[发明专利]偏振周期角度连续可调的图案化液晶光取向装置及方法

说明书

本发明公开一种偏振周期角度连续可调的图案化液晶光取向装置及方法，该装置包括：光源组件、焦距伺服组件、运动控制部件、偏振光栅或傅立叶变换系统以及视场光阑，本发明能够制备周期从十微米级至毫米级，大小从几百纳米至几十微米可调的周期光栅结构，周期结构的形状大小可根据视场光阑进行选取，并可将其组合为可设计的任意图形，其中每个小周期光栅结构的偏振角度和周期自由可取，可实现大幅面高自由度的的偏振光刻图案。

技术领域

本发明属于液晶取向排列控制领域，具体涉及一种偏振周期角度连续可调的图案化液晶光取向装置及方法。

背景技术

液晶在信息显示、光学及光子学器件等领域具有广泛的应用。这些应用中许多都要求液晶能够按照设计的取向排列，以实现对光的振幅、相位以及偏振调制，因此液晶的取向排列控制方式成为了学术和工业生产的研究热点。近年来，随着光敏材料的发展，光控取向理念被提出，它利用光敏材料在紫外线偏振光照射下，产生垂直于线偏振光方向的分子取向，这种分子的定向取向产生了类似于沟槽所带来的锚定力，从而诱导液晶分子定向排列。

目前实现光控取向的方式主要有两大类，一类是需要掩模的，有接触式掩模曝光、投影式掩模曝光和投影式动态掩模曝光，其中接触式和投影式掩模曝光针对不同的图案都需要制作对应的掩模，具有生产成本高、效率低等缺点，而目前已报道的基于空间光调制器DMD的投影式动态掩模曝光精度无法实现单次曝光下的不同选区形成不同液晶取向图案，无法做到小偏振角连续变化曝光，需要多次曝光，也具有分辨率低、套刻难等问题；另一类是无需掩模的全息干涉，它只能生成一维或二维周期不可调的且取向单一的液晶取向排列图案，难以制备复杂的图案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种偏振周期角度连续可调的图案化液晶光取向装置及方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

偏振周期角度连续可调的图案化液晶光取向装置，包括：

光源组件，光源组件用于提供光源和产生准直的偏振角度可调的线偏振光；

焦距伺服组件，用于矫正运动产生的离焦现象；

运动控制部件，用于调整载有光偏振敏感材料的工作台的空间位置，以实现光场拼接；

偏振光栅，光源组件射出的线偏振光经过偏振光栅形成周期性的偏振光栅图案，新产生的偏振光栅图案周期为其中：λ为线偏振光的波长，当线偏振光垂直入射至偏振光栅会在正负一级衍射角方向上分别产生一束左旋圆偏振光和一束右旋圆偏振光，两束圆偏振光可进行干涉，其中两束圆偏振光夹角为2β；

视场光阑，视场光阑用于选取周期性的偏振光栅图案的形状大小，并可将其组合为可设计的任意图形。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，还包括：第一傅立叶透镜和第二傅立叶透镜，第一傅立叶透镜、偏振光栅以及第二傅立叶透镜形成傅立叶变换系统；

光源组件的线偏振光依次经过第一傅立叶透镜、偏振光栅以及第二傅立叶透镜，傅立叶变换系统用于实现连续可调偏振光栅图案的输出，通过调整偏振光栅到第一傅立叶透镜的距离来生成周期可连续调控的偏振光栅图案，新生成的偏振光栅图案周期为其中：P为偏振光栅的周期，f为傅立叶变换系统的焦距，d为偏振光栅与第一傅立叶透镜之间的距离。

作为优选的方案，傅立叶变换系统中的偏振光栅的空频可为25lp/mm至3333lp/mm，对应周期为40μm至0.3μm。

作为优选的方案，傅立叶变换系统中的偏振光栅与运动控制部件相连，可根据设定改变偏振光栅与第一傅立叶透镜之间的距离以及偏振光栅与水平方向之间的角度；

其中，距离调节范围为0～f，最小调节量为0.5μm，角度调节范围为0～pi°，最小调节量为0.05pi。