一种产生环形结构光的装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种产生环形结构光的装置及其制备方法，该装置包括依次设置的氦氖激光器、偏振片、液晶盒、LED紫外光源和CCD；所述液晶盒包括表面涂覆有取向膜的两层基板，间隔粒子和液晶层，所述间隔粒子放置在两层取向膜相对的基板间，形成填充空间用于注入液晶层；所述环形结构光的产生方法包括可重构液晶超结构体系的制备、光路搭建、环形结构光的获取三个部分。本发明专利技术利用液晶材料实现了环形结构光的产生，该种通过可重构液晶超结构体系实现振幅型结构光产生的方法具有简单快捷、灵活可靠、成本低廉、可重构便集成等优点。可重构便集成等优点。可重构便集成等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种产生环形结构光的装置及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种产生结构光的装置及其制备方法，尤其涉及一种产生环形结构光的装置及其制备方法。

技术介绍

[0002]结构光在光学领域中一直受到广泛的研究，通过调控高斯光束的相位、振幅或偏振等参数可以产生不同的结构光场。结构光场因其具有独特的光学特性，在光成像、光通信、光计算、显微检测、材料加工、微粒操纵等领域中均展出巨大潜力。
[0003]目前，产生结构光的一般方法是利用透镜、波片、超构表面等光学器件的组合，但是，这些光学元器件的结构是固定不变的，因而对光的调制效果不可调谐。而且产生结构光的方法依赖于复杂、庞大的光学系统，使得特定结构光的产生变得相当困难。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种能产生环形结构光的装置，该装置利用可重构手性液晶超结构体系产生振幅型结构光，以实现环形结构光的获取；本专利技术的另一目的在于提供一种所述装置用于产生环形结构光的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的产生环形结构光的装置，包括依次设置的氦氖激光器、偏振片、液晶盒、LED紫外光源和CCD；所述液晶盒包括表面涂覆有取向膜的两层基板，间隔粒子和液晶层，所述间隔粒子放置在两层取向膜相对的基板间，形成填充空间用于注入液晶层。
[0006]优选地，该装置还包括1/4波片，所述1/4波片设在偏振片和液晶盒之间。
[0007]优选地，所述两层基板中的其中一层基板，其表面取向膜侧的液晶分子指向呈周期性排列，在单位周期内，分子指向矢指向从0
°
到180
°
渐变，分子指向矢分布满足其中α(x)表示在x轴不同位置的分子指向，A为周期；所述两层基板中的另一层基板，其表面取向膜侧的液晶分子指向呈垂直于基板排列。
[0008]优选地，所述取向膜的材料选自表面活性剂、摩擦取向剂、光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的一种。
[0009]优选地，所述两层取向膜的材料分别为偶氮类光控取向材料4，4
’‑
二重(4
‑
羟基
‑3‑
羧基
‑
偶氮苯基)对二氨基联苯(联苯胺)
‑
2，2
’‑
二磺酸钠(SD1)和N，N
‑
二甲基
‑
N
‑
[3
‑
(三甲氧硅)丙基]氯化十八烷基铵(DMOAP)。
[0010]优选地，所述间隔粒子为球形微米粒子。
[0011]优选地，所述取向膜包括第一取向膜和第二取向膜；
[0012]所述第一取向膜的制备方法为：
[0013]将该取向膜材料均匀旋涂在基板上，退火；然后对取向膜进行取向处理，通过控制线偏振光曝光时的偏振方向来照射取向膜内的分子，使得该取向膜内的分子沿着与线偏振光方向垂直的方向排列。
[0014]所述第二取向膜的制备方法为：
[0015]将第二基板在取向剂溶液中浸泡，冲洗，退火，在第二基板上形成对液晶分子具有垂直取向效果的第二取向膜。
[0016]优选地，所述氦氖激光器的功率为0.3
‑
0.5mw，所述LED紫外光源的功率为50
‑
100μw。
[0017]利用所述装置产生环形结构光的方法，该方法是将所述氦氖激光器和LED紫外光源同时打开，使所述氦氖激光和LED紫外光同时照射在液晶盒，通过CCD拍摄得到环形结构光图案。
[0018]本专利技术在所述两侧取向膜的共同作用下，液晶层分子将自组装形成对称性破缺的多层级螺旋超结构。所述螺旋超结构是由液晶分子在垂直于基板的方向上螺旋排列，并在靠近垂直取向膜附近，螺旋柱发生形变，在平行于基板的某一方向上形成周期性调制的微结构，其周期方向不一致，且螺旋周期与形变周期常常不相等，具备寻常胆甾相液晶所没有的光学性质。同时，本专利技术所述液晶层中液晶分子的螺距会随着365nm紫外光源的照射由若干微米趋向于正无穷。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：本专利技术利用液晶材料实现了结构光的产生，该种通过可重构液晶超结构体系实现振幅型结构光产生的方法具有简单快捷、灵活可靠、成本低廉、可重构便集成等优点。
