專利名稱：振幅型光尋址液晶光閥裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光束整形，特別是一種用于1053nm線偏振光調(diào)制的振幅型光尋址液 晶光閥裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
采用振幅型二元光學(xué)面板可以實現(xiàn)激光光束的空間整形，其主要是通過控制二元 光學(xué)面板上的二元透過率分布(各個象素的透射率或者是0或者是1)，來實現(xiàn)激光光束的 不同部位的強(qiáng)度透射率調(diào)節(jié)。工藝上是按如下方法實現(xiàn)透過率為0或1的若某像素的透 過率要求為0，則在該位置處鍍高反膜；若某像素的透過率要求為1，則在該位置處鍍增透 膜。這種技術(shù)引入的附加位相很小，但最大的問題是主動、實時性很差，當(dāng)空間整形的要求 有所改變時，必須另外制作相應(yīng)的二元光學(xué)面板，通常制作周期較長。而現(xiàn)有的薄膜晶體管 液晶空間光調(diào)制器(Thin Film TransistorLiquid Crystal Spatial light modulator, 以下簡稱TFT LC-SLM)可進(jìn)行二元振幅調(diào)制，但由于薄膜晶體管的不透光，造成其開口率很 低，而且振幅調(diào)制時伴隨有位相畸變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)振幅型二元光學(xué)面板進(jìn)行光學(xué)整形的主 動、實時性差和TFT LC-SLM開口率低、有位相畸變的問題，提供一種用于1053nm線偏振光 的振幅型光尋址液晶光閥裝置及其制備方法，該裝置在功能上不僅可以取代原有的振幅型 二元光學(xué)面板，而且可以根據(jù)光束整形的需要，實時調(diào)整其二元透過率分布，亦可用于其他 振幅型光束整形的場合，實現(xiàn)小相位畸變的光學(xué)整形。本發(fā)明的主要思想一種振幅型光尋址液晶光閥裝置，主要是將寫入光經(jīng)過計算機(jī)控制的振幅型器件 的二元光強(qiáng)分布通過成像透鏡成像在液晶盒的光導(dǎo)層上，由于光導(dǎo)層電阻隨光強(qiáng)增大而減 小并且與液晶層呈串聯(lián)結(jié)構(gòu)、兩者總電壓保持不變，液晶盒的液晶層上出現(xiàn)對應(yīng)的二元電 壓分布，再通過設(shè)置液晶盒前后的起偏器、檢偏器的偏振方向，可對所述的待調(diào)制的1053nm 線偏振光進(jìn)行調(diào)制，在輸出面又設(shè)置位相板對相位進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種用于調(diào)制1053nm線偏振光的振幅型光尋址液晶光閥，特點在于其構(gòu)成包括 由計算機(jī)控制的寫入光裝置和1053nm線偏振光入射窗口，所述的寫入光裝置輸出的寫入 光具有像素結(jié)構(gòu)的二元強(qiáng)度分布，所述的寫入光裝置輸出的寫入光依次經(jīng)過成像透鏡和二 向分色鏡，該二向分色鏡與所述的寫入光的方向和所述的1053nm線偏振光的入射方向均 成45°，該二向分色鏡對所述的寫入光全反而對1053nm線偏振光全透，在該二向分色鏡的 反射光和透射光方向依次有起偏器、液晶盒、檢偏器和位相板，所述的液晶盒的結(jié)構(gòu)沿光的 入射方向依次是第一透明導(dǎo)電膜、光導(dǎo)層、第一液晶取向?qū)印⒁壕?、第二液晶取向?qū)印⒌?二透明導(dǎo)電膜和玻璃基板，所述的第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜之間連接一臺交流穩(wěn)壓電源，所述的寫入光的二元強(qiáng)度分布經(jīng)所述的成像透鏡和二向分色鏡后成像在所述的液 晶盒的光導(dǎo)層中。所述的寫入光裝置由寫入光源和振幅型器件構(gòu)成，有兩種結(jié)構(gòu)①由寫入光源和透射式振幅型器件構(gòu)成，寫入光源發(fā)出的光束均勻照射所述的透 射式振幅型器件透射輸出呈二元強(qiáng)度分布的光束；②由寫入光源和反射式振幅型器件構(gòu)成，寫入光源發(fā)出的光束均勻照射所述的反 射式振幅型器件上反射輸出呈二元強(qiáng)度分布的光束。所述的透射式振幅型器件是與計算機(jī)相連的由相應(yīng)的軟件控制的薄膜晶體管液 晶空間光調(diào)制器，以產(chǎn)生所需要的二元透過率0或1的分布。