【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液晶相位板的设计及取向控制，尤其涉及一种液晶相位板、制备方法及高阶庞加莱球光束阵列调控系统。
技术介绍
1、近年来，光场的空域调控作为光学领域的研究热点受到了人们越来越多的关注。通过调控相位、振幅或偏振会产生出各种复杂的结构光场，这些光场因其新颖光学特性和丰富的应用前景被诸多研究者广泛研究。
2、传统的庞加莱球只能用来描述标量光场的偏振态，当以携带轨道角动量的左右旋圆偏振光作为基矢时，可得到高阶庞加莱球。高阶庞加莱球同时融合了光束的自旋角动量和轨道角动量特性，这大大增加了光的操纵自由度。若可以高效产生高阶庞加莱球光束阵列，则可以大大拓展其在生物医学，大气科学等领域的应用。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种液晶相位板、制备方法及高阶庞加莱球光束阵列调控系统，该液晶相位板可产生偏振可控的高阶庞加莱球光束阵列。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种液晶相位板，包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述第一基板和所述第二基板；
3、所述第一基板和所述第二基板近邻所述液晶层的一侧设置有光控取向膜，所述光控取向膜的分子指向矢按照达曼偏振叉形光栅控制图形排列，所述光控取向膜控制所述液晶层中的液晶分子指向矢按照所述达曼偏振叉形光栅控制图形排列，以使照射在所述液晶相位板的高斯光束转化为偏振可控的高阶庞加莱球光束阵列；
4、所述达曼
5、可选的，所述光控取向膜的分子指向矢满足：
6、
7、其中，表示所述螺旋相位图形的相位，其表达式满足：
8、
9、表示所述倾斜光栅相位图形的相位，其表达式满足：
10、
11、表示所述达曼光栅相位图形的相位，其表达式满足：
12、
13、
14、其中，x、y表示以所述液晶相位板中心为原点的直角坐标系的坐标，m表示螺旋相位的拓扑荷，λg表示倾斜光栅的周期，nx表示x轴方向上一维达曼光栅衍射级次，ny表示y轴方向上一维达曼光栅衍射级次，cnx和cny分别表示达曼光栅nx和ny级次的系数，λd表示达曼光栅的周期，倾斜光栅的周期和达曼光栅的周期相同。
15、可选的，所述螺旋相位图形包括一个或多个中心灰度从黑到白逆时针变化的相位图形，所述螺旋相位图形的中心灰度从黑到白变化对应相位从0到2π变化；
16、所述倾斜光栅相位图形包括多个一维线性光栅相位图形，每个一维线性光栅相位图形的相位周期调制量为2π，所述倾斜光栅相位图形的相位调制范围为-22π～22π，每个所述倾斜光栅相位图形的宽度从所述倾斜光栅相位图形的中心区域向两边保持不变；
17、所述达曼光栅相位图形包括多个二维二值化相位图形，所述二维二值化相位图形由x方向和y方向上相同的一维二值化相位图形叠加构成，每个所述一维二值化相位图形的周期调制量为2π，所述达曼光栅相位图形的相位调制范围在x方向和y方向均为-22π～22π，每个所述二维二值化相位图形的周期从所述二维二值化相位图形的中心区域向x轴和y轴两边均保持不变；
18、所述倾斜光栅相位图形的周期和所述达曼光栅相位图形的周期相同。
19、可选的，所述液晶层的材料包括向列相液晶、双频液晶或铁电液晶中的任意一种；
20、所述光控取向膜的达曼偏振叉形光栅控制图形可擦写，所述光控取向膜的材料包括偶氮染料。
21、可选的，所述液晶相位板中的寻常光和非寻常光的相位差满足：
22、其中，δn为液晶分子的双折射率差，d为液晶层厚度，λ为入射光波长，k为自然数。
23、根据本专利技术的另一方面，提供了一种偏振可控的高阶庞加莱球光束阵列调控系统，包括：
24、上述的液晶相位板；
25、位于所述液晶相位板入光侧的光源，以产生入射光束；
26、位于所述光源和所述液晶相位板之间偏振片和四分之一波片；
27、位于所述液晶相位板出光侧的检偏片和成像装置。
28、可选的，所述光源、所述偏振片、所述四分之一波片，所述液晶相位板、所述检偏片以及所述成像装置的光轴位于同一直线上；
29、通过调节所述四分之一波片的快轴方向与所述偏振片的起偏方向的夹角，控制所述入射光束的偏振态，通过调节所述检偏片的旋转角度对出射光场的偏振态进行检偏。
30、可选的，所述液晶相位板中达曼光栅相位图形为二维达曼光栅相位图形；
31、所述二维达曼光栅相位图形的占空比为1：1，相位跃变点x1＝0.5时：
32、当所述光源产生的入射光束为圆偏振高斯光束时，入射光束经所述液晶相位板转换为等能量分布的2×2阵列的高阶庞加莱球光束阵列；
33、当所述光源产生的入射光束为线偏振高斯光束时，入射光束经所述液晶相位板转换为3×2阵列的高阶庞加莱球光束阵列。
34、根据本专利技术的另一方面，提供了一种液晶相位板的制备方法，包括：
35、在第一基板和第二基板的一侧形成光控取向膜；
36、在所述第一基板上设置间隔粒子，并与所述第二基板封装，其中所述第一基板的光控取向膜一侧与所述第二基板的光控取向膜一侧相对设置；
