可变光学延迟器制造技术

本发明专利技术公开了一种次波长光栅，其被放置在液晶可变光学延迟器的内部以降低可变光学延迟器产生的光学延迟的偏振相关性。相对于传统的波片，小厚度的次波长光栅降低了由于次波长光栅的单元内放置所带来的驱动电压的不利后果。

【技术实现步骤摘要】
可变光学延迟器
本专利技术涉及一种光学延迟器，特别地，涉及一种使光束产生可变相位延迟的可变光学延迟器。
技术介绍
液晶可变光学延迟器通常用于产生可变光学相位延迟，和/或改变光束的偏振状态。在典型液晶可变光学延迟器中，几微米厚的液晶流体层被插在两个透明电极之间。当电压施加到电极时，电极之间的电场定向高度各向异性的液晶分子。液晶分子的场诱导定向改变液晶层的有效折射率，这将影响传播穿过液晶层的光束的光学相位。当光束是以与被称为“指向矢(director )”的液晶分子定向的主要方向成45度线性偏振时，所诱导的光学相位差能够改变光束的偏振态，例如，其能够旋转线性光偏振态。当光束是沿着液晶分子定向的主要方向线性偏振时，由可变光学延迟器使光束产生可变光学相位延迟。通过在公共的液晶层下面布置单个可控像素的阵列能够构造可变光学延迟器阵列。当线性偏振光束照明这种阵列时，能够将预先确定的光学相位图案施加到光束，允许光束的可变聚焦或转向而不需要任何移动部件。已经发现，可变光学延迟器阵列可以用于诸如光束扫描/转向，光学像差校正等各种应用。液晶可变延迟器的一个缺点是它们通常需要偏振光束来正确工作。然而，该缺点不是固有的，并且可通过使用适当的偏振差异配置来克服。作为例子，G.D.Love的标题为“用于非偏振光的液晶相位调制器”(《应用光学》，1993年5月I日，第32卷第13期第2222-2223 页)(“Liquid-Crystal Phase modulator for unpolarized light” (Appl.0pt.，Vol.32，No 13, p.2222-2223，lMayl993))的文章公开了一种反射偏振不敏感的可变光学延迟器。参考图l，Love的可变光学延迟器10具有设置在液晶单元12和反射镜13之间的四分之一波片(QWP) 11。操作中，垂直线性偏振(V-LP)光束14传播穿过液晶单元12，四分之一波片11，并被反射镜13反射，向回传播穿过四分之一波片11和液晶单元12。反射光束如16示出。液晶单元12具有垂直定向的指向矢15 ;因此，可变光学相位延迟将被施加到第一通道上的光束14上,而不改变其偏振态。四分之一波片11被定向以将垂直偏振态改变到左手-圆偏振(LH-CP)，其一旦从反射镜13反射就相应地改变成右手-圆偏振(RH-CP)。在第二通道上，四分之一波片11将右手-圆偏振改变成水平线性偏振(H-CP)，其将不被液晶单元12改变，因为其指向矢15是与其垂直定向的，也就是说，是垂直定向的。可以看出，如果入射光束14是水平偏振的(为了简洁而没有示出)，不仅在穿过液晶单元12的第一通道，也在穿过液晶单元12的第二通道，其都将被反射成垂直偏振，并产生相同量的相位延迟。因此，如果光束14是非偏振的或任意偏振的，其将被延迟相同量的相位延迟而不管其偏振态。因此，可变光学延迟器10是偏振不敏感的。图1的可变光学延迟器10的一个缺陷是在液晶单元12和反射镜13之间放置四分之一波片11，这增加了反射镜13和液晶单元12之间的距离D。这是不利的，因为当入射光束14传播穿过距离D时将发生发散。光束发散增加液晶单元12上的光斑尺寸。增加的光斑尺寸在其中的液晶单元12是以像素显示的可变延迟器阵列构造中是不利的，因为其降低了空间分辨率。可变光学延迟器10的另一个缺点是液晶单元12必须是透射式的，以适应外部四分之一波片11。透射式的液晶单元通常在双通道构造中比反射液晶单元在单通道构造中具有较高的光损耗，因为在透射式单元中，入射光需要两次穿过两个透明电极。透明电极需要具有导电与透射光的双重作用。这些需要有些矛盾，结果，透明电极通常给系统中引入一些额外光损耗。James等人的标题为“用于可重构光转向的液晶二维空间光调制器的衍射效率和偏振敏感性的模型”(美国光学学会杂志A辑，第24卷第8期第2464-2473页)(“Modelingof the diffraction efficiency and polarization sensitivity for a liquidcrystal2D spatial light modulator for reconfigurable beam steering，，( J.0pt.Soc.Am.A，Vol24, N0.8，p.2464-2473))的文章公开了一种反射偏振不敏感的液晶延迟器阵列，其中一个电极被制成高反射的，并且四分之一波片被放置在液晶单元的内部。最终的光学损耗在这种情况下较低，因为在James的装置中，入射光束两次通过单个透明电极，而不是穿过两个电极。然而，四分之一波片的内部放置降低了横跨液晶层的电场，因此需要高驱动电压来补偿电场降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可变光学延迟器，其中偏振敏感性被降低而且也不会带来过多光学损耗或驱动电压的不利后果。根据本专利技术，电介质或半导体次波长光栅被放置在液晶可变光学延迟器内部的电极和液晶层之间。次波长光栅起到四分之一波片的作用，同时具有非常小的厚度，所以减少了由于单元内放置次波长光栅而导致的驱动电压的不利影响。次波长光栅也可以被制成高反射的，例如，其能够包括多层电介质高反射器，其相对于金属反射器进一步降低光学损耗。根据本专利技术的一个方面，提供一种液晶可变光学延迟器，包括:第一连续平面电极；与第一连续平面电极相对的第二基本透明的连续平面电极；液晶层，其具有指向矢并设置在第一电极和第二电极之间，用于在第一连续平面电极和第二连续平面电极之间施加电压时使入射到第二连续平面电极上的光产生可变光学相移；以及次波长光栅，其被设置在液晶层和第一连续平面电极之间并具有相对指向矢成锐角，优选地成45度角的光栅线。根据本专利技术，还提供一种可变光学延迟器，用于使入射到其上的光束产生可变相位延迟，该光学延迟器包括:具有像素电极的基底；设置在像素电极上并与其分离的次波长光栅，用于使入射到其上的光束产生第一光学延迟，该次波长光栅具有彼此平行的光栅线；次波长光栅上的液晶层，用于使穿过其传播的光束产生第二光学延迟；以及液晶层上的基本透明的背板电极；其中，当在像素和背板电极之间施加电压时，第二光学延迟被改变，从而使传播穿过所述液晶层的光束产生可变相位延迟；其中，液晶层的指向矢与光栅线形成锐角，从而降低可变光学延迟器对光束偏振态的敏感性。根据本专利技术的另一方面，提供一种包括调整调整延迟器的硅上液晶空间光调制器，其中调整延迟器包括次波长光栅。根据本专利技术的再一个方面，还提供一种使光束产生可变相位延迟的方法，该方法包括:(a)使光束传播穿过液晶层，并随后穿过次波长光栅，所述次波长光栅具有相对于所述液晶层的指向矢成角度定向的光栅线；(b)反射在步骤(a)中穿过的光束，以将光束向回传播穿过液晶层；以及(C)在执行步骤(a)和(b)的同时，通过位于所述液晶层和次波长光栅外部并平行于所述液晶层和次波长光栅的一对平面电极向所述液晶层施加电场，以改变液晶层的光学延迟，从而改变光束的相位延迟；其中，所述电极的平坦度有利于所施加电场的空间均匀性，从而有利于所述液晶层的改变的光学延迟的空间均匀性。在优选的实施例中，次波长光栅不包含任何金属，这将降低光损耗和电场边缘效应或屏蔽效应。【附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶可变光学延迟器，包括：第一连续平面电极；与所述第一连续平面电极相对的基本透明的第二连续平面电极；液晶层，其具有指向矢并设置在所述第一连续平面电极和第二连续平面电极之间，用于在所述第一连续平面电极和所述第二连续平面电极之间施加电压时使入射到所述第二连续平面电极上的光产生可变光学相移；以及次波长光栅，其被设置在所述液晶层和所述第一连续平面电极之间并具有与所述指向矢成锐角的光栅线。

