一种透-反式光学器件及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种透

A transparent trans optical device and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种透
‑
反式光学器件及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及光学器件
，尤其涉及一种透
‑
反式光学器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]波前控制是现代光学科学研究的核心，一直在朝着小型化、集成化和多功能化方向发展。超表面技术很好地解决了传统光学元件体积大、笨重等问题，推动了现代光学的发展。
[0003]传统的光场调控器件通常利用了透射和反射空间之一，另一半空间却没有得到充分利用，阻碍了信息容量的提高和器件功能的丰富化。最近有关超表面的一些工作，分别将不同相位编码到两个正交偏振分量上，但衍射效率会严重依赖波长，此外，复杂制造和有限的尺寸也限制了超表面器件的应用。因此，具有自旋解耦功能的平面光学元件具有很高的需求，全空间的光场调控有望释放现代光学元器件的多功能性。
[0004]液晶在可见光、近红外甚至微波波段依然具有显著的双折射特性，且具有可多元外场调谐的特点，是实现平面光学器件的另一种优秀材料。胆甾相液晶也可以用于制备几何相位光学元件，极大丰富了胆甾相液晶应用前景。除了宽带反射式几何相位光学元件，通过手性材料的自取向多层扭曲结构，可以有效补偿双折射色散，所制备的光学元器件相比于传统光学元器件，可以在更宽的波长范围内满足半波条件，实现宽带的偏振光转化。但是，传统基于胆甾相液晶的光学器件多以两块玻璃基板中间夹层胆甾相液晶为主，较为笨重，且几何相位只能加载于反射光而无法操控透射光，限制了液晶光学器件的推广应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种透
‑
反式光学器件及其制备方法，该透
‑
反式光学器件包括一基于分段扭曲的各向异性膜，能够对入射光偏振解耦，反射光和透射光的相位可以分别通过预编程周期螺旋的第一液晶聚合物层和镜像对称双扭曲配置的第二液晶聚合物层的初始方向来独立定制，实现加载任意设计的光场，实现宽带可定制、高光利用率和功能丰富的几何相位光学元器件，有望在光学计算、通讯、成像、信息显示和传感等领域得到应用，并推进现代光学元器件升级改造。
[0006]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种透
‑
反式光学器件，包括一基于分段扭曲的各向异性膜，所述各向异性膜包括依次层叠的第一液晶聚合物层、取向层和第二液晶聚合物层；
[0007]所述第一液晶聚合物层包括多个周期的液晶螺旋，用于对入射光偏振解耦，同时使反射光加载预设相位；
[0008]所述取向层用于阻断所述第一液晶聚合物层中的液晶分子指向矢对所述第二液晶聚合物层的影响，并控制所述第二液晶聚合物层中的初始液晶分子指向矢；
[0009]所述第二液晶聚合物层包括液晶分子指向矢镜像对称的第一液晶聚合物子层和
第二液晶聚合物子层，所述第二液晶聚合物层用于通过相位补偿的方式实现光束的偏振转化。
[0010]可选的，沿所述第一液晶聚合物层指向所述第二液晶聚合物层的方向，液晶分子指向矢的角度φ满足：
[0011][0012]其中，P为所述液晶螺旋的螺距，a为所述第一液晶聚合物层的厚度，b
‑
a为所述第一液晶聚合物子层的厚度，c
‑
b为所述第二液晶聚合物子层的厚度，α为所述第一液晶聚合物层远离所述取向层一侧表面的液晶分子指向矢的初始取向角度，β为所述第一液晶聚合物子层靠近所述取向层一侧表面的液晶分子指向矢的初始取向角度，δ为所述第一液晶聚合物子层和所述第二液晶聚合物子层的液晶分子指向矢扭曲角。
[0013]可选的，57
°
≤δ≤90
°
。
[0014]可选的，所述液晶螺旋的周期数的取值范围为5～100，所述液晶螺旋的周期定义为液晶分子指向矢旋转360
°
时沿光传播方向走过的距离。
[0015]可选的，所述液晶螺旋的旋向为左旋或右旋。
[0016]可选的，所述取向层的厚度范围为30nm～50nm。
[0017]可选的，所述第一液晶聚合物子层的厚度范围为1μm～20μm，所述第二液晶聚合物子层的厚度范围为1μm～20μm，所述第一液晶聚合物子层和所述第二液晶聚合物子层的厚度偏差小于两层厚度均值的10％。
[0018]可选的，所述第一液晶聚合物子层中的液晶呈左旋分布，所述第二液晶聚合物子层中的液晶呈右旋分布，或者所述第一液晶聚合物子层中的液晶呈右旋分布，所述第一液晶聚合物子层中的液晶呈左旋分布。