37、对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成分子指向矢方向按照达曼偏振叉形光栅控制图形的灰度值来排列，其中所述达曼偏振叉形光栅控制图形由螺旋相位图形、倾斜光栅相位图形和达曼光栅相位图形叠加而成；
38、在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶层，所述光控取向膜的达曼偏振叉形光栅控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢按照所述达曼偏振叉形光栅控制图形排列。
39、可选的，对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以使所述光控取向膜的分子指向矢方向按照达曼偏振叉形光栅控制图形排列，其中所述达曼偏振叉形光栅控制图形由螺旋相位图形和倾斜光栅相位图形和达曼光栅相位图形叠加而成，包括：
40、采用数控微镜阵光刻系统，根据曝光次序，选择对应相位值的曝光图形，以及对应的诱导光偏振方向，依次进行曝光；
41、其中，相邻步骤曝光图形的曝光区域部分重叠，所述诱导光偏振方向随曝光次序单调增加或单调减小，以形成由螺旋相位图形、倾斜光栅相位图形和达曼光栅相位图形叠加而成的达曼偏振叉形光栅控制图形。
42、本专利技术实施例提供的液晶相位板，包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层，第一基板与第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑第一基板和第二基板；第一基板和第二基板近邻液晶层的一侧设置有光控取向膜，光控取向膜的分子指向矢按照达曼偏振叉形光栅控制图形排列，光控取向膜控制所述液晶层中的液晶分子指向矢按照达曼偏振叉形光栅控制图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液晶相位板，其特征在于，包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述第一基板和所述第二基板；
2.根据权利要求1所述的液晶相位板，特征在于，所述光控取向膜的分子指向矢满足：
3.根据权利要求1所述的液晶相位板，其特征在于，所述螺旋相位图形包括一个或多个中心灰度从黑到白逆时针变化的相位图形，所述螺旋相位图形的中心灰度从黑到白变化对应相位从0到2π变化；
4.根据权利要求1所述的液晶相位板，其特征在于，所述液晶层的材料包括向列相液晶、双频液晶或铁电液晶中的任意一种；
5.根据权利要求1所述的液晶相位板，其特征在于，所述液晶相位板中的寻常光和非寻常光的相位差满足：
6.一种偏振可控的高阶庞加莱球光束阵列调控系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的偏振可控的高阶庞加莱球光束阵列调控系统，其特征在于，所述光源、所述偏振片、所述四分之一波片，所述液晶相位板、所述检偏片以及所述成像装置的光轴位于同一直线上；>
8.根据权利要求6所述的偏振可控的高阶庞加莱球光束阵列调控系统，其特征在于，所述液晶相位板中达曼光栅相位图形为二维达曼光栅相位图形；
9.一种液晶相位板的制备方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以使所述光控取向膜的分子指向矢方向按照达曼偏振叉形光栅控制图形排列，其中所述达曼偏振叉形光栅控制图形由螺旋相位图形和倾斜光栅相位图形和达曼光栅相位图形叠加而成，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种液晶相位板，其特征在于，包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述第一基板和所述第二基板；
2.根据权利要求1所述的液晶相位板，特征在于，所述光控取向膜的分子指向矢满足：
3.根据权利要求1所述的液晶相位板，其特征在于，所述螺旋相位图形包括一个或多个中心灰度从黑到白逆时针变化的相位图形，所述螺旋相位图形的中心灰度从黑到白变化对应相位从0到2π变化；
4.根据权利要求1所述的液晶相位板，其特征在于，所述液晶层的材料包括向列相液晶、双频液晶或铁电液晶中的任意一种；
5.根据权利要求1所述的液晶相位板，其特征在于，所述液晶相位板中的寻常光和非寻常光的相位差满足：
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【专利技术属性】
技术研发人员：魏冰妍，张媛，刘圣，温丹丹，李鹏，张祥，赵建林，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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