【技术特征摘要】
2012.08.24 US 61/692,8961.一种液晶可变光学延迟器，包括: 第一连续平面电极； 与所述第一连续平面电极相对的基本透明的第二连续平面电极；液晶层，其具有指向矢并设置在所述第一连续平面电极和第二连续平面电极之间，用于在所述第一连续平面电极和所述第二连续平面电极之间施加电压时使入射到所述第二连续平面电极上的光产生可变光学相移；以及 次波长光栅，其被设置在所述液晶层和所述第一连续平面电极之间并具有与所述指向矢成锐角的光栅线。2.根据权利要求1所述的液晶可变光学延迟器，其中所述次波长光栅包括电介质光栅或半导体光栅。3.根据权利要求2所述的液晶可变光学延迟器，其中所述次波长光栅包括其内没有任何金属的反射光栅。4.根据权利要求2所述的液晶可变光学延迟器，其中所述光栅线包括限定所述光栅线之间的间隙的脊，其中所述液晶层延伸进入所述间隙。5.根据权利要求1所述的液晶可变光学延迟器，其中所述锐角是45±5度。6.根据权利要求5所述的液晶可变光学延迟器，其中所述次波长光栅具有单通道中的四分之一波延迟。7.一种用于使入射到其上的光束产生可变相位延迟的可变光学延迟器，包括: 具有像素电极的基底； 设置在所述像素电极上并与其分离的次波长光栅，以使入射到其上的所述光束产生第一光学延迟，所述次波长光栅具有彼此平行的多个光栅线； 所述次波长光栅上的液晶层，用于使穿过其传播的所述光束产生第二光学延迟；以及 所述液晶层上的基本透明的背板电极； 其中，当在所述像素电极和所述背板电极之间施加电压时，所述第二光学延迟被改变，从而使传播穿过液晶层的所述光束产生可变相位延迟； 其中，所述液晶层的指向矢与所述光栅线形成锐角，从而降低所述可变光学延迟器对所述光束的偏振态的敏感性。8.根据权利要求7所述的可变光学延迟器，其中所述像素电极具有连续平坦表面。9.根据权利要求8所述的可变光学延迟器，其中所述次波长光栅包括电介质或半导体。...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·迈克尔·米勒，贡萨罗·威尔斯，
申请(专利权)人：JDS尤尼弗思公司，
类型：发明
国别省市：