圆偏振切换装置及其优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种圆偏振切换装置及其优化方法，圆偏振切换装置的基础结构为关于庞加莱球的对称结构，包括沿入射方向依次分布的单轴上延迟膜层、半波切换层和单轴下延迟膜层。主要针对现有技术中偏振切换器件切换速度慢及其工作波段与视场受限等问题。通过本发明专利技术所提供的方法优化的圆偏振切换装置能够在大视角下对入射的圆偏振光提供迅速的宽带正交偏振响应。利用庞加莱球模型分析圆偏振切换结构的视场特性并给出视场优化思路，进一步改善装置在短波波段的视场效果。该方法还能够优化符合不同应用场景的圆偏振切换装置，解决偏振切换装置与液晶几何相位光学元件波段、视场不匹配的实际应用问题。配的实际应用问题。配的实际应用问题。

【技术实现步骤摘要】
圆偏振切换装置及其优化方法


[0001]本专利技术涉及非机械式光束控制
，特别涉及一种圆偏振切 换装置及其优化方法。

技术介绍

[0002]高对比度、快响应、宽视域、低能耗的液晶光电模式一直以来是 显示及光子学器件的追求，改善光学系统的光学性能并实现光学系统 的快速动态调控依赖于液晶偏振元件与偏振转换元件的串联组合。
[0003]因此，迫切要求研究和设计波段和视场与液晶光学元件匹配的偏 振转换器件，圆偏振光由于其投影的高度对称性在显示系统中具有一 定的优势，所以我们把研究重心转向大视场宽波段可切换的圆偏振转 换元件。
[0004]目前常用的具有偏振转换功能的器件主要有波片、液晶延迟片、 菲涅尔棱镜等，其中液晶延迟片由于优良的动态光电响应特性成为动 态调控偏振器件的首选，它能在提供偏振响应的同时保持器件整体平 坦和超薄的轮廓，而且主动式液晶延迟片可以实现光束偏振态动态调 制，目前用于实现动态切换的液晶材料主要有向列相液晶、铁电液晶， 但向列相液晶需要满足Mauguin条件，进而要求较厚的液晶层，因此 响应时间很慢，通常难以满本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆偏振切换装置，其特征在于，所述圆偏振切换装置的基础结构为关于庞加莱球的对称结构，包括沿入射方向依次分布的单轴上延迟膜层、半波切换层和单轴下延迟膜层；所述上延迟膜层和所述下延迟膜层相对于所述半波切换层呈对称分布；所述半波切换层为铁电液晶盒；所述上延迟膜层和所述下延迟膜层均为双层结构，所述双层结构为视角补偿膜和液晶聚合物膜。2.根据权利要求1所述的圆偏振切换装置，其特征在于，所述液晶聚合物膜为单轴均匀平行液晶聚合物膜或扭曲液晶聚合物膜。3.根据权利要求2所述的圆偏振切换装置，其特征在于，所述上延迟膜层和所述下延迟膜层的结构的排列方式为：所述视角补偿膜、所述单轴均匀平行液晶聚合物膜；所述单轴均匀平行液晶聚合物膜、所述视角补偿膜；所述视角补偿膜、所述均匀扭曲液晶聚合物膜；所述均匀扭曲液晶聚合物膜、所述视角补偿膜；其中的任意一种。4.根据权利要求1所述的圆偏振切换装置，其特征在于，所述视角补偿膜为正c膜，c膜光轴与所述视角补偿膜表面垂直。5.一种圆偏振切换装置的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过控制所述待优化圆偏振切换装置的半波切换层、单轴上延迟膜层和单轴下延迟膜层之间的光轴夹角，对所述待优化圆偏振切换装置进行波段补偿；S2、计算待优化圆偏振切换装置的偏振态演化曲线以及各膜层的偏振态输出曲线，利用庞加莱球模型对该结构视角特性进行分析，利用所述视角补偿膜缩小各个方位角下的偏振态输出曲线范围，对所述待优化圆偏振切换装置的视角进行补偿；S3、使用扩展琼斯矩阵对所述待优化圆偏振切换装置的波段与视角特性进行仿真分析，采用非线性优化方法对所述待优化圆偏振切换装置的结构参数进行全局优化，获得经优化后的圆偏振切换装置。6.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，所述步骤S1中所述待优化圆偏振切换装置的半波切换层、单轴上延迟膜层和单轴下延迟膜层之间的光轴夹角通过下述琼斯矩阵进行计算，所述琼斯矩阵如公式(1)所示：
其中，Γ1、Γ2、Γ3分别代表所述单轴上延迟膜层、所述半波切换层和所述单轴下延迟膜层的延迟值，为光轴与x轴夹角，Γ
e
代表所述待优化圆偏振切换装置的结构的等效的宽波段波片的光延迟，为等效光轴取向。7.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆全全，于洋，王启东，彭增辉，刘永刚，杨程亮，宣丽，鲁兴海，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：