所述的反射式振幅型器件是與計算機(jī)相連的由相應(yīng)的軟件控制的硅基板液晶空 間光調(diào)制器或數(shù)字微透鏡設(shè)備，以產(chǎn)生所需要的二元反射率0或1的分布。所述的起偏器的偏振方向與所述的1053nm線偏振光的偏振方向平行，所述的檢 偏器的偏振方向與所述的起偏器的偏振方向互相垂直或互相平行。所述的液晶層的厚度滿足如下條件液晶層為90度扭曲向列型，液晶的雙折射率Δη與液晶層厚度d滿足關(guān)系 Ι Λη = λ/3Α ；或液晶層為向列型，液晶的雙折射率Δη與液晶層厚度d滿足關(guān)系2dAn = λ， 其中λ為待調(diào)制的線偏振光的波長1053nm。所述的液晶盒的第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜對1053nm線偏振光的透過率 彡 70%。所述的液晶盒的光導(dǎo)層材料應(yīng)滿足①電導(dǎo)率隨寫入光光強(qiáng)的增大而增大，而與待調(diào)制的1053nm線偏振光的光強(qiáng)大 小無關(guān)；②對1053nm線偏振光的透過率彡65%。所述的振幅型光尋址液晶光閥的制備方法，包括下列步驟①確定寫入光裝置根據(jù)待調(diào)制的1053nm線偏振光，確定液晶盒中的光導(dǎo)層的材料，進(jìn)而確定寫入光 源的波長；選定透射式振幅型器件或反射式振幅型器件；根據(jù)調(diào)制的1053nm線偏光輸出波 形(光場分布)的特性編制或修改計算機(jī)控制軟件，以使寫入光光源通過所述的振幅型器 件產(chǎn)生所需要的二元強(qiáng)度分布的寫入光束。②根據(jù)待調(diào)制的1053nm線偏振光和寫入光源的波長制備或挑選所述的二向分色 鏡在寫入光入射的一面對寫入光增反、對1053nm線偏振光增透；在1053nm線偏振光入射 的一面對1053nm線偏振光增透；③制備液晶盒液晶層的厚度必須滿足當(dāng)液晶層為90度扭曲向列型，液晶的雙折射率Δη與液晶層厚度d滿足關(guān)系 2 Λη ~ V3/1 ；當(dāng)液晶層為向列型，液晶的雙折射率Δ η與液晶層厚度d滿足關(guān)系2d Δ η = λ， 其中λ為待調(diào)制的線偏振光的波長1053nm ；
第一液晶取向?qū)雍偷诙壕∠驅(qū)拥牟牧蠟榫埘啺罚谝灰壕∠驅(qū)雍偷诙?晶取向?qū)拥姆较蛴伤龅囊壕拥念愋痛_定當(dāng)液晶層為90度扭曲向列型，第一液晶取向?qū)拥姆较蛉我?，第二液晶取向?qū)拥姆?向與所述的第一液晶取向?qū)拥姆较蚧ハ啻怪?；?dāng)液晶層為向列型，第一液晶取向?qū)拥姆较蛳鄬τ谒龅钠鹌鞯钠穹较虺?5 度夾角，第二液晶取向?qū)拥姆较蚺c所述的第一液晶取向?qū)拥姆较蚧ハ嗥叫?；所述的第一透明?dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜對1053nm線偏振光的透過率彡70%, 材料為氧化銦錫(簡稱ΙΤ0)；所述的光導(dǎo)層的電導(dǎo)率隨寫入光光強(qiáng)的增大而增大，而與入射的1053nm線偏光 的光強(qiáng)大小無關(guān)；該光導(dǎo)層對1053nm線偏振光的透過率> 65%，該光導(dǎo)層的材料為硅酸鉍 (簡稱BS0)或聚乙烯基咔唑(簡稱PVK)；④所述的交流穩(wěn)壓電源頻率范圍為ΙΟΟΗζ-ΙΟΟΟΗζ，其工作電壓大小按以下原則 確定當(dāng)液晶盒的光導(dǎo)層上無寫入光照射時，液晶盒的液晶層上的分壓小于所述的液晶層 的閾值電壓Vth;液晶盒的光導(dǎo)層上有寫入光照射時，液晶盒的液晶層上的分壓大于液晶層 的飽和電壓Vsat，Vth和Csat通過實驗方法確定；⑤所述的位相板的制備當(dāng)所述的檢偏器的偏振方向與所述的起偏器的偏振方向互相平行設(shè)置所述的透射式振幅型器件的各像素的透過率均為1或反射式振幅型器件的 各像素的反射率均為1，寫入光通過成像透鏡、二向分色鏡成像于液晶盒的光導(dǎo)層中，打開 液晶盒的交流穩(wěn)壓電源的開關(guān)，1053nm線偏振平面波從所述的入射窗口正入射，在所述的 檢偏器后測量其位相分布Phase (χ, y)，則所述的位相板的位相分布為2 π -phase (χ, y)。當(dāng)所述的檢偏器的偏振方向與所述的起偏器的偏振方向互相垂直關(guān)閉所述的寫入光源，1053nm線偏振平面波從所述的入射窗口正入射，在所述的 檢偏器后測量其位相分布Phase (χ, y)，則所述的位相板的位相分布為2 π -phase (χ, y)。