[0019]可选的，所述第一液晶聚合物层与所述第二液晶聚合物层采用相同或者不同的母体液晶材料，并掺入不同浓度手性剂实现螺旋周期以及旋性的不同，掺入手性剂浓度与手性剂螺旋扭曲力负相关。
[0020]根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种透
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反式光学器件的制备方法，包括：
[0021]提供第一基板和第二基板；
[0022]在所述第一基板靠近所述第二基板一侧形成第一取向层，在所述第二基板靠近所述第一基板一侧形成第二取向层，所述第一取向层和所述第二取向层包括预设的图案化取向；
[0023]将所述第一基板和所述第二基板对准成盒，在所述第一基板和所述第二基板之间形成包括多个周期的液晶螺旋的第一液晶聚合物层；
[0024]剥离所述第二基板，在所述第一液晶聚合物层远离所述第一基板的一侧形成取向层；
[0025]在所述取向层远离所述第一液晶聚合物层一侧依次形成第一液晶聚合物子层和
第二液晶聚合物子层，所述第一液晶聚合物子层和所述第二液晶聚合物子层的液晶分子指向矢镜像对称；
[0026]将所述第一基板剥离，形成基于分段扭曲的各向异性膜的透
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反式光学器件。
[0027]本专利技术实施例的技术方案，通过第一液晶聚合物层对入射光偏振解耦，同时使反射光加载预设相位；通过取向层阻断第一液晶聚合物层中的液晶分子指向矢对第二液晶聚合物层的影响，并控制第二液晶聚合物层中的初始液晶分子指向矢；通过第二液晶聚合物层实现光束的偏振转化，将胆甾相液晶的手性超结构及镜像对称扭曲的结构相结合，利用一基于分段扭曲的各向异性膜实现了自旋解耦的同时，充分利用了全空间，实现宽带可定制、高光利用率和功能丰富的几何相位光学元器件，有望在光学计算、通讯、成像、信息显示和传感等领域得到应用，并推进现代光学元器件升级改造。
[0028]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例提供的一种透
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反式光学器件的原理说明结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透
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反式光学器件，其特征在于，包括一基于分段扭曲的各向异性膜，所述各向异性膜包括依次层叠的第一液晶聚合物层、取向层和第二液晶聚合物层；所述第一液晶聚合物层包括多个周期的液晶螺旋，用于对入射光偏振解耦，同时使反射光加载预设相位；所述取向层用于阻断所述第一液晶聚合物层中的液晶分子指向矢对所述第二液晶聚合物层的影响，并控制所述第二液晶聚合物层中的初始液晶分子指向矢；所述第二液晶聚合物层包括液晶分子指向矢镜像对称的第一液晶聚合物子层和第二液晶聚合物子层，所述第二液晶聚合物层用于通过相位补偿的方式实现光束的偏振转化。2.根据权利要求1所述的透
‑
反式光学器件，其特征在于，沿所述第一液晶聚合物层指向所述第二液晶聚合物层的方向，液晶分子指向矢的角度φ满足：其中，P为所述液晶螺旋的螺距，a为所述第一液晶聚合物层的厚度，b
‑
a为所述第一液晶聚合物子层的厚度，c
‑
b为所述第二液晶聚合物子层的厚度，α为所述第一液晶聚合物层远离所述取向层一侧表面的液晶分子指向矢的初始取向角度，β为所述第一液晶聚合物子层靠近所述取向层一侧表面的液晶分子指向矢的初始取向角度，δ为所述第一液晶聚合物子层和所述第二液晶聚合物子层的液晶分子指向矢扭曲角。3.根据权利要求2所述的透
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反式光学器件，其特征在于，57
°
≤δ≤90
°
。4.根据权利要求1所述的透
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反式光学器件，其特征在于，所述液晶螺旋的周期数的取值范围为5～100，所述液晶螺旋的周期定义为液晶分子指向矢旋转360
°
时沿光传播方向走过的距离。5.根据权利要求1所述的透
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反式光学器件，其特征在于，所述液晶螺旋的旋向为左旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，袁瑞，胡清，
申请(专利权)人：南京宁萃光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：