本發(fā)明涉及光束偏折與掃描技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液晶光束偏折與掃描器及方法。

背景技術(shù)：

近年來,有關(guān)光的整形與調(diào)控越來越引起人們的關(guān)注。特別是光束的偏折與掃描，一直是大家研究的熱點(diǎn)，無論在科學(xué)研究，還是生產(chǎn)生活方面，都有著非常關(guān)鍵的作用。如，可廣泛應(yīng)用于光學(xué)操控、激光加工、光通訊等方面，因此光束偏折與掃描器的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，常采用特定機(jī)械裝置，通過其轉(zhuǎn)動(dòng)來控制光束偏折的方向。該技術(shù)面臨諸多缺點(diǎn)，包括整體裝置復(fù)雜、體積龐大、操作難度高，效率有限，可控角度范圍小，成本高等。

本發(fā)明可改進(jìn)上述提到的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)操作簡便、低成本、易集成，高效率、低能耗的光束偏折與掃描。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種液晶光束偏折與掃描器及方法，可實(shí)現(xiàn)大角度范圍內(nèi)連續(xù)的、高效、低成本、集成化的光束偏折與掃描。

本發(fā)明所公開的液晶光束偏折與掃描器，包括：液晶楔形盒、液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合、以及四分之一波片；

液晶楔形盒為楔形結(jié)構(gòu)，具有沿水平方向的第一基板、和第一基板相對(duì)設(shè)置的第二基板、位于兩基板之間的液晶層；其中，在兩基板鄰近液晶層的一側(cè)均設(shè)置有光控取向膜，光控取向膜分子指向矢方向均一排布，并控制液晶層分子平行于第一基板均勻排布；通過液晶楔形盒，使偏振方向平行于液晶層分子均一取向方向的線偏振入射光經(jīng)液晶楔形盒第一基板至第二基板后產(chǎn)生線性變化的傾斜相位分布，光束發(fā)生偏折，故，可通過加電調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)小角度的光束連續(xù)掃描；

液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合具有平行設(shè)置的兩基板、位于兩基板之間的液晶層、涂覆在一基板遠(yuǎn)離液晶層側(cè)的液晶聚合物，其中，在兩基板鄰近液晶層的一側(cè)及鄰近液晶聚合物層的一側(cè)均設(shè)置有光控取向膜，鄰近液晶聚合物層的光控取向膜的分子指向矢方向漸變分布且呈周期性，鄰近液晶層的光控取向膜的分子指向矢方向均一排布，并控制所述液晶層中的液晶分子平行基板均勻排布；可調(diào)液晶半波片可用于電控開關(guān)調(diào)節(jié)；故，液晶聚合物偏振光柵結(jié)合可調(diào)液晶半波片即可實(shí)現(xiàn)大角度的光束動(dòng)態(tài)偏折；

四分之一波片用于將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。

進(jìn)一步的，液晶楔形盒內(nèi)設(shè)有用于支撐液晶層的間隔粒子，且位于液晶楔形盒同一側(cè)的間隔粒子大小相同，邊緣兩側(cè)的間隔粒子不同大小，以實(shí)現(xiàn)液晶楔形盒的楔形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，液晶楔形盒的掃描角度大于等于液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射角的度數(shù)，以填補(bǔ)液晶聚合物偏振光柵衍射級(jí)次之間的空白；而正負(fù)一級(jí)衍射角的度數(shù)由液晶聚合物偏振光柵的周期大小控制。

進(jìn)一步的，液晶楔形盒可實(shí)現(xiàn)光束連續(xù)掃描的角度范圍通過選擇不同雙折射率液晶材料或改變楔形結(jié)構(gòu)兩側(cè)的厚度差的來調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，鄰近液晶聚合物層的光控取向膜的分子指向矢方向漸變且具有周期性，每個(gè)漸變周期為取向膜分子指向方向從0°漸變到180°。

進(jìn)一步的，液晶聚合物偏振光柵和可調(diào)液晶半波片針對(duì)目標(biāo)波長均滿足目標(biāