[发明专利]一种液晶几何相位器件及其制备方法、检测装置

权利要求书

1.一种液晶几何相位器件，其特征在于，包括相对设置的第一基板、第二基板以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的双手性共存液晶层，所述双手性共存液晶层包括第一旋向胆甾相液晶和第二旋向胆甾相液晶共存的液晶层，所述第一旋向胆甾相液晶和所述第二旋向胆甾相液晶组成交错的液晶微区域；

所述第一基板朝向所述第二基板的一侧设置有第一取向层，所述第二基板朝向所述第一基板的一侧设置有第二取向层；

其中，所述第一旋向胆甾相液晶和所述第二旋向胆甾相液晶的旋向不同，所述第一取向层和所述第二取向层具备相同的取向方向，所述第一取向层和所述第二取向层具有分子指向矢呈周期性渐变分布的控制图形。

2.根据权利要求1所述的液晶几何相位器件，其特征在于，所述液晶几何相位器件为液晶涡旋光产生器，所述第一取向层和所述第二取向层的分子指向矢具有角向渐变分布的控制图形，以使液晶分子指向矢呈0°-180°渐变分布，液晶分子指向矢分布满足：α＝qθ+α₀；α表示所述液晶分子指向矢的方位角，q是涡旋光拓扑荷的一半数值，θ是方位角度，α₀是初始方位角。

3.根据权利要求1所述的液晶几何相位器件，其特征在于，所述第一旋向胆甾相液晶为左旋胆甾相液晶，所述第二旋向胆甾相液晶为右旋胆甾相液晶，或者所述第一旋向胆甾相液晶为右旋胆甾相液晶，所述第二旋向胆甾相液晶为左旋胆甾相液晶。

4.根据权利要求1所述的液晶几何相位器件，其特征在于，还包括位于所述第一基板和所述第二基板之间的间隔粒子，所述间隔粒子用于支撑所述第一基板和所述第二基板，形成所述双手性共存液晶层的填充空间。

5.根据权利要求4所述的液晶几何相位器件，其特征在于，沿垂直所述第一基板和所述第二基板的方向，所述间隔粒子的延伸长度大于或者等于所述第一旋向胆甾相液晶中液晶分子螺距的10倍。

6.根据权利要求4所述的液晶几何相位器件，其特征在于，所述间隔粒子包括石英微球和石英柱中的至少一种。

7.一种液晶几何相位器件的制备方法，用于制备权利要求1～6任一所述的液晶几何相位器件，其特征在于，包括：

提供第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板相对设置；

在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧形成第一取向层，在所述第二基板朝向所述第一基板的一侧形成第二取向层；

在所述第一基板和所述第二基板之间制备双手性共存液晶层，形成液晶几何相位器件；

其中，所述双手性共存液晶层包括第一旋向胆甾相液晶和第二旋向胆甾相液晶共存的液晶层，所述第一旋向胆甾相液晶和所述第二旋向胆甾相液晶组成交错的液晶微区域，所述第一旋向胆甾相液晶和所述第二旋向胆甾相液晶的旋向不同，所述第一取向层和所述第二取向层具备相同的取向方向，所述第一取向层和所述第二取向层具有分子指向矢呈周期性渐变分布的控制图形。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述第一基板和所述第二基板之间制备双手性共存液晶层，包括：

向填充区域填入第一旋向胆甾相液晶及聚合单体混合物，待取向层锚定完成后，将液晶盒置于紫外光源下完成聚合形成聚合物网络；

将聚合结束的液晶盒浸泡在丙酮中，洗去未发生聚合反应的分子；

将洗好的带有聚合物网络的液晶盒置于热台，加热挥发丙酮分子；

向丙酮分子挥发完全的带有聚合物网络的液晶盒中填入第二旋性胆甾相液晶。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述第一基板和所述第二基板之间制备双手性共存液晶层之前，还包括：

在所述第一基板和所述第二基板之间形成间隔粒子；

其中，沿垂直所述第一基板和所述第二基板的方向，所述间隔粒子的延伸长度大于或者等于第一旋向胆甾相液晶中液晶分子螺距的10倍。

10.一种液晶几何相位器件的光学特性的检测装置，其特征在于，包括涡旋光和矢量光的产生单元和检测单元；

所述产生单元包括沿第一方向共光轴依次排布的激光器、半波片、四分之一波片、分束器、光阑以及权利要求1～6任一所述的液晶几何相位器件，所述检测单元包括沿第二方向依次排布的调制器和接收屏，所述调制器包括线偏振片或柱透镜，所述第一方向和所述第二方向交叉；

所述激光器输出的光束依次经过所述半波片、所述四分之一波片、所述分束器和所述光阑透射后入射至所述液晶几何相位器件，所述液晶几何相位器件对入射光束进行几何相位调制并反射，反射的光束经过所述光阑透射、所述分束器反射和所述调制器透射后被所述接收屏接收。