⑥按上述的振幅型光尋址液晶光閥的光路結(jié)構(gòu)安裝各元部件，保障所述的寫入光 經(jīng)所述的成像透鏡和二向分色鏡后成像在所述的液晶盒的光導(dǎo)層，所述的起偏器的偏振方 向與所述的1053nm線偏振光的偏振方向平行，所述的檢偏器的偏振方向與所述的起偏器 的偏振方向互相垂直或互相平行；設(shè)置所述的液晶盒時，應(yīng)確保第一液晶取向?qū)拥姆较蛳?對于所述的起偏器的偏振方向正確，調(diào)整所述的交流穩(wěn)壓電源，選擇合適的工作頻率和工 作電壓。本發(fā)明的優(yōu)點1，與原有的振幅型二元光學(xué)面板相比，本發(fā)明具有主動、實時性。2，TFT LC-SLM可進(jìn)行二元振幅調(diào)制，但由于薄膜晶體管的不透光，造成其開口率 很低，而本發(fā)明振幅型光尋址液晶光閥的開口率很高。


圖1是本發(fā)明用于調(diào)制1053nm線偏振光的振幅型光尋址液晶光閥的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述的寫入光裝置(1)的透射式結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明所述的寫入光裝置(1)的反射式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明液晶盒6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是為測試所述的液晶層(64)的閾值電壓、飽和電壓制備的特殊結(jié)構(gòu)。圖6是用于設(shè)計位相板的實驗結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明液晶盒的等效電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明用于調(diào)制1053nm線偏振光的振幅型光尋址液晶光閥 的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明用于調(diào)制1053nm線偏振光的振幅型光尋址液晶光閥，構(gòu) 成包括由計算機(jī)控制的寫入光裝置1和1053nm線偏振光入射窗口 9，所述的寫入光裝置1 輸出的寫入光具有像素結(jié)構(gòu)的二元強(qiáng)度分布，所述的寫入光裝置1輸出的寫入光依次經(jīng)過 成像透鏡3和二向分色鏡4，該二向分色鏡4與所述的寫入光的方向和所述的1053nm線偏 振光的入射方向均成45°，該二向分色鏡4對所述的寫入光全反而對1053nm線偏振光全 透，在該二向分色鏡4的反射光和透射光方向依次有起偏器5、液晶盒6、檢偏器7和位相板 8，所述的液晶盒6的結(jié)構(gòu)沿光的入射方向依次是第一透明導(dǎo)電膜61、光導(dǎo)層62、第一液晶 取向?qū)?3、液晶層64、第二液晶取向?qū)?5、第二透明導(dǎo)電膜66和玻璃基板67，所述的第一 透明導(dǎo)電膜61和第二透明導(dǎo)電膜66之間連接一臺交流穩(wěn)壓電源68，所述的寫入光的二元 強(qiáng)度分布經(jīng)所述的成像透鏡3和二向分色鏡4后成像在所述的液晶盒6的光導(dǎo)層62中，所 述的起偏器6的偏振方向與所述的1053nm線偏振光的偏振方向平行，所述的檢偏器7的偏 振方向與所述的起偏器6的偏振方向互相垂直或互相平行。所述的寫入光裝置1由寫入光源11和振幅型器件構(gòu)成，有兩種結(jié)構(gòu)①由寫入光源11和透射式振幅型器件12構(gòu)成，如圖2所示，寫入光源11發(fā)出的 光束均勻照射所述的透射式振幅型器件12透射輸出呈二元強(qiáng)度分布的光束；②由寫入光源11和反射式振幅型器件13構(gòu)成，如圖3所示，寫入光源11發(fā)出的 光束均勻照射所述的反射式振幅型器件13反射輸出呈二元強(qiáng)度分布的光束。所述的透射式振幅型器件12是與計算機(jī)(圖中未畫)相連的，由相應(yīng)的計算機(jī)軟 件控制的薄膜晶體管液晶空間光調(diào)制器(Thin Film Transistor Liquid CrystalSpatial light modulator，簡稱TFT LC-SLM)，以產(chǎn)生所需要的二元透過率0或1的分布。