叉形液晶光柵的制備及其在生成渦旋光束中的應用的制作方法
【專利摘要】液晶叉形光柵，液晶光柵中相鄰液晶區(qū)域的液晶取向有不同的控制：一是TN/PA型，即液晶的90°扭曲相微區(qū)與液晶平行取向的微區(qū)交替構(gòu)成叉形光柵；二是正交PA型，即由液晶的光軸方向為同一區(qū)域內(nèi)均勻平行微區(qū)且相鄰區(qū)域互為正交的微區(qū)域交替構(gòu)成叉形光柵；三是正交HAN型。其制備是利用光控取向方法控制液晶微區(qū)取向，進而控制液晶的指向矢分布制備液晶叉形光柵；由基于數(shù)控微鏡陣DMD的微投影式光刻系統(tǒng)實現(xiàn)，數(shù)控裝置輸出液晶叉形光柵圖形信號控制DMD各像素反射光實現(xiàn)液晶微區(qū)的液晶叉形光柵圖形的成像；所述光束通過顯微物鏡縮微后，經(jīng)偏振片投射光控取向材料劑導電玻璃片。
【專利說明】 叉形液晶光柵的制備及其在生成渦旋光束中的應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微光刻系統(tǒng)、液晶取向控制、電光可調(diào)元器件制備等【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于液晶光控、摩擦取向與數(shù)控微鏡陣DMD光刻系統(tǒng)的可電調(diào)節(jié)及光重寫的液晶叉形光柵的制備及其在生成光渦旋中的應用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于渦旋光束在光學誘捕、操縱微小粒子、新型超分辨光學顯微鏡及天文學等方面的應用，人們對渦旋光束的研究越來越關(guān)注。產(chǎn)生渦旋光束的方法很多，可通過激光器的諧振腔和抽運方式、螺旋相位板以及計算全息術(shù)等方法產(chǎn)生帶有角向相位因子WeexpQm Θ )光渦旋，其中m為拓撲荷數(shù)，Θ為以光束傳播方向為z軸的柱坐標體系中的方位角。其中計算全息術(shù)的方法，因其方法簡單而被越來越多的研究者使用。它通過電腦計算產(chǎn)生叉形光柵的圖案，具體方法為:因為入射光是高斯光束，其相位因子為Ψ2=θχρ (ikx)，k為空間波矢，所以可以通過電腦把目標光束W1與入射光束Ψ2這兩束光的干涉圖案計算出來，便可得到可產(chǎn)生渦旋光束的模板，即為叉形光柵的圖案。目前的研究方法里，或者把圖案曝光沖洗到透明膠片上，或者轉(zhuǎn)移到空間光調(diào)制器上，但前者步驟繁瑣，不可電調(diào)；后者成本較高，分辨率低。也有人把計算全息術(shù)和聚合物混合型液晶相結(jié)合，通過空間光調(diào)制器把圖案曝光到上述液晶上，在光化學反應下實現(xiàn)圖案化。但這種方法產(chǎn)生的叉形光柵其衍射效率較低，而且對入射光有偏振依賴性。
[0003]本發(fā)明提出基于液晶的取向控制，通過自行設(shè)計的DMD微投影式光刻系統(tǒng)制備出的叉形光柵，完全克服了上述技術(shù)的缺陷。本發(fā)明可以通過改變DMD系統(tǒng)中的物鏡倍數(shù)來改變圖案大小與叉形光柵的尺寸，從而可以實現(xiàn)高分辨叉形光柵的制備。制備出的樣品體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，穩(wěn)定性和重復性都滿足實用要求，為產(chǎn)生渦旋光束提供了一種全新的便捷簡單的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是:提出一種液晶叉形光柵的制備及其在生成光渦旋中的應用，制備簡單可電調(diào)及光重寫的叉形光柵來實現(xiàn)渦旋光束的產(chǎn)生、控制與重構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:液晶叉形光柵，液晶光柵中相鄰液晶區(qū)域的液晶取向有不同的控制:一是ΤΝ/ΡΑ型，即液晶的90°扭曲相微區(qū)與液晶平行取向的微區(qū)交替構(gòu)成叉形光柵；二是正交PA型，即由液晶的光軸方向為同一區(qū)域內(nèi)均勻平行微區(qū)且相鄰區(qū)域互為正交的微區(qū)域交替構(gòu)成叉形光柵；三是正交HAN型，即由液晶一側(cè)微區(qū)取向方向與相互正交的混合取向微區(qū)交替構(gòu)成叉形光柵。其中二與三對正入射激光呈現(xiàn)偏振無依賴特性。
