具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置，该装置包括：照明组件、图案微缩组件、焦距伺服组件、运动控制部件、正交圆偏振光干涉组件、光路校准监测组件以及相位补偿组件，本实用新型专利技术利用相位型空间光调制器产生的相位差控制圆偏振光干涉形成的线偏振光的偏振方向，结合感光材料对线偏振光偏振方向敏感的性质，可以实现图案化液晶光取向，此装置能够在单次投影情况下，完成投影区域内任意像素空间里的液晶任意光取向，通过二维工件平台的移动，完成多个幅面的拼接，能够实现大幅面液晶光取向。

Patterned liquid crystal optical orientation device with phase compensation function

【技术实现步骤摘要】
具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置
本技术涉及液晶取向排列控制领域，尤其涉及一种具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置。
技术介绍
液晶在信息显示、光学及光子学器件等领域具有广泛应用。这些应用中许多都要求液晶能够按照设计的取向排列，以实现对光的振幅、相位以及偏振调制，因此液晶的取向排列控制方式成为了学术和工业生产的研究热点。目前产业界广泛使用的取向控制方式是摩擦取向技术，它使用尼龙和纤维等按照特定的方向摩擦取向膜以完成液晶的定向排列，但是它容易产生静电、尘埃以及损伤膜面等缺陷。近年来，随着光敏材料的发展，光控取向理念被提出和发展，它利用光敏材料在紫外线偏振光照射下，产生垂直于线偏振光方向的分子取向，这种分子的定向取向产生了类似于沟槽所带来的锚定力，从而诱导液晶分子定向排列。目前实现光控取向的方式主要有两大类，一类是需要掩模的，有接触式掩模曝光、投影式掩模曝光和投影式动态掩模曝光，其中接触式和投影式掩模曝光针对不同的图案都需要制作对应的掩模，具有生产成本高、效率低等缺点，而目前已报道的基于空间光调制器DMD的投影式动态掩模曝光无法实现单次曝光下的不同选区形成不同液晶取向图案，需要多次曝光，也具有效率低、套刻难等问题；而且上述方案同时需要结合偏振片地旋转来改变光的偏振方向，这也会引入一定的取向误差，另一类是无需掩模的全息干涉，它只能生成一维或二维周期性且取向单一的液晶取向排列图案，难以制备复杂的图案。具体地，在申请号为：201210225093.9，专利名称为：一种数控微镜阵光刻实现液晶任意取向控制的方法与装置的技术专利公开一种基于DMD动态掩模光控取向技术，通过控制DMD中微反射镜的偏转来实现动态掩模功能，虽然此方法无需更换掩模就可以实现液晶选区取向排列，但是无法在单次光控取向过程中实现液晶选区任意取向排列图案的记录，它每次光控取向操作只能实现单一方向偏振图案记录，若要实现不同选区不同方向偏振图案的记录，需要绘制多张设计图不断重复加载到DMD控制芯片来实现不同选区取向，而且每加载一次就需要旋转偏振片一次来控制光的偏振方向，造成了生产效率低，存在机械旋转误差等问题。具体地，在申请号为：201820881217.1，专利名称为：一次曝光实现任意分布的光取向装置的技术专利公开一种基于LCOS动态掩模光控取向技术，通过控制LCOS中像素单元的相位延迟实现动态光控取向，虽然此方法无需绘制多张设计图不断重复加载到LCOS控制芯片来实现不同选区取向和不需要每加载一次就要旋转偏振片一次来控制光的偏振方向，只需要通过给LCOS中每个像素单元施加不同的电压，使其产生目标相位延迟，就可以实现单次加载来完成不同选区取向，但是该技术对LCOS中的非寻常光的极化方向与相位延迟波片的快(慢)轴之间的夹角有严格的限制，若存在一定的偏离误差，将使得最终出射光为椭圆偏振光。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提出了一种具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置。为了达到上述目的，本技术的技术方案如下：具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置，包括：照明组件，用于提供光源和实现单一偏振准直均匀面光斑；图案微缩组件，用于将调制后的光场微缩投影在感光材料上；焦距伺服组件，包括光偏振感光材料不敏感的监视光源和垂直方向矫正组件，用于矫正运动产生的离焦现象；运动控制部件，用于调整载有光偏振感光材料的平台的空间位置，以实现光场拼接；正交圆偏振光干涉组件，用于形成两个正交的圆偏振光，并将两个正交的圆偏振光进行干涉，形成满足偏振取向角要求的线偏振光；光路校准监测组件，用于对正交圆偏振光干涉组件的整个干涉光路进行校准监测；相位补偿组件，用于根据光路校准监测组件反馈的线偏振光偏振方向信息进行相位补偿。在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：作为优选的方案，正交圆偏振光干涉组件包括：第一分束镜、反射镜、第二分束镜、反射式相位型空间光调制器、第一四分之一波片、第三分束镜以及第二四分之一波片，空间光调制器通过控制每个像素的相位调制，实现控制干涉后形成的线偏振光的偏振方向；正交圆偏振光干涉组件的入射光经过第一分束镜形成第一光束和第二光束，第一光束经过反射镜反射后使其经过第二分束镜垂直入射在空间光调制器的工作面，空间光调制器对入射其工作面上的光场进行相位调制，然后反射到第二分束镜的反射面上，将调制后的第一光束进行折转，使第一光束通过第一四分之一波片，将线偏振光转变为圆偏振光；第二光束依次经相位补偿组件和第二四分之一波片，变为与第一光束正交的圆偏振光；第一光束与第二光束经第三分束镜后进行干涉，转变为线偏振光。作为优选的方案，相位补偿组件设置于第一分束镜和第二四分之一波片之间；相位补偿组件根据光路校准监测组件的反馈信息，进行相位补偿，使得在空间光调制器未对入射光场进行相位调制的情况下，第一光束和第二光束的相位差为0。作为优选的方案，相位补偿组件包括：动态可调相位补偿器、压电陶瓷以及精密步进电机，压电陶瓷固定在精密步进电机的伸缩杆上，且伸缩杆用以粗调相位，压电陶瓷用以细调相位。作为优选的方案，正交圆偏振光干涉组件的出射光经过第四分束镜后分别进入图案微缩组件、光路校准监测组件以及焦距伺服组件，且第四分束镜中的一面只对焦距伺服组件中的监视光源反射，另一面对光束即可反射又可透射。作为优选的方案，光路校准监测组件包括：检偏器、第一聚焦透镜以及光电探测器；第一聚焦透镜设置于检偏器与光电探测器之间；光路校准监测组件的入射光依次经过检偏器和第一聚焦透镜后，被光电探测器进行监测。作为优选的方案，焦距伺服组件包括：第二聚焦透镜、CCD、监视光源以及第五分束镜；第二聚焦透镜设置于CCD与第五分束镜之间。作为优选的方案，第四分束镜到达CCD接收面的光程与第四分束镜到达工件的光程相等。本技术提出一种具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置，利用相位型空间光调制器LCOS产生的相位差控制圆偏振光干涉形成的线偏振光的偏振方向，结合感光材料对线偏振光偏振方向敏感的性质，可以实现图案化液晶光取向，此装置能够在单次投影情况下，完成投影区域内任意像素空间里的液晶任意取向，通过二维工件平台的移动，完成多个投影幅面的拼接，能够实现大幅面液晶光取向。相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：第一，并行控制液晶光取向，单次图案化液晶光取向可以任意控制图案化区域里与空间光调制器像素相对应区域的液晶光取向，无需多次更换掩模和使用DMD刷新动态掩模，以及旋转偏振片来改变光的偏振方向，同时该技术对反射式相位型空间光调制器中的非寻常光的极化方向与相位延迟波片的快(慢)轴之间的夹角没有严格的限制，可以获得较高偏振度的线偏振光；第二，光路校准监测组件与相位补偿组件的结合构成了一种反馈式的光路校准，可以进行自动化地循环校准，校准精度高，整个过程自动化地实现；第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置，包括：/n照明组件，用于提供光源和实现单一偏振准直均匀面光斑；/n图案微缩组件，用于将调制后的光场微缩投影在感光材料上；/n焦距伺服组件，包括光偏振感光材料不敏感的监视光源和垂直方向矫正组件，用于矫正运动产生的离焦现象；/n运动控制部件，用于调整载有光偏振感光材料的平台的空间位置，以实现光场拼接；/n其特征在于，还包括：/n正交圆偏振光干涉组件，用于形成两个正交的圆偏振光，并将两个正交的圆偏振光进行干涉，形成满足偏振取向角要求的线偏振光；/n光路校准监测组件，用于对所述正交圆偏振光干涉组件的整个干涉光路进行校准监测；/n相位补偿组件，用于根据所述光路校准监测组件反馈的线偏振光偏振方向信息进行相位补偿。/n