所述的反射式振幅型器件13是與計算機(jī)(圖中未畫)相連的，由相應(yīng)的計算機(jī)軟 件控制的硅基板液晶空間光調(diào)制器(Liquid Crystal on Silicon Liquid CrystalSpatial light modulator,以下簡稱 LCoS LC-SLM)或數(shù)字微透鏡設(shè)備(DigitalMicromirror Device,以下簡稱DMD)，以產(chǎn)生所需要的二元反射率0或1的分布。所述的液晶層64的厚度滿足如下條件液晶層64為90度扭曲向列型，液晶的雙折射率Δ η與液晶層厚度d滿足關(guān)系2dNn = √3λ .或液晶層64為向列型，液晶的雙折射率Δη與液晶層厚度d滿足關(guān)系2dAn = λ，其中λ為待調(diào)制的線偏振光的波長1053nm。所述的液晶盒6的第一透明導(dǎo)電膜61和第二透明導(dǎo)電膜66對1053nm線偏振光的透過率彡70%。所述的液晶盒6的光導(dǎo)層62材料應(yīng)滿足①電導(dǎo)率隨寫入光光強(qiáng)的增大而增大，而與待調(diào)制的1053nm線偏振光的光強(qiáng)大 小無關(guān)；②對1053nm線偏振光的透過率彡65%。所述的振幅型光尋址液晶光閥的制備方法，其特征在于包括下列步驟①確定寫入光裝置1 根據(jù)待調(diào)制的1053nm線偏光，確定液晶盒中的光導(dǎo)層的材料，進(jìn)而確定寫入光源 11的波長；選定透射式振幅型器件12或反射式振幅型器件13 ；根據(jù)調(diào)制的1053nm線偏光 輸出波形的特性編制或修改計算機(jī)控制軟件，以使寫入光光源11通過所述的透射式振幅 型器件12或反射式振幅型器件13產(chǎn)生所需要的二元強(qiáng)度分布的寫入光束。②根據(jù)待調(diào)制的1053nm線偏振光和寫入光源11的波長制備或挑選所述的二向分 色鏡4 在寫入光入射的一面對寫入光增反、對1053nm線偏振光增透；在1053nm線偏振光 入射的一面對1053nm線偏振光的增透；③制備液晶盒6:液晶層64的厚度滿足當(dāng)液晶層64為90度扭曲向列型，液晶的雙折射率Δ η與液晶層厚度d滿足關(guān)系2dAn = ；當(dāng)液晶層64為向列型，液晶的雙折射率Δη與液晶層厚度d滿足關(guān)系2dAn = λ，其中λ為待調(diào)制的線偏振光的波長1053nm ；第一液晶取向?qū)?3和第二液晶取向?qū)?5的材料為聚酰亞胺，第一液晶取向?qū)?3 和第二液晶取向?qū)?5的方向由所述的液晶層64的類型確定當(dāng)液晶層64為90度扭曲向列型，第一液晶取向?qū)?3的方向任意，第二液晶取向 層65的方向與所述的第一液晶取向?qū)?3的方向互相垂直；當(dāng)液晶層64為向列型，第一液晶取向?qū)?3的方向相對于所述的起偏器5的偏振 方向成45度夾角，第二液晶取向?qū)?5的方向與所述的第一液晶取向?qū)?3的方向互相平 行；所述的第一透明導(dǎo)電膜61和第二透明導(dǎo)電膜66對1053nm線偏振光的透過率 ^ 70%，材料可為氧化銦錫(簡稱ΙΤ0)；所述的光導(dǎo)層62的電導(dǎo)率隨寫入光光強(qiáng)的增大而增大，而與入射的1053nm線偏 光的光強(qiáng)大小無關(guān)；該光導(dǎo)層62對1053nm線偏光的透過率> 65%，該光導(dǎo)層62的材料可 為硅酸鉍(簡稱BS0)或聚乙烯基咔唑(簡稱PVK)；④所述的交流穩(wěn)壓電源68 ；頻率范圍為ΙΟΟΗζ-ΙΟΟΟΗζ，其工作電壓大小按以下原 則確定當(dāng)液晶盒的光導(dǎo)層62上無寫入光照射時，液晶盒的液晶層64上的分壓小于所述的 液晶層64的閾值電壓Vth ；液晶盒的光導(dǎo)層62上有寫入光照射時，液晶盒的液晶層64上的 分壓大于液晶層64的飽和電壓Vsat，Vth和Vsat通過實驗方法確定；⑤所述的位相板8的制備當(dāng)所述的檢偏器的偏振方向與所述的起偏器的偏振方向互相平行設(shè)置所述的透射式振幅型器件的各像素的透過率均為1或反射式振幅型器件的各像素的反射率均為1，寫入光通過成像透鏡、二向分色鏡成像于液晶盒的光導(dǎo)層中，打開 液晶盒的交流穩(wěn)壓電源的開關(guān)，1053nm線偏振平面波從所述的入射窗口正入射，在所述的 檢偏器后測量其位相分布Phase (χ, y)，則所述的位相板的位相分布為2 π -phase (χ, y)。當(dāng)所述的檢偏器的偏振方向與所述的起偏器的偏振方向互相垂直關(guān)閉所述的寫入光源，1053nm線偏振平面波從所述的入射窗口正入射，在所述的 檢偏器后測量其位相分布Phase (χ, y)，則所述的位相板的位相分布為2 π -phase (χ, y)。⑥按上述的振幅型光尋址液晶光閥的光路結(jié)構(gòu)安裝各元部件，保障所述的寫入光 經(jīng)所述的成像透鏡3和二向分色鏡4后成像在所述的液晶盒6的光導(dǎo)層62，所述的起偏器 6的偏振方向與所述的1053nm線偏振光的偏振方向平行，所述的檢偏器7的偏振方向與所 述的起偏器6的偏振方向互相垂直或互相平行；設(shè)置所述的液晶盒6時，應(yīng)確保第一液晶取 向?qū)?3的方向相對于所述的起偏器5的偏振方向正確，調(diào)整所述的交流穩(wěn)壓電源68，選擇 合適的工作頻率和工作電壓。所述的交流穩(wěn)壓電源68 頻率范圍為ΙΟΟΗζ-ΙΟΟΟΗζ，其工作電壓大小按以下步驟
確定步驟1 測試液晶層64的閾值電壓Vth和飽和電壓Vsat制作如圖5所示的器件，從左往右依次為第一玻璃基板31、第一透明導(dǎo)電膜61、第 一液晶取向?qū)?3、液晶層64、第二液晶取向?qū)?5、第二透明導(dǎo)電膜66、第二玻璃基板32。用 LCT-5016系列液晶器件參數(shù)綜合測試儀測試所述的圖5所示的器件，可得到閾值電壓Vth和 飽和電壓Vsat。步驟2 估算交流穩(wěn)壓電源的電壓取值范圍所述的液晶盒6的結(jié)構(gòu)見圖4，從左往右依次為第一透明導(dǎo)電膜61、光導(dǎo)層62、第 一液晶取向?qū)?3、液晶層64、第二液晶取向?qū)?5、第二透明導(dǎo)電膜66和玻璃基板67呈串聯(lián) 結(jié)構(gòu)，所述的第一透明導(dǎo)電膜61和第二透明導(dǎo)電膜66之間連接一臺交流穩(wěn)壓電源68。等 效的電路結(jié)構(gòu)見圖7，圖中的C1、R1為液晶層的等效電容、等效電阻；C2、R2為光導(dǎo)層62的 等效電容、等效電阻；交流電壓源的工作電壓為V。估算方法的原則是當(dāng)液晶盒的光導(dǎo)層62上無寫入光照射時，液晶盒的液晶層64 上的分壓必須小于液晶層64的閾值電壓Vth ；液晶盒的光導(dǎo)層62上有寫入光照射時，液晶 盒的液晶層64上的分壓必須大于液晶層64的飽和電壓Vsat。當(dāng)光導(dǎo)層62采用Imm厚的BSO晶片，入射到所述的光導(dǎo)層62BS0晶片上的寫入光 功率為Iq = 10mw/cm2,液晶層64的類型為90度扭曲向列型或向列型均可，液晶的參數(shù)按常 用液晶的參數(shù)取值，所述的交流穩(wěn)壓電源68的頻率選擇500Hz，按照上述方法可估算得出 所述的交流穩(wěn)壓電源68的工作電壓的取值范圍為4. 4Vsat <V< 2 IVtho推導(dǎo)過程如下 液晶層64的等效電阻 上式中，ω = 2π Χ500Ηζ,ε = 10，為液晶層的相對電阻。ε。= 8. 85X10_12F/m，為真空介電常數(shù)。S = 2cmX 2cm，為液晶層的通光口徑。d = 9. 12 μ m，為液晶層的厚度。Plc^ IO10 Ω · m，為液晶的電阻率將上述數(shù)據(jù)代入至Ra、Rl的表達(dá)式，可得Rci < < Rl....................................... (3)故液晶層只需考慮電容Cl的容抗即可；再考慮光導(dǎo)層BSO晶片的等效電容、等效電阻C2、R2，C2的容抗 式中ω、ε。、S的含義同上。ε2 = 55，為BSO晶體的相對介電常數(shù)。d2 = 1mm，為BSO晶片的厚度。oBSQ為BSO晶體的電導(dǎo)率σ BS0 = σ d+U ( α ) I0od 為暗電導(dǎo)率 1.6Χ KT15Q-1CnT1,I0為光照功率密度，單位w/cm2，U ( α )為常數(shù) 7. 3 X 1(Γ6 Ω "V1Cm結(jié)合圖4和表達(dá)式(1) (4)，推出液晶層上的分壓的表達(dá)式為
光導(dǎo)層上無寫入光照射時，令(6)中的Itl = 0，液晶層上分壓
由(6)可知，Vlc隨寫入光光照功率Itl的增大而增大，當(dāng)Itl = lOmw/cm2，液晶層上
結(jié)合步驟一中測得的液晶層的閾值電壓Vth和飽和電壓Vsat，得出以下條件 < Vth 且 Vlc2 > Vsat結(jié)合公式(7)和⑶可以得出結(jié)論交流穩(wěn)壓電源12的電壓值必須滿足4. 4Vsat < V < 2 IVth