附图说明
[0020]图1为本专利技术所制备的液晶盒结构图；
[0021]图2为本专利技术第一取向膜附近液晶分子指向矢俯视图；
[0022]图3为本专利技术第二取向膜附近液晶分子指向矢主视图；
[0023]图4为本专利技术所搭建的装置图；
[0024]图5为本专利技术在光照前液晶样品在偏光显微镜下的织构图；
[0025]图6为本专利技术产生的光斑图，右侧环形光斑为环形结构光；
[0026]图7为本专利技术在光照后液晶样品在偏光显微镜下的织构图；
[0027]图8为本专利技术提供的产生环形结构光的方法流程示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0029]图4为本专利技术所搭建的装置图，该装置包括依次设置的氦氖激光器1、偏振片2、1/4波片6(632.8纳米)、液晶盒3、LED紫外光源4和CCD 5。氦氖激光器1的功率为0.3mw
‑
0.5mw、LED紫外光源4的波长为365纳米，功率为50
‑
100微瓦。
[0030]所述液晶盒3包括表面涂覆有取向膜的两层基板，间隔粒子和液晶层，间隔粒子放置在两层取向膜相对的基板间，形成填充空间用于注入液晶层。所述液晶盒3的结构图如图1所示。该液晶盒的制备方法如下：
[0031]在所述第一基板靠近所述第二基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板靠近第一基板一侧形成第二取向膜；
[0032]为了使取向膜与基板之间具有较强的粘附性和浸润性，本专利技术使用ITO洗液对基
板进行超声清洗，清洗时长为30分钟。然后反复两次用超纯水超声清洗，每次清洗时间均为10分钟。将清洗过后的基板放入烘箱，烘箱温度调至120℃，烘干时长40分钟。最后对基板进行UVO(紫外臭氧清洗)30分钟。
[0033]其中第一取向膜和第二取向膜的制备方法如下：
[0034]第一取向膜的制作方式如下：将偶氮类光控取向材料SD1均匀旋涂在所述第一基板靠近第二基板一侧，旋涂方式为：先将转速设置为800转/分钟的低转速，以此速度旋涂5秒钟，后改为3000转/分钟的高转速，以此速度旋涂40秒；在旋涂取向剂之后，将上述旋涂有光控取向剂SD1的第一基板进行退火，退火温度为100℃，时间为10分钟，最终在第一基板靠近第二基板的一侧形成光控取向膜；所述SD1兼具液晶的各向异性及偶氮苯独特的光响应特性。在线偏振光的照射下SD1分子会沿着与线偏振光方向垂直的方向排列，并通过与液晶分子之间的相互作用使得液晶分子形成有序取向，从而实现对液晶分子取向的操控。
[0035]在第一基板靠近第二基板的一侧形成光控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产生环形结构光的装置，其特征在于，该装置包括依次设置的氦氖激光器(1)、偏振片(2)、液晶盒(3)、LED紫外光源(4)和CCD(5)；所述液晶盒(3)包括表面涂覆有取向膜的两层基板，间隔粒子和液晶层，所述间隔粒子放置在两层取向膜相对的基板间，形成填充空间用于注入液晶层。2.根据权利要求1所述产生环形结构光的装置，其特征在于，该装置还包括1/4波片(6)，所述1/4波片(6)设在偏振片(2)和液晶盒(3)之间。3.根据权利要求1所述产生环形结构光的装置，其特征在于，所述两层基板中的其中一层基板，其表面取向膜侧的液晶分子指向呈周期性排列，在单位周期内，分子指向矢指向从0
°
到180
°
渐变，分子指向矢分布满足其中α(x)表示在x轴不同位置的分子指向，A为周期；所述两层基板中的另一层基板，其表面取向膜侧的液晶分子指向呈垂直于基板排列。4.根据权利要求1所述产生环形结构光的装置，其特征在于，所述取向膜的材料选自表面活性剂、摩擦取向剂、光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的一种。5.根据权利要求1或4所述产生环形结构光的装置，其特征在于，所述两层取向膜的材料分别为偶氮类光控取向材料SD1和N，N
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【专利技术属性】
技术研发人员：马玲玲，王泽宇，王宁，陆延青，陈鹏，李炳祥，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：