[0006]利用光控取向方法控制液晶微區(qū)取向，進而控制液晶的指向矢分布制備叉形光柵；圖形化對液晶微區(qū)曝光并取向由一套基于數(shù)控微鏡陣DMD的微投影式光刻系統(tǒng)實現(xiàn)，基于數(shù)控微鏡陣DMD的微投影式光刻系統(tǒng)由光源、光路準直裝置、數(shù)控微鏡陣DMD、分束棱鏡、物鏡、CCD、偏振片、精密調(diào)節(jié)載物臺等組成。經(jīng)光路準直裝置后的紫外或藍光束經(jīng)分束棱鏡分束的光束、均勻照射到DMD表面，數(shù)控裝置輸出液晶微區(qū)的叉形光柵圖形信號控制DMD各像素反射光實現(xiàn)叉形光柵圖形的成像；所述光束通過顯微物鏡縮微后，經(jīng)偏振片投射至置于載物臺上的表面涂有光控取向材料劑導電玻璃片上，控制曝光劑量完成曝光；光控取向材料的取向方向由誘導取向光的偏振決定，便于取向方向的精確控制；按導電玻璃片上叉形光柵圖形對液晶微區(qū)曝光后對液晶取向；光控取向材料的取向方向由曝光即誘導取向光的偏振決定。光控取向材料有可擦寫特性，取向由最后一次曝光的偏振方向決定，利于圖案的重構(gòu)及潤旋光束的改與。所用液晶材料可為向列相液晶、雙頻液晶或鐵電液晶。
[0007]光源尤其是高壓汞弧燈等構(gòu)成的紫外或藍光束。
[0008]液晶盒厚要與液晶性質(zhì)和取向模式匹配使得相鄰區(qū)域?qū)光和O光的相移之差大于η，盒厚通過選取間隔子或mylar控制，以獲得最佳開關(guān)比、衍射效率和響應速度。
[0009]液晶盒為平板電極上下驅(qū)動，通過施加電場的調(diào)節(jié)實現(xiàn)衍射效率的控制，從而控制潤旋光束開關(guān)態(tài)的。
[0010]用激光器照射液晶叉形光柵產(chǎn)生衍射斑圖案，非O衍射級即呈現(xiàn)渦旋光束，其軌道角動量m=nl,為衍射級次η與叉形光柵拓撲荷I的乘積,單位力A如圖5所示。
[0011]本發(fā)明叉形液晶光柵能夠?qū)⑵胀ǜ咚辜す夤馐D(zhuǎn)換為渦旋光束，且由于液晶的電光特性和光控取向材料的可擦寫性，產(chǎn)生的渦旋光可電控開關(guān)及進行軌道角動量的實時變更；產(chǎn)生的渦旋光束在量子通訊、量子計算、微粒捕獲、光鑷、光馬達、天文觀測領(lǐng)域的應用。
[0012]本發(fā)明有益效果:公開了一種基于光控取向技術(shù)控制液晶微區(qū)取向制備可調(diào)可擦寫的叉形光柵的技術(shù)，該叉形液晶光柵能夠?qū)⑵胀す?高斯光束)轉(zhuǎn)換為渦旋光束，且產(chǎn)生的渦旋光具備可電控開關(guān)及實時變更軌道角動量的特性。該類器件具有結(jié)構(gòu)簡單，光能轉(zhuǎn)化效率高，可加電調(diào)節(jié)、低電壓、低能耗，可實時變更軌道角動量，偏振無依賴，多波長適用等特點，技術(shù)實施成本低、效率高、適于批量生產(chǎn)，器件的重復性和穩(wěn)定性都滿足實用要求。在量子通訊、量子計算、微粒捕獲、光鑷、光馬達、天文觀測等科研【技術(shù)領(lǐng)域】有著廣泛的應用。
[0013](I)利用DMD系統(tǒng)進行曝光，節(jié)約了掩模制作成本，全數(shù)字化操作，靈活方便。由于是投影式曝光，避免了光束展寬造成的圖形變形，大大提高了分辨率；