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當(dāng)然，此條件只適合光導(dǎo)層62采用Imm厚的BSO晶片，入射到所述的光導(dǎo)層62BS0 晶片上的寫入光功率為I。= 10mw/cm2的情形。當(dāng)BSO晶片的厚度改變或者光導(dǎo)層62的材料換為PVK或者入射到所述的光導(dǎo)層 62上的寫入光功率為Itl為其他值時，仍可按所述的估算方法推出交流穩(wěn)壓電源65的電壓 值的可取范圍。所述的位相板8 結(jié)合圖6，說明具體的設(shè)計方法如下圖6的結(jié)構(gòu)與圖1相比，多了 1053nm線偏振平面波21，并且1053nm線偏振平面波 21正入射讀出光入射窗口 9，把圖1中的位相板8用波前探測器30取代。當(dāng)起偏器5、檢偏器7的偏振方向互相平行時設(shè)置透射式振幅型器件12的各像素的透過率均為1或反射式振幅型器件13的各 像素的反射率均為1，1053nm線偏振平面波21正入射讀出光入射窗口 9，波前探測器30測 出位相分布phaseU，y)，其中的χ，y表示離散的二維坐標(biāo)，則所述的位相板8的位相分布 設(shè)計為2 π -phase (x, y)，此位相分布也是離散的。當(dāng)起偏器5、檢偏器7的偏振方向互相垂直時關(guān)閉寫入光源ll，1053nm線偏振平面波21正入射讀出光入射窗口 9，波前探測器 30測出位相分布phase (χ, y)，則所述的位相板(8)的位相分布設(shè)計為2 π -phase (χ, y)。本發(fā)明振幅型光尋址液晶光閥的使用方法需要振幅調(diào)制的1053nm線偏振光正入射所述的讀出光入射窗口 9，若所述的起偏 器5和檢偏器7的偏振方向互相平行，設(shè)置所述的透射式振幅型器件12的二元透過率或設(shè) 置所述的反射式振幅型器件13的二元反射率與希望得到的針對1053nm線偏振光的二元透 過率相同；若所述的起偏器5和檢偏器7的偏振方向互相垂直，設(shè)置所述的透射式振幅型 器件12的二元透過率或設(shè)置所述的反射式振幅型器件13的二元反射率與希望得到的針對 1053nm線偏振光的二元透過率相反。沿所述的1053nm線偏振光的入射方向，在位相板8的后表面，輸出已受到二元振 幅調(diào)制的光。實施例1寫入光光源11波長采用355nm，振幅型器件12選用TFT LC-SLM，寫入光輸出裝置 1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2。二向分色鏡4采取雙面鍍膜，在寫入光入射的一側(cè)鍍有對355nm增反、對1053nm 線偏振光增透的膜；在1053nm線偏振光入射的一側(cè)鍍有對1053nm線偏振光增透的膜。液晶層62采用90度扭曲向列型，厚度為9. 12 μ m，所用液晶為扭曲向列型，雙折射 率 Δη = 0. 1。光導(dǎo)層63選擇2cmX3cmX Imm的硅酸鉍(BSO)晶片。起偏器5與檢偏器7的偏振方向互相平行。實施例2實施例2與實施例1的不同點是振幅型器件12選用DMD，寫入光輸出裝置1的內(nèi) 部結(jié)構(gòu)見圖3實施例3實施例3與實施例1的不同點是所述的液晶層62采用向列型，厚度為5. 265 μ m，所用液晶為向列型，雙折射率Δη = 0. 1。實施例4實施例4與實施例1的不同點是所述的光導(dǎo)層63選擇PVK材料。實施例5實施例5與實施例1的不同點是所述的檢偏器7與起偏器5的偏振方向互相垂直。寫入光輸出裝置1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以為圖2或圖3，圖2中的透射式振幅型器件12 目前已知的只有TFT LC-SLM，圖3中的反射式振幅型器件13目前已知的有LCoSLC-SLM和 DMD。液晶層62的類型可以為90度扭曲向列型或向列型。所述的光導(dǎo)層63已調(diào)研到的材 料有BSO和PVK。所述的起偏器5與檢偏器7的偏振方向有互相垂直和互相平行兩種選擇。
權(quán)利要求
一種用于1053nm線偏振光調(diào)制的振幅型光尋址液晶光閥，特征在于其構(gòu)成包括由計算機(jī)控制的寫入光裝置(1)和1053nm線偏振光入射窗口(9)，所述的寫入光裝置(1)輸出的寫入光具有像素結(jié)構(gòu)的二元強(qiáng)度分布，所述的寫入光裝置(1)輸出的寫入光依次經(jīng)過成像透鏡(3)和二向分色鏡(4)，該二向分色鏡(4)與所述的寫入光的方向和所述的1053nm線偏振光的入射方向均成45°，該二向分色鏡(4)對所述的寫入光全反而對1053nm線偏振光全透，在該二向分色鏡(4)的反射光和透射光方向依次有起偏器(5)、液晶盒(6)、檢偏器(7)和位相板(8)，所述的液晶盒(6)的結(jié)構