[发明专利]一种混合排列型双频液晶偏振光栅

说明书

本发明公布了一种混合排列型双频液晶偏振光栅，属于主动光电系统中的非机械式光束偏转技术领域，主要针对目前主动型液晶偏振光栅在光束偏转过程中存在漏光、驱动电压高、响应速度慢的问题。该混合排列型结构主要包括光控取向液晶基板、垂直取向液晶基板以及双频液晶，形成一种“三明治”结构。本发明通过光控取向技术和垂直取向技术制备液晶偏振光栅，能够实现超高衍射效率光束偏转；利用混合排列型结构能够消除弗雷德里克兹转变阈值，降低驱动电压；通过双频液晶大幅提高该混合排列型结构的相位调制量，达到亚毫秒级响应速度。

技术领域

本发明属于主动光电系统中的非机械式光束偏转技术领域，具体是指一种混合排列型双频液晶偏振光栅。

背景技术

在主动光电系统中，激光束的偏转与扫描装置是一项核心部件，例如激光通信系统中天线对激光束偏转角度的精确控制、激光武器系统中瞄准器对相干合束激光的控制等。按照工作载体分类，光束偏转系统主要可分为机械式光束偏转系统和非机械式光束偏转系统，非机械式光束偏转系统具有体积小、重量轻、功耗低、灵敏度高、可编程捷变控制、无惯性作用等明显优势，目前在主动光电系统中正得到越来越多的应用。

液晶偏振光栅是一种能够实现大角度光束偏转的新型元件，利用液晶偏振光栅的组合可以实现大角度、非机械式的光束偏转与扫描，目前在激光通信、激光雷达等领域正得到越来越多的应用。然而，由于传统液晶偏振光栅中液晶分子总是水平取向，导致液晶偏振光栅在电驱动工作时存在弗雷德里克兹转变阈值，工作电压较高，这不利于液晶偏振光栅的便携控制。另外，传统液晶偏振光栅由于在靠近基板处存在边缘效应，即便对液晶偏振光栅施加几十伏的电压，边缘处液晶分子都不能完全“站立”，从而导致液晶偏振光栅漏光，严重影响液晶偏振光栅的衍射效率。垂直取向液晶盒虽然没有弗雷德里克兹转变阈值，但其会成倍的降低液晶盒对入射光的相位调制量，换句话说，要想获得同等相位调制量，垂直取向液晶盒的盒厚要成倍增加，这将大大降低液晶盒的响应速度。为了解决以上问题，本发明还引入了双频液晶，其不但能够成倍增加液晶盒的相位调制量，而且能够实现亚毫秒级响应，具有极大优势。正是基于以上考虑，本发明提出了将传统液晶偏振光栅与垂直取向液晶盒和双频液晶相结合的方式，形成了一种混合排列型双频液晶偏振光栅。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合排列型双频液晶偏振光栅，解决传统液晶偏振光栅中驱动电压高、漏光以及响应速度慢的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种混合排列型双频液晶偏振光栅，其特征在于：包括，

光控取向液晶基板：用于使液晶分子沿全息干涉方向水平取向；

垂直取向液晶基板：用于使液晶分子沿垂直于基板方向取向；

双频液晶：用于扩大混合排列型液晶偏振光栅的相位调制量，降低混合排列型液晶偏振光栅的响应时间，液晶分子在水平方向的投影沿基板平面周期性排布，液晶的光轴在一个周期内连续变化，并满足如下关系式：

式中代表x位置处液晶分子的指向矢，Λ是液晶偏振光栅的周期；在垂直方向上，靠近垂直取向液晶基板的液晶分子与x轴呈近乎90°夹角，靠近光控取向液晶基板的液晶分子与x轴呈近乎0°夹角，而介于两者之间的液晶分子与x轴夹角连续变化。

本发明中光控取向一侧液晶基板包括基板、ITO导电薄膜、光控取向剂，ITO导电薄膜用于通电实现对液晶偏振光栅的电压控制，光控取向剂用于记录全息干涉光路的曝光图案、实现对液晶分子在水平方向光轴的控制。

本发明中垂直取向一侧液晶基板包括基板、ITO导电薄膜、垂直取向剂，ITO导电薄膜用于通电实现对液晶偏振光栅的电压控制，垂直取向剂用于实现对液晶分子在垂直于基板方向光轴的控制。

本发明中双频液晶分子会在低频、高压电驱动下垂直于两侧基板方向排列，在高频、低压电驱动下平行于两侧基板方向排列。