[0014](2)采用SDl作為光控取向材料，實現(xiàn)了圖案的光擦寫；
[0015](3)由于液晶盒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，器件結(jié)構(gòu)簡單，光能轉(zhuǎn)化效率高，制備出的樣品偏振無依賴、對入射光波長不敏感，電調(diào)可實現(xiàn)高的開關(guān)比；
[0016](4)工作波段范圍寬、低電壓、低能耗，制備方案簡便高效、廉價、小巧易攜帶，可批量生產(chǎn)，用液晶實現(xiàn)的叉形光柵性能穩(wěn)定，重復性好，各項指標滿足量子通訊、量子計算、微粒捕獲、光鑷等領(lǐng)域的實用要求。
[0017](5)通過制備簡單可電調(diào)及光重寫的叉形光柵來實現(xiàn)渦旋光束的產(chǎn)生、控制與重構(gòu)。開拓簡便、小巧、廉價、高效、穩(wěn)定、可擦寫、可批量生產(chǎn)的制備技術(shù)，實現(xiàn)高衍射效率、偏振無依賴、對入射波長不敏感的渦旋光束生成器的制備，滿足其在量子通訊、量子計算、微粒捕獲、光鑷、光馬達、天文觀測等領(lǐng)域的應用需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1DMD投影式光刻系統(tǒng)示意圖；[0019]圖2渦旋光束衍射斑的探測光路示意圖；
[0020]圖3不同做盒方式下不同結(jié)構(gòu)的叉形光柵顯微圖。(a)、(b)為TN/PA型，(c)為正交HAN型，(d)為正交PA型，比例尺長度為100 μ m。
[0021]圖4用黑屏接收的渦旋光束衍射光斑示意圖；
[0022]圖5 (a)-(d)正交HAN型m=l叉形光柵加電控制下零級與一級衍射斑的變化；(e)為擦寫后的m=2的叉形光柵顯微圖；(f)為(e)的正一級衍射光斑；
[0023]圖6在不同入射波長(a)與不同入射光的偏振態(tài)(b)下正交HAN型m=l叉形光柵的衍射效率曲線。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例來進一步闡明本發(fā)明方法及應用，而不是要用這些實施例來限制本發(fā)明。圖1所示，UV光源1、分束棱鏡2、DMD3、(XD4、偏振片5、顯微物鏡6、制備的液晶盒(樣品)7。由圖1系統(tǒng)進行制備，具體為在ITO導電玻璃上旋涂光控取向薄膜，制備成盒并通過微光刻技術(shù)進行圖形曝光賦予叉形光柵圖案，約束取向材料的分子排列方向，進而控制液晶的取向，形成叉形液晶光柵。
[0025]激光照射該光柵即可衍射產(chǎn)生漩渦光束，改變施加電壓可對渦旋光強度進行調(diào)節(jié)進而實現(xiàn)動態(tài)開關(guān)。通過對取向結(jié)構(gòu)的光擦除和重新賦形，可實時生成具有不同軌道角動量值的渦旋光束。
[0026]①按照取向模式的不同，液晶盒的取向類型如上述，制液晶盒的前期準備可劃分為三種，制備方法如下:
[0027]TN/PA 型:
[0028](e)清洗玻璃片，旋涂光控取向材料SDl，退火處理形成均勻薄膜；
[0029](f)對兩片玻璃片用線偏光均勻曝光獲得沿玻璃片長邊方向進行初始取向；
[0030](g)入射偏振旋轉(zhuǎn)90°，用DMD微光刻系統(tǒng)對其中一片進行叉形光柵圖形曝光；
[0031](h)在其中一片玻璃片上噴涂空間粉或放置mylar，然后將兩片玻璃片膠合成盒。
[0032]正交PA型:
[0033]前兩步和TN/PA型一樣，第三步先將兩片玻璃片膠合成盒，然后入射偏振旋轉(zhuǎn)90°，用DMD系統(tǒng)對液晶盒曝光進行叉形光柵賦形。
[0034]正交HAN 型:
[0035](a)清洗玻璃片，一片旋涂SDl，一片旋涂垂直取向劑PI，退火處理形成均勻薄膜；