(gòu)沿光的入射方向依次是第一透明導(dǎo)電膜(61)、光導(dǎo)層(62)、第一液晶取向?qū)?63)、液晶層(64)、第二液晶取向?qū)?65)、第二透明導(dǎo)電膜(66)和玻璃基板(67)，所述的第一透明導(dǎo)電膜(61)和第二透明導(dǎo)電膜(66)之間連接一臺交流穩(wěn)壓電源(68)，所述的寫入光的二元強(qiáng)度分布經(jīng)所述的成像透鏡(3)和二向分色鏡(4)后成像在所述的液晶盒(6)的光導(dǎo)層(62)中，所述的起偏器(6)的偏振方向與所述的1053nm線偏振光的偏振方向平行，所述的檢偏器(7)的偏振方向與所述的起偏器(6)的偏振方向互相垂直或互相平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅型光尋址液晶光閥，其特征在于所述的寫入光裝置(1) 由寫入光源(11)和振幅型器件構(gòu)成，有兩種結(jié)構(gòu)①由寫入光源(11)和透射式振幅型器件(12)構(gòu)成，寫入光源(11)發(fā)出的光束均勻照 射所述的透射式振幅型器件(12)透射輸出呈二元強(qiáng)度分布的光束；②由寫入光源(11)和反射式振幅型器件(13)構(gòu)成，寫入光源(11)發(fā)出的光束均勻照 射所述的反射式振幅型器件(13)反射輸出呈二元強(qiáng)度分布的光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振幅型光尋址液晶光閥，其特征在于所述的透射式振幅型 器件(12)是薄膜晶體管液晶空間光調(diào)制器，由相連的計算機(jī)的軟件控制，以產(chǎn)生所需要的 二元透過率0或1的分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振幅型光尋址液晶光閥，其特征在于所述的反射式振幅型 器件(13)是硅基板液晶空間光調(diào)制器或數(shù)字微透鏡設(shè)備，由相連的計算機(jī)的軟件控制，以 產(chǎn)生所需要的二元反射率0或1的分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅型光尋址液晶光閥，其特征在于所述的液晶層(64)的 厚度滿足如下條件液晶層(64)為90度扭曲向列型，液晶的雙折射率An與液晶層厚度d滿足關(guān)系 2d An = V3/1 ；或液晶層為向列型，液晶的雙折射率An與液晶層厚度d滿足關(guān)系2dAn= X，其中 入為待調(diào)制的線偏振光的波長1053nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅型光尋址液晶光閥，其特征在于所述的液晶盒(6)的 第一透明導(dǎo)電膜(61)和第二透明導(dǎo)電膜(66)對1053nm線偏振光的透過率≤70%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振幅型光尋址液晶光閥，其特征在于所述的液晶盒(6)的 光導(dǎo)層(62)材料應(yīng)滿足①電導(dǎo)率隨寫入光光強(qiáng)的增大而增大，而與待調(diào)制的1053nm線偏光的光強(qiáng)大小無關(guān)；②對1053nm線偏振光的透過率彡65%。
8.權(quán)利要求1所述的振幅型光尋址液晶光閥的制備方法，其特征在于包括下列步驟①確定寫入光裝置(1)根據(jù)待調(diào)制的1053nm線偏振光，確定液晶盒(6)的光導(dǎo)層(62)材料，進(jìn)而確定寫入 光源(11)的波長；選定透射式振幅型器件(12)或反射式振幅型器件(13)；根據(jù)調(diào)制的 1053nm線偏振光輸出光場分布的特性編制或修改計算機(jī)控制軟件，以使寫入光光源(11) 通過所述的振幅型器件(12)或反射式振幅型器件(13)產(chǎn)生所需要的二元強(qiáng)度分布的寫入 光束；②根據(jù)待調(diào)制的1053nm線偏振光和寫入光源(11)的波長制備或挑選所述的二向分色 鏡(4)在寫入光入射的一面對寫入光增反、對1053nm線偏振光增透；在1053nm線偏振光 入射的一面對1053nm線偏振光增透；③制備液晶盒(6)液晶層(64)的厚度必須滿足當(dāng)液晶層(64)為90度扭曲向列型，液晶的雙折射率An與液晶層厚度d滿足關(guān)系 2d An = V3/1 ；當(dāng)液晶層(64)為向列型，液晶的雙折射率An與液晶層厚度d滿足關(guān)系2dAn =入， 