【技术特征摘要】
1.具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置，包括：
照明组件，用于提供光源和实现单一偏振准直均匀面光斑；
图案微缩组件，用于将调制后的光场微缩投影在感光材料上；
焦距伺服组件，包括光偏振感光材料不敏感的监视光源和垂直方向矫正组件，用于矫正运动产生的离焦现象；
运动控制部件，用于调整载有光偏振感光材料的平台的空间位置，以实现光场拼接；
其特征在于，还包括：
正交圆偏振光干涉组件，用于形成两个正交的圆偏振光，并将两个正交的圆偏振光进行干涉，形成满足偏振取向角要求的线偏振光；
光路校准监测组件，用于对所述正交圆偏振光干涉组件的整个干涉光路进行校准监测；
相位补偿组件，用于根据所述光路校准监测组件反馈的线偏振光偏振方向信息进行相位补偿。


2.根据权利要求1所述的具有相位补偿功能的图案化液晶光取向装置，其特征在于，所述正交圆偏振光干涉组件包括：第一分束镜、反射镜、第二分束镜、反射式相位型空间光调制器、第一四分之一波片、第三分束镜以及第二四分之一波片，所述空间光调制器通过控制每个像素的相位调制，实现控制干涉后形成的线偏振光的偏振方向；
所述正交圆偏振光干涉组件的入射光经过所述第一分束镜形成第一光束和第二光束，第一光束经过所述反射镜反射后使其经过所述第二分束镜垂直入射在所述空间光调制器的工作面，所述空间光调制器对入射其工作面上的光场进行相位调制，然后反射到所述第二分束镜的反射面上，将调制后的第一光束进行折转，使第一光束通过所述第一四分之一波片，将线偏振光转变为圆偏振光；
第二光束依次经所述相位补偿组件和第二四分之一波片，变为与第一光束正交的圆偏振光；
第一光束与第二光束经所述第三分束镜后进行干涉，转变为线偏振光。


3.根据权利要求2所述的具有相...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成，黄文彬，郑致刚，张新君，王骁乾，
申请(专利权)人：苏州大学，华东理工大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32