[0036](b)對旋涂SDl的玻璃片進行如TN/PA型(b)_ (C)步驟相同的操作，對旋涂PI的玻璃片進行摩擦取向，摩擦方向與邊緣均呈45°夾角。
[0037](c)在其中一片玻璃片上噴涂空間粉或放置mylar，然后將兩片玻璃片膠合成盒。
[0038]②依據(jù)制盒類型和驅(qū)動模式設(shè)計優(yōu)化液晶盒的盒厚參數(shù)，選取恰當粒徑的間隔子，實現(xiàn)開關(guān)速率和衍射效率間的最佳平衡；
[0039]③把做好的液晶盒置于熱臺上，在液晶的清亮點以上灌入液晶。在偏光顯微鏡下觀察，得到不同取向結(jié)構(gòu)的叉形光柵圖案，如圖3所示。其中(a)、(b)為TN/PA型，(c)為正交HAN型，(d)為正交PA型。
[0040]④將激光光源、叉形光柵樣品、CXD等部件調(diào)整好，打開光源，用黑屏接收，可看到渦旋光束的衍射斑分布，如圖4所示。用CCD可進一步清晰地觀察到渦旋光束的衍射光斑。對液晶盒加電，衍射效率隨電壓變化，從而實現(xiàn)了渦旋光束開關(guān)態(tài)的控制。
[0041]⑤用光探測器接收一級衍射斑的光強，測試其隨加電大小的變化，得到衍射效率。
[0042]⑥改變?nèi)肷涔庠吹牟ㄩL，可得其在不同波段下的衍射效率曲線。
[0043]⑦改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)，測試其在不同偏振態(tài)入射光照射下的衍射效率。
[0044]⑧對其進行光重寫叉形光柵圖案，并探測其電光特性。
[0045]實施例1:
[0046]本實施例為TN型液晶盒上實現(xiàn)叉形光柵的圖案化及渦旋光束衍射光斑的探測。
[0047]數(shù)控微鏡陣光刻系統(tǒng)組成為:405±10nm藍光LED光源，通過分束棱鏡(尺寸25_X25mm)，均勻照射至DMD (1024X 768個像素，每個像素13.68 μ m，最佳匹配紫外及藍光波段)，計算機通過CAD軟件(構(gòu)成數(shù)控裝置)將圖像控制信號輸至DMD信號輸入端；圖形經(jīng)顯微物鏡(透鏡孔徑50mm,焦距150mm,數(shù)值孔徑0.3,工作距離34mm,焦深3 μ m,放大倍率10倍)縮微，樣品載物臺前5cm處放置亞波長金屬線柵偏振片(直徑50mm，消光比大于2000:1);聚焦監(jiān)控組件即實時監(jiān)控系統(tǒng)中的分束棱鏡、CXD成像器件(選用工業(yè)紫外可見近紅外成像(XD)并通過USB與計算機終端連接；載物臺精密位移調(diào)節(jié)桿行程均為25mm，精度I μ m0
[0048]選擇14mmX20mm尺寸的ITO玻璃片，用丙酮或酒精進行超聲清洗30分鐘，然后再用純水兩次超聲清洗10分鐘。在120°C烘箱里烘干40分鐘后，進行UVO清洗30分鐘以增加浸潤性和粘附性。將偶氮類光取向材料SD1，旋涂在玻璃片上，旋涂參數(shù)為:低速旋涂5秒，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘，高速旋涂40秒，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘。旋涂完畢后放在熱臺上以100°C烘干10分鐘。
[0049]用藍光405nm LED透過偏振片垂直曝光(5J/cm2)，在兩片上獲得均勻的初始取向。然后，將其中一片玻璃片放置在DMD光刻系統(tǒng)的焦平面上。選擇需要曝光的叉形光柵圖形，用電腦將其輸出到DMD表面，并將偏振片的偏振方向調(diào)節(jié)為與原曝光方向垂直，再次曝光(5J/cm2)。二次曝光的區(qū)域的取向方向?qū)⑴c其余區(qū)域垂直。
