[发明专利]一种液晶偏振光栅制备方法

说明书

一种液晶偏振光栅制备方法，提供了一种基于双折射棱镜进行偏振操控的制备方法，该方法简便可行，为制备液晶偏振光栅提供了一种新思路。液晶偏振光栅可应用于增强现实、液晶显示和高光谱遥感等领域。所述方法的核心技术在于由偏振片、双折射棱镜以及1/4波片组成的曝光光路。在入射光为蓝紫激光时，出射光为偏振方向随位置连续变化的线偏振光。通过照射光敏取向层，可实现偏振光栅所需求的液晶分子取向排布。该方法的优点在于其使用的器件数量少，光路简单；光栅周期易于调节，简便灵活；且元件易获得，成本较低。是一种具有实用价值的偏振光栅制备方案。

技术领域

本发明涉及的基于双折射棱镜和光控取向的液晶偏振光栅制备方法，是一种新型的液晶偏振光栅制备方法。此方法与激光干涉法相比，具有光路简单、稳定、成本较低等优势。

背景技术

液晶偏振光栅是一种偏振分离器件。如图1所示，它能够将入射的线偏振光或者自然光衍射成为两束在空间上相互分离，旋向相反的圆偏振光。在入射光为圆偏振光时，它能够在+1或-1级次出射一束与入射圆偏光旋向相反的的圆偏振光。并且，在偏振光栅的厚度满足半波条件时，这样的偏振转换具有90％以上的极高效率。

液晶偏振光栅具有高衍射效率的原因就是其呈周期变化的液晶分子指向矢排布。如图2所示，液晶偏振光栅的液晶分子指向矢在X方向上呈现周期变化，指向矢每旋转180°称为一个周期。在同一周期内，随着X的增大，指向矢朝同一方向(顺时针或者逆时针)旋转的，称为这些周期手性相同，旋转方向不同的称为手性相反。

为了能够使液晶分子按照所期望的方式排列，在本发明中，采用了光控取向技术。其基本原理是利用光敏偶氮染料的光致顺反异构特性，对液晶分子进行取向。这种光取向方法首先要在衬底，如玻璃上旋涂一层光敏偶氮染料膜，然后用相应波段的偏振光照射，只有与偏振光偏振方向垂直的方向产生液晶分子指向矢的取向，从而实现光栅分布。本实验中采用的取向材料是浓度为0.4％的SD1溶液。SD1是一种光敏偶氮染料，其分子式如图3所示。在使用蓝紫线偏振光照射时，SD1会呈现与照射光偏振方向相垂直的取向方向。

为了实现偏振光栅连续变化的取向，需要给取向层照射偏振方向连续变化的线偏光。在目前，偏振光栅制备曝光过程中多采用蓝紫圆偏振光干涉的曝光方法。这种方法光路复杂，且成本较高。而本发明采用基于双折射棱镜的曝光光路，对入射光进行偏振调制，如图4所示。实现了出射线偏光偏振方向随位置均匀变化的目标。与干涉法相比，具有以下优点

(1)使用的器件数量少，光路简单；

(2)光路稳定性高、抗干扰能力强；

(3)元件易获得，成本较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型的偏振光栅制备方法，以更为简便、灵活、低成本的方法制备偏振光栅。

本发明的技术解决方案是：一种基于双折射棱镜和光控取向技术的液晶偏振光栅制备方法。由激光器发出蓝紫光，通过由偏振片、双折射棱镜以及1/4 波片组成的偏振调制光路，出射偏振方向在特定方向上连续变化的线偏振光，照射在光敏取向层上，再旋涂、固化液晶，即可完成偏振光栅的制备。

本发明的具体实现方法为：1)按照摘要附图所示光路图搭建照光系统。以双折射棱镜的快轴方向为Y轴，慢轴方向为X轴。则偏振片的起偏方向与X 轴夹角为45°，1/4波片与X轴夹角为-45°。2)在玻璃基板上旋涂一层SD1 溶液并蒸干。3)将基板放入照光系统中，照光约10min。4)在光敏层上旋涂液晶溶液，加热蒸干，照光固化。

在照光时，一束激光首先经过起偏器，起偏方向与X轴呈45°。之后入射到快轴沿Y轴(与起偏方向呈45°)的双折射棱镜，则O光与E光经棱镜后产生相位差，且相位差呈沿Y轴连续变化。之后入射到光轴方向沿-45°(与Y 轴呈45°)的1/4波片，出射光即为偏振方向在Y方向上连续变化的线偏振光。具有此种偏振态特性的光照射在光敏层上，可以使得SD1分子的取向方向连续变化。