分束单元另一出光方向的图像检测单元；所述光源发出光线的传播路径为：经过所述偏振片、所述光阑、所述分束单元透射后入射至所述光束偏折器件，在所述光束偏折器件发生偏折并反射至所述分束单元，并经过所述分束单元反射后被所述图像检测单元接收；所述激发光源用于对所述光束偏折器件施加光照刺激，以控制偏折光束的工作波长和偏折方向。第三方面，本专利技术实施例还提供一种光束偏折器件的制备方法，包括：提供第一基板和第二基板；在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜；在所述第一基板上设置间隔粒子，并与所述第二基板封装，其中所述第一基板的第一取向膜一侧与所述第二基板的第二取向膜一侧相对设置；对所述第一取向膜和所述第二取向膜进行多步重叠曝光，以使所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合；在所述第一基板和所述第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列。可选的，在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜，包括：将取向材料分别旋涂在所述第一基板的一侧以及所述第二基板的一侧；对旋涂有所述取向材料的第一基板和所述第二基板进行退火，分别在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜。可选的，对所述第一取向膜和所述第二取向膜进行多步重叠曝光，以使所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，包括：采用数字微镜投影系统，根据曝光次序，同步控制曝光图形和偏振片角度，在所述第一取向膜和所述第二取向膜所在区域进行紫外光曝光处理，以使所述第一取向膜和所述第二取向膜分别形成所述第一控制图形和所述第二控制图形。可选的，在所述第一基板和所述第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列之前，还包括：将一种单一的光敏手性分子掺入向列相液晶中，或者将两种手性相反的光敏手性分子和静态手性剂混配，掺入向列相液晶中，以形成所述光敏胆甾相液晶层。本专利技术实施例提供的光束偏折器件，包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板和第二基板之间的光敏胆甾相液晶层；其中，第一基板与第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑光敏胆甾相液晶层；第一基板近邻光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第一取向膜，第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形；第二基板近邻光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第二取向膜，第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，第二控制图形在第一基板所在平面上的垂直投影与第一控制图形完全重合，以使光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；其中，第一方向和第二方向相交。通过相对设置的第一基板和第二基板上分别形成第一取向膜和第二取向膜，控制位于第一基板和第二基板之间的光敏胆甾相液晶的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列，构成一个基于光敏胆甾相液晶的光束偏折器件。利用胆甾相液晶对入射光的选择性反射、同时赋予反射光特定相位分布的特性，其中反射光相位分布的大小取决于胆甾相液晶螺旋结构的空间排布，反射光相位分布的符号取决于胆甾相液晶的手性。周期性渐变旋转排列会引入倾斜相位分布，故而产生反射光的偏折；左、右旋手性的胆甾相液晶产生的反射光相位分布符号相反，故而偏折方向对称。当入射光波长在胆甾相液晶的布拉格反射带内时，与胆甾相液晶手性相同的圆偏振光被反射，并且偏折到一侧；由于光敏胆甾相液晶材料在紫光或绿光照射下可发生手性的翻转，翻转前后胆甾相液晶旋性相反，因此光束偏折方向相反。伴随胆甾相液晶材料手性翻转的过程，胆甾相液晶的螺距也会不断改变，对应工作波段的连续、可逆变化。因此本专利技术实施例提供的光束偏折器件可实现宽波段、高效率、偏振可控、动态可调的光束偏折，改善了传统光束偏折控制中存在的效率低、波段窄、可调谐性差等不足之处。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种光束偏折器件的立体结构示意图；图2是沿图1中xoz平面的一种剖面结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种光束偏折器件的第一取向膜的分子指向矢分布示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种光敏胆甾相液晶的光控手性翻转示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种光敏胆甾相液晶在不同时间紫光照射下的旋向示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种光束偏折检测装置；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光束偏折器件，其特征在于，包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的光敏胆甾相液晶层；其中，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述光敏胆甾相液晶层；所述第一基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第一取向膜，所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°‑180°周期性渐变分布的第一控制图形；所述第二基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第二取向膜，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；其中，所述第一方向和所述第二方向相交。

【技术特征摘要】
1.一种光束偏折器件，其特征在于，包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的光敏胆甾相液晶层；其中，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述光敏胆甾相液晶层；所述第一基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第一取向膜，所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形；所述第二基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第二取向膜，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；其中，所述第一方向和所述第二方向相交。2.根据权利要求1所述的光束偏折器件，其特征在于，沿垂直于所述第一基板的方向，所述间隔粒子的延伸长度大于或者等于所述光敏胆甾相液晶层中螺旋结构的螺距的10倍。3.根据权利要求1所述的光束偏折器件，其特征在于，所述第一取向膜和所述第二取向膜的材料包括光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的至少一种。4.根据权利要求1所述的光束偏折器件，其特征在于，所述光敏胆甾相液晶层包括光控手性可翻转的手性向列相液晶材料。5.根据权利要求4所述的光束偏折器件，其特征在于，所述手性向列相液晶材料包括一种单一光敏手性分子或两种手性相反的光敏/静态分子。6.一种光束偏折检测装置，其特征在于，包括共光轴依次排列的光源、偏振片、光阑、分束单元、如权利要求1-5任一所述的光束偏折器件以及激发光源，还包括位于所述分束单元另一出光方向的图像检测单元；所述光源发出光线的传播路径为：经过所述偏振片、所述光阑、所述分束单元透射后入射至所述光束偏折器件，在所述光束偏折器件发生偏折并反射至所述分束单元，并经过所述分束单元反射后被所述图像检测单元接收；所述激发光源用于对所述光束偏折器件施加光照刺激，以控制偏折光束的工作波长和偏折方向。7.一种光束偏折器件的制备方法，其特征在于，包括：提供第一基板和第二基板；在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，葛士军，
申请(专利权)人：苏州晶萃光学科技有限公司，南京宁萃光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32