[0050]在其中一片玻璃片上均勻噴涂直徑為6μπι的空間粉，然后將兩片玻璃片做成液晶盒，在清亮點以上灌入液晶Ε7。自然冷卻至室溫后，液晶分子將重新取向，兩片玻璃片取向?qū)臃较蛳嗤膮^(qū)域，液晶分子呈平行取向(PA取向)；取向?qū)臃较蛳嗷ゴ怪钡膮^(qū)域，液晶分子將呈90°扭轉(zhuǎn)向列向(TN取向)。在垂直偏振片的觀測下，TN區(qū)域呈亮態(tài)，PA區(qū)域呈暗態(tài)，從而實現(xiàn)叉形光柵的圖案化，如圖3(a)、(b)所示。
[0051]用波長為671nm的激光照射液晶盒叉形光柵圖案區(qū)域，用黑屏接收衍射斑，得到渦旋光束衍射斑分布，如圖4所示。
[0052]實施例2:
[0053]本實施例為正交PA型液晶盒上實現(xiàn)叉形光柵的圖案化。
[0054]前面曝光步驟和實施例1相同，不同的是，先把初次曝光的兩片玻璃片膠合成盒，再拿到DMD系統(tǒng)中進行二次曝光叉形光柵圖案。二次曝光的方向與初次曝光方向垂直。做盒及灌液晶的方法和實施例1相同。此方法下，液晶盒里二次曝光區(qū)域和未二次曝光區(qū)域液晶分子都呈平行PA取向，但兩者取向互相正交。此種液晶分子的排布優(yōu)勢在于，其產(chǎn)生的衍射斑及其衍射效率對入射光偏振無依賴。體現(xiàn)在其顯微圖像上，為二次曝光有圖案區(qū)域和沒圖案區(qū)域顏色基本一致，如圖3(d)所示。
[0055]實施例3:
[0056]本實施例為正交HAN型液晶盒上實現(xiàn)叉形光柵的圖案化并測其渦旋光束衍射斑的在不同偏振態(tài)的入射光和不同波長下的衍射效率。改變曝光圖案，可實現(xiàn)渦旋光束的可擦寫特性。
[0057]對做成液晶盒的其中一片玻璃片的曝光處理和實施例1中相同，對另一片要進行摩擦取向處理。首先對玻璃片的清洗工作和實施例1相同，然后旋涂PI垂直取向劑。需要注意的是，PI垂直取向劑使用前需要提前3?4小時從冰箱中取出，待其恢復到室溫后方可打開使用。旋涂參數(shù)為低速旋涂6秒，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘，高速旋涂20秒，轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/分鐘。旋涂完畢后放在烘箱里先以80°C預烘10分鐘，然后將烘箱溫度調(diào)至250°C烘I小時。固化完成后，關(guān)掉烘箱，使其自然降溫到室溫后，取出玻璃片。切不可驟冷，防止溫差過大，使玻璃片碎裂。接著對玻璃片摩擦取向，摩擦方向與玻璃片的直角邊都成45°夾角，方便對液晶盒加電后液晶分子朝此方向排列。最后是做盒及灌液晶，方法和實施例1中相同。此方法下，旋涂SDl的一側(cè)，液晶分子沿玻璃片表面排列，但二次曝光圖案的區(qū)域和沒圖案的區(qū)域液晶分子的排列方向互相垂直；旋涂PI的一側(cè)，液晶分子沿垂直于玻璃片表面排列。整個液晶盒里液晶分子的排列由一側(cè)平行于玻璃片逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋?cè)垂直于玻璃片。此種液晶分子的排布優(yōu)勢在于，其產(chǎn)生的衍射斑及其衍射效率對入射光偏振無依賴。體現(xiàn)在其顯微圖像上，為二次曝光有圖案區(qū)域和沒圖案區(qū)域顏色基本一致，如圖3(c)所示。體現(xiàn)在其衍射效率上，為，對其進行不同偏振態(tài)的入射光照射，可得到基本一致的衍射效率曲線，如圖6(b)所示。而且這種方法下測得的渦旋光束一級衍射斑的衍射效率較高，可達到37%左右。分別改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL至532nm和632.8nm，也皆可得到衍射效率高達37%的衍射效率曲線，如圖6(a)所示。這意味著，我們可以實現(xiàn)74%的總能量都集中到一級衍射斑的渦旋光束上。對樣品進行再次曝光，可得倒置的m=2叉形光柵結(jié)構(gòu)(圖5(e))，用CCD探測其正一級衍射斑，可得到拓撲荷數(shù)為m=-2的渦旋光束(圖5(f))。這表明了，如果用我們的樣品進行光鑷操作，我們可以同時改變被捕獲微粒的旋轉(zhuǎn)角速度和方向。