其中、為待調(diào)制的線偏振光的波長1053nm ；第一液晶取向?qū)?63)和第二液晶取向?qū)?65)的材料為聚酰亞胺，第一液晶取向?qū)?63)和第二液晶取向?qū)?65)的方向由所述的液晶層(64)的類型確定當(dāng)液晶層(64)為90度扭曲向列型，第一液晶取向?qū)?63)的方向任意，第二液晶取向 層(65)的方向與所述的第一液晶取向?qū)?63)的方向互相垂直；當(dāng)液晶層(64)為向列型，第一液晶取向?qū)?63)的方向相對于所述的起偏器(5)的偏 振方向成45度夾角，第二液晶取向?qū)?65)的方向與所述的第一液晶取向?qū)?63)的方向互 相平行；所述的第一透明導(dǎo)電膜(61)和第二透明導(dǎo)電膜(66)對1053nm線偏振光的透過率 彡70%，材料為氧化銦錫；所述的光導(dǎo)層(62)的電導(dǎo)率隨寫入光光強(qiáng)的增大而增大，而與入射的1053nm線偏振 光的光強(qiáng)大小無關(guān)；該光導(dǎo)層(62)對1053nm線偏光的透過率> 65%，該光導(dǎo)層(62)的材 料為硅酸鉍或聚乙烯基咔唑；④所述的交流穩(wěn)壓電源(68)頻率范圍為lOOHz-lOOOHz，其工作電壓大小按以下原則 確定當(dāng)液晶盒的光導(dǎo)層(62)上無寫入光照射時，液晶盒的液晶層(64)上的分壓小于所述 的液晶層(64)的閾值電壓Vth;液晶盒的光導(dǎo)層(62)上有寫入光照射時，液晶盒的液晶層(64)上的分壓大于液晶層(64)的飽和電壓Vsat，Vth和Vsat通過實驗方法確定；⑤所述的位相板(8)的制備當(dāng)所述的檢偏器(7)的偏振方向與所述的起偏器(6)的偏振方向互相平行 設(shè)置所述的透射式振幅型器件(12)的各像素的透過率均為1或反射式振幅型器件 (13)的各像素的反射率均為1，寫入光通過成像透鏡(3)、二向分色鏡(4)成像于液晶盒的 光導(dǎo)層(62)中，打開液晶盒的交流穩(wěn)壓電源(68)的開關(guān)，1053nm線偏振平面波從所述的入 射窗口(9)正入射，在所述的檢偏器(7)后測量其位相分布phase (x，y)，則所述的位相板 (8)的位相分布為2 31 -phase (x, y)。當(dāng)所述的檢偏器(7)的偏振方向與所述的起偏器(6)的偏振方向互相垂直 關(guān)閉所述的寫入光源(ll)，1053nm線偏振平面波從所述的入射窗口(9)正入射，在所述的檢偏器(7)后測量其位相分布phaseU，y)，則所述的位相板(8)的位相分布為 2 Ji -phase (x, y)；⑥按權(quán)利要求1所述的振幅型光尋址液晶光閥的光路結(jié)構(gòu)安裝各元部件，保障所述 的寫入光經(jīng)所述的成像透鏡(3)和二向分色鏡(4)后成像在所述的液晶盒(6)的光導(dǎo)層 (62)，所述的起偏器(6)的偏振方向與所述的1053nm線偏振光的偏振方向平行，所述的檢 偏器(7)的偏振方向與所述的起偏器(6)的偏振方向互相垂直或互相平行；設(shè)置所述的液 晶盒(6)時，應(yīng)確保第一液晶取向?qū)?63)的方向相對于所述的起偏器(5)的偏振方向正 確，調(diào)整所述的交流穩(wěn)壓電源(68)，選擇合適的工作頻率和工作電壓。全文摘要
一種用于1053nm線偏振光調(diào)制的振幅型光尋址液晶光閥裝置及其制備方法，該裝置的構(gòu)成包括計算機(jī)控制的寫入光裝置、成像透鏡、二向分色鏡、起偏器、液晶盒、檢偏器和位相板，主要是將寫入光經(jīng)過計算機(jī)控制的振幅型器件的二元光強(qiáng)分布通過成像透鏡成像在液晶盒的光導(dǎo)層上，由于光導(dǎo)層電阻隨光強(qiáng)增大而減小并且與液晶層呈串聯(lián)結(jié)構(gòu)、兩者總電壓保持不變，液晶盒的液晶層上出現(xiàn)對應(yīng)的二元電壓分布，再通過設(shè)置液晶盒前后的起偏器、檢偏器的偏振方向，可對所述的待調(diào)制的1053nm線偏振光進(jìn)行調(diào)制，在輸出面又設(shè)置位相板對相位進(jìn)行補(bǔ)償，本發(fā)明具有主動、實時、無位相畸變的優(yōu)點。
文檔編號G02F1/1335GK101881902SQ201010195229
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者于國浩, 張攀政, 李響, 汪小超, 范薇, 鄒鵬, 黃大杰 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所