透射式高损伤阈值光寻址空间光调制器制造技术

一种透射式高损伤阈值光寻址空间光调制器，包括光敏光生成单元、二向分色镜和液晶单元；液晶单元包括气体基底层、放电气体、放电电极、光导晶体层、液晶取向层、液晶层、含基底的透明导电层、液晶间隔子和交流电压源，光敏光生成单元包括光敏光准直输出光源、偏振立方体、电寻址空间光调制器和成像镜头，放电电极和含基底的透明导电层之间连接交流电压源，光导晶体层兼作为放电气体与第一液晶取向层的基底层，含基底的透明导电层为镀有氮化镓薄膜层的蓝宝石基板或氮化镓晶体或氧化镓晶体等。本发明专利技术使光寻址空间光调制器工作在透射模式，规避了光导膜层加工、导电材料与光导膜层致密结合等工艺难点，实现器件的高损伤阈值特性。实现器件的高损伤阈值特性。实现器件的高损伤阈值特性。

【技术实现步骤摘要】
透射式高损伤阈值光寻址空间光调制器


[0001]本专利技术属于液晶器件领域，具体涉及一种透射式高损伤阈值光寻址空间光调制器。

技术介绍

[0002]液晶空间光调制器作为一种主动型光场调控器件，可以对激光的振幅、相位或偏振态实现实时、灵活控制。作为一种可编程、可远程操控的器件，通过与相关控制单元连接，即可实现对激光光束的智能化、可编程控制，因此在惯性约束聚变、激光加工与激光增材制造等领域得到重要应用。在惯性约束聚变领域，大型激光装置如美国NIF装置、法国LMJ装置以及中国的神光系列装置等，通过空间光调制器实现光束均匀化以提高装置运行通量、实现损伤点屏蔽以延长大口径元件使用寿命进而降低装置运行与维护成本。在激光加工与增材制造领域，通过空间光调制器灵活调控光斑形态，提高加工与制造效率。
[0003]液晶空间光调制器目前主要分光寻址和电寻址两类。光寻址空间光调制器，与电寻址空间光调制器相比，具有透过率高、填充因子高、加工工艺简单等优势，可以有效避免黑栅效应等问题，实现无任何额外畸变的高保真光场调控。
[0004]在实际应用中，激光能量的不断提升对于液晶空间光调制器损伤阈值的要求也越来越高。而空间光调制器的损伤阈值瓶颈主要在于其中的导电膜层，本课题组已在前期提出透明导电层使用氮化镓材料，并通过设计反射式结构规避被调制激光对光导晶体侧导电膜的照射，利用氮化镓材料的较高激光损伤阈值提高光寻址液晶空间光调制器的整体激光损伤阈值。但是反射式器件对于液晶窗口基板的剩余反射率镀膜要求和平整度加工精度要求都很高，易存在光谱畸变大、波前畸变大等问题。
[0005]专利文献CN114594633A公开了一种用于1053nm线偏振光光束整形的高激光损伤阈值透射式光寻址液晶空间光调制器，其结构包括由计算机控制的LCoS型电寻址空间光调制器、1053nm线偏振读出光入射窗口、写入光LED准直光源、二向分色镜、偏振分光器、起偏器、液晶盒、交流稳压电源、检偏器、1053nm线偏振读出光出射窗口，其中液晶盒由透明导电膜基底层、透明导电层、液晶取向层、取向子、液晶层、光导层组成。本专利技术使用氮化镓材料作为透明导电层材料，氧化锌薄膜作为光电导材料，相比现有的液晶空间光调制器使用的液晶盒，实现了对高能量激光的损伤阈值的提高，有利于在高功率激光装置中光束整形的应用；相比反射式高损伤空间光调制器，规避了黑栅效应，简化了结构。但其需要在氮化镓材料上加工氧化锌薄膜，一方面涉及光电导氧化锌膜层加工，另一方面涉及氧化锌材料与氮化镓材料的高致密结合，上述两方面就当前国内外工艺水平而言具有一定的加工难度。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种透射型高损伤阈值光寻址空间光调制器。基于现有技术等离子体电极的思想，并结合光寻址空间光调制器的器件结构，通过合理设计光导晶体在空间光调制器内的相对位置，使光导晶体兼作为液晶取向层
与等离子体电极(放电气体)的基底层。不仅使光寻址空间光调制器可以工作在透射模式，而且实现了器件的高损伤阈值特性。
[0007]本专利技术的技术解决方案如下：
[0008]一种透射式高损伤阈值光寻址空间光调制器，其结构包括图案化光敏光生成单元、二向分色镜和液晶单元，所述的液晶单元包括气体基底层、放电气体、放电电极、光导晶体层、第一液晶取向层、液晶层、第二液晶取向层、含基底的透明导电层、液晶间隔子和交流电压源，所述的光敏光生成单元包括光敏光准直输出光源、偏振立方体、电寻址空间光调制器和成像镜头，所述的放电电极和所述的含基底的透明导电层之间连接所述的交流电压源。
[0009]所述的光导晶体层兼作为所述的放电气体与所述的第一液晶取向层的基底层，所述的含基底的透明导电层为镀有氮化镓薄膜层的蓝宝石基板或氮化镓晶体或氧化镓晶体，所述的光敏光准直输出光源发出的准直光依次经过偏振立方体透射、电寻址空间光调制器反射、偏振立方体反射以及成像镜头透射后输出，所述的图案化光敏光生成单元发出的图案化光敏光依次经所述的二向分色镜反射、所述的气体基底层和放电气体透射后成像于所述的光导晶体层。
[0010]所述的光敏光准直输出光源的输出光中心波长在350nm
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500nm范围内。
[0011]所述的偏振立方体的通光尺寸大于所述的光敏光准直输出光源的输出光斑尺寸。
[0012]所述的电寻址空间光调制器为反射式振幅型电寻址空间光调制器。
[0013]所述的二向分色镜对所述的图案化光敏光生成单元的输出光45度入射时的反射率>95％、对被调制激光波段45度入射时的透过率>95％。
[0014]所述的放电气体可以为氦气、氖气、氩气或混合气体。