[0058]實施例4:
[0059]本實施例為在正交HAN型液晶盒里引入雙頻液晶，實現(xiàn)渦旋光束開關(guān)態(tài)的快速響應。
[0060]為了實現(xiàn)液晶叉形光柵的快速響應，在HAN型液晶盒里灌入HEF951800-100雙頻液晶；通過對盒厚參數(shù)的優(yōu)化，選取5 μ m的盒厚。通過測試可得，在15V/80kHz下，開態(tài)響應時間為300 μ s ;在15V/lkHz下，關(guān)態(tài)響應時間為570 μ S。其中，開態(tài)響應時間定義為渦旋光束由10%最強亮度到90%最強亮度所需的時間，關(guān)態(tài)響應時間反之亦然。通過對盒厚和材料的優(yōu)化，很好地實現(xiàn)了渦旋光束開關(guān)態(tài)亞毫秒的快速響應。
【權(quán)利要求】
1.液晶叉形光柵，其特征是液晶光柵中相鄰液晶區(qū)域的液晶取向有不同的控制:一是TN/PA型，即液晶的90°扭曲相微區(qū)與液晶平行取向的微區(qū)交替構(gòu)成叉形光柵；二是正交PA型，即由液晶的光軸方向為同一區(qū)域內(nèi)均勻平行微區(qū)且相鄰區(qū)域互為正交的微區(qū)域交替構(gòu)成叉形光柵；三是正交HAN型，即由液晶一側(cè)微區(qū)取向方向與相互正交的混合取向微區(qū)交替構(gòu)成叉形光柵。
2.液晶叉形光柵的制備方法，其特征是利用光控取向方法控制液晶微區(qū)取向，進而控制液晶的指向矢分布制備液晶叉形光柵； 叉形光柵圖形曝光及液晶取向:由一套基于數(shù)控微鏡陣DMD的微投影式光刻系統(tǒng)實現(xiàn)，基于數(shù)控微鏡陣DMD的微投影式光刻系統(tǒng)由光源、光路準直裝置、數(shù)控微鏡陣DMD、分束棱鏡、物鏡、CCD、偏振片、精密調(diào)節(jié)載物臺組成；經(jīng)光路準直裝置后的紫外或藍光束經(jīng)分束棱鏡分束的光束、均勻照射到DMD表面，數(shù)控裝置輸出液晶叉形光柵圖形信號控制DMD各像素反射光實現(xiàn)液晶微區(qū)的液晶叉形光柵圖形的成像；所述光束通過顯微物鏡縮微后，經(jīng)偏振片投射至置于載物臺上的表面涂有光控取向材料劑導電玻璃片上，控制曝光劑量完成曝光；光控取向材料的取向方向由誘導取向光的偏振決定，便于取向方向的精確控制；按導電玻璃片上叉形光柵圖形對液晶微區(qū)曝光后對液晶取向；光控取向材料的取向方向由曝光即誘導取向光的偏振決定；光控取向材料有可擦寫特性，取向由最后一次曝光的偏振方向決定，利于圖案的重構(gòu)及渦旋光束的改寫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶叉形光柵的制備方法，其特征是所用液晶材料可為向列相液晶、雙頻液晶或鐵電液晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶叉形光柵的制備方法，其特征是液晶盒厚要與液晶性質(zhì)和取向模式匹配使得相鄰區(qū)域?qū)光和ο光的相移之差大于π，盒厚通過選取間隔子或mylar控制，以獲得最佳開關(guān)比、衍射效率和響應速度；液晶盒為平板電極上下驅(qū)動，通過施加電場的調(diào)節(jié)實現(xiàn)衍射效率的控制，從而控制渦旋光束開關(guān)態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶叉形光柵的制備方法，其特征是步驟如下， 1)制備TN/PA型液晶叉形光柵: (a)清洗玻璃片，玻璃片上旋涂光控取向材料SDl，退火處理形成均勻薄膜； (b)對兩片玻璃片用線偏光均勻曝光獲得沿玻璃片長邊方向進行初始取向； (c)入射偏振旋轉(zhuǎn)90°，用DMD微光刻系統(tǒng)對其中一片進行液晶叉形光柵圖形曝光； (d)在其中一片玻璃片上噴涂空間粉或放置mylar，然后將兩片玻璃片膠合成盒。 