[发明专利]电调谐全息聚合物分散液晶Bragg体光栅单色仪

说明书

技术领域

本发明属电光功能材料和光通讯领域，具体涉及一种电调谐全息 聚合物分散液晶布拉格（Bragg）体光栅单色仪。

背景技术

目前广泛应用的常规平面光栅单色仪的分辨率与所采用的衍射 光栅的刻划总数成正比。因而光栅面越大,光栅周期越小,则系统 分辨率越高。因此为确保一定的分辨率,常规平面光栅单色仪的体积 不可能减得很小。同时,实践中，对衍射光栅表面洁净度要求非常 高,不能有粘染,否则其衍射效率会严重下降。另外,其波长选择 是通过机械鼓轮的转动带动光栅面转动实现的.因而系统结构较为 庞大,复杂,而且存在螺距误差。

全息布拉格体光栅就是在透明介质材料,如玻璃,聚合物材料 中,通过全息的方法使体材料的折射率形成具有正弦形式的周期调 制。其布拉格矢量平行于材料表面,而等折射率面则垂直于体表面。 入射光线方向,光栅体法线,及布拉格矢量三线共面为入射面。

全息布拉格体光栅具有很高的衍射效率,满足布拉格条件的入 射光线理论上衍射效率可达100%。在确定的入射角下,波长为λ 入射光线的衍射效率极大值与布拉格体光栅的折射率调制深度(Δn) 相关,两者成线性关系，因此通过改变布拉格体光栅的折射率调制 深度(Δn)就可实现最大衍射的波长选择。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电调谐全息聚合 物分散液晶布拉格体光栅单色仪。

本发明的前期研究通过全息光致聚合的方法在聚合物分散液晶 (PDLC)混和体系中实现液晶和聚合物的相分离,形成周期结构的液 晶和聚合物相间的层状结构，提供了全息聚合物分散液晶(HPDLC)布 拉格体光栅。该结构存在于两面导电玻璃之间，由于液晶的平均折 射率与聚合物折射率之间存在差异,因而形成折射率的周期调制。在 液晶层中,光致聚合过程导致液晶分子主要沿布拉格矢量方向排列, 即平行于前后面的导电玻璃。当在两导电玻璃之间施加一定幅度的 交流电压信号,液晶分子将趋向于沿光栅体法线方向(即垂直)排列. 其程度取决于电压信号的有效幅值。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

采用由全息聚合物分散液晶(HPDLC)制备的高效率布拉格体光栅 取代常规平面光栅,构建单色仪,实现波长选择的电调谐。所述的 单色仪由输入光纤接头(1),准直透镜(2),全息聚合物分散液晶布 拉格体光栅(3),电驱动控制开关(4),驱动信号源(5),输出聚焦镜 (6),输出端光纤接头(7),及透射光吸收管(8)构成。当光线由输入 光纤接头(1)导引进入光谱仪,经由准直透镜(2)准直,以与光栅表 面法线成一定角度入射全息布拉格体光栅(3).若该入射角使某一波 长(λ)满足布拉格条件,则该波长的光线将被全息布拉格体光栅(3) 最大地衍射,以与光栅法线成同样的角度(与入射光线位于法线同侧) 出射。若将光栅电驱动控制开关(4)接通,使驱动信号源(5)接入布 拉格体光栅(3)的两电极,随着驱动信号源(5)的有效幅值的改变, 布拉格体光栅(3)内的折射率调制深度(Δn)将随之改变,从而使满足 布拉格条件的波长发生改变。在出射方向上相应的最大衍射波长也 将随之改变,实现波长调谐。整个过程只有电驱动信号的工作,不 存在机械部件的运动。输出聚焦镜(6)将衍射光收集并汇聚到输出端 光纤接头(7),从(7)输出。对于不满足布拉格条件的光线,其主要强 度将透射布拉格体光栅(3),被透射光吸收管(8)所收集,以消除系 统内杂散光.电驱动控制开关(4)和驱动信号源(5)均可由计算机 控制,以实现波长调谐的自动化或智能化。

本发明中，全息聚合物分散液晶(HPDLC)制备的高效率布拉格体 光栅,其前后表面可以镀宽带增透膜以减少反射损耗。

所述的高效率全息聚合物分散液晶布拉格体光栅,可以采用透 射式或反射式体光栅。

本发明中，所述的准直透镜(2)和输出聚焦镜(6)可采用消象差 透镜组或凹面射镜。

本发明中，所述的输入光纤接头(1)和输出端光纤接头(7)也可以 采用小孔光阑,或狭缝光阑.

本发明中，液晶层分子排列方向在电压驱动下的改变,将导致在 布拉格入射角下的光线所经受的折射率的改变,从而改变布拉格体 光栅的折射率调制深度(Δn).因此可以通过施加相应幅度的驱动电 压以实现最大衍射波长的电调谐,而无需机械运动部件。