[0015]所述的光导晶体层厚度>0.5mm、对被调制激光波段无吸收或吸收很小；所述的光导晶体层被波长处于350nm
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500nm范围内的光束照射时，材料电导率随照射光强增大而减小。
[0016]综上所述，本专利技术的优点和特点如下：
[0017]1)本专利技术在透明导电层使用氮化镓或氧化镓材料、利用氮化镓或氧化镓材料的较高激光损伤阈值提高光寻址液晶空间光调制器的整体激光损伤阈值的基础上，通过将光导晶体侧导电膜替换为等离子体电极(放电气体)，并使光导晶体兼作为放电气体与液晶取向层的基底层，设计了一种透射型高损伤阈值光寻址空间光调制器。
[0018]2)在先专利通过在氮化镓材料上加工氧化锌薄膜，分别利用氧化锌膜层与氮化镓材料作为光导层与导电层，实现透射式、高损伤阈值空间光调制器。而本专利技术不仅使光寻址空间光调制器可以工作在透射模式，而且规避了具有光电导性能的氧化锌膜层加工、氧化锌膜层与氮化镓材料的高致密结合等工艺难点，同时也实现了器件的高损伤阈值特性。
[0019]3)本专利技术提出的透射式结构，与反射式结构相比具有光谱畸变小、波前畸变小等优势。
附图说明
[0020]图1是本专利技术透射型高损伤阈值光寻址空间光调制器的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术中图案化光敏光生成单元1的实施例结构示意图；
[0022]图3是本专利技术中液晶单元3的实施例结构示意图；
[0023]图中，1
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图案化光敏光生成单元、1a
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光敏光准直输出光源、1b
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偏振立方体、1c
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电寻址空间光调制器、1d
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成像镜头、2
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二向分色镜、3
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液晶单元、3a
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气体基底层、3b
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放电气体、3c
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放电电极、3d
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光导晶体层、3e
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第一液晶取向层、3f
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液晶层、3g
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第二液晶取向层、3h
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含基底的透明导电层、3i
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液晶间隔子、3j
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透射式高损伤阈值光寻址空间光调制器，包括图案化光敏光生成单元(1)、二向分色镜(2)和液晶单元(3)；其特征在于，所述的液晶单元(3)包括气体基底层(3a)、放电气体(3b)、放电电极(3c)、光导晶体层(3d)、第一液晶取向层(3e)、液晶层(3f)、第二液晶取向层(3g)、含基底的透明导电层(3h)、液晶间隔子(3i)和交流电压源(3j)，所述的放电电极(3c)和所述的含基底的透明导电层(3h)之间连接所述的交流电压源(3j)，所述的光导晶体层(3d)分别作为所述的放电气体(3b)与所述的第一液晶取向层(3e)的基底层，所述的含基底的透明导电层(3h)为镀有氮化镓薄膜层的蓝宝石基板或氮化镓晶体或氧化镓晶体；所述的图案化光敏光生成单元(1)发出的图案化光敏光依次经所述的二向分色镜(2)反射、所述的气体基底层(3a)和放电气体(3b)透射后成像于所述的光导晶体层(3d)。2.根据权利要求1所述的透射式高损伤阈值光寻址空间光调制器，其特征在于，所述的光敏光生成单元(1)包括光敏光准直输出光源(1a)、偏振立方体(1b)、电寻址空间光调制器(1c)和成像镜头(1d)，所述的光敏光准直输出光源(1a)发出的准直光依次经过偏振立方体(1b)透射、电寻址空间光调制器(1c)反射、偏振立方体(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大杰，范薇，程贺，李学春，朱健强，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：