2)制備正交PA型液晶叉形光柵: (a)、(b)前兩步和TN/PA型一樣；(c)先將兩片玻璃片膠合成盒，然后入射偏振旋轉(zhuǎn)90° ,用DMD系統(tǒng)對液晶盒曝光進行液晶叉形光棚賦形； 3)制備正交HAN型液晶叉形光柵: Ca)清洗玻璃片，一片旋涂SDl，一片旋涂垂直取向劑PI，退火處理形成均勻薄膜； (b)對旋涂SDl的玻璃片進行如TN/PA型I)中(b)-(c)步驟相同的操作，對旋涂PI的玻璃片進行摩擦取向，摩擦方向與邊緣均呈45°夾角； (c)在其中一片玻璃片上噴涂空間粉或放置mylar，然后將兩片玻璃片膠合成盒。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶叉形光柵的制備方法，其特征是數(shù)控微鏡陣光刻系統(tǒng)組成為:405±10nm藍光LED光源，通過分束棱鏡(尺寸25mmX25mm)，均勻照射至DMD(1024X768個像素，每個像素13.68 μ m,最佳匹配紫外及藍光波段)，計算機通過CAD軟件(構(gòu)成數(shù)控裝置)將圖像控制信號輸至DMD信號輸入端；圖形經(jīng)顯微物鏡(透鏡孔徑50_，焦距150mm，數(shù)值孔徑0.3，工作距離34mm，焦深3 μ m,放大倍率10倍)縮微，樣品載物臺前5cm處放置亞波長金屬線柵偏振片(直徑50mm，消光比大于2000:1);聚焦監(jiān)控組件即實時監(jiān)控系統(tǒng)中的分束棱鏡、CXD成像器件(選用工業(yè)紫外可見近紅外成像(XD)并通過USB與計算機終端連接；載物臺精密位移調(diào)節(jié)桿行程均為25mm,精度I μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶叉形光柵的制備方法，其特征是選擇ITO玻璃片，用丙酮或酒精進行超聲清洗30分鐘，然后再用純水兩次超聲清洗10分鐘。在120°C烘箱里烘干40分鐘后，進行UVO清洗30分鐘以增加浸潤性和粘附性；將偶氮類光取向材料SDl，旋涂在玻璃片上，旋涂參數(shù)為:低速旋涂5秒，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘，高速旋涂40秒，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘；旋涂完畢后放在熱臺上以100 C供干10分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶叉形光柵的制備方法，其特征是用藍光405nmLED透過偏振片垂直曝光(5J/cm2)，在兩片上獲得均勻的初始取向；然后，將其中一片玻璃片放置在DMD光刻系統(tǒng)的焦平面上。選擇需要曝光的叉形光柵圖形，用電腦將其輸出到DMD表面，并將偏振片的偏振方向調(diào)節(jié)為與原曝光方向垂直，再次曝光(5J/cm2)。二次曝光的區(qū)域的取向方向?qū)⑴c其余區(qū)域垂直。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8之一所述叉形液晶光柵在生成渦旋光束中的應用，該叉形液晶光柵能夠?qū)⑵胀ǜ咚辜す夤馐D(zhuǎn)換為渦旋光束，產(chǎn)生的渦旋光可電控開關(guān)及進行軌道角動量的實時變更；產(chǎn)生的渦旋光束在量子通訊、量子計算、微粒捕獲、光鑷、光馬達、天文觀測領(lǐng)域應用。`
【文檔編號】G02B5/18GK103792605SQ201310680172
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】胡偉, 魏冰妍, 明陽, 陸延青, 徐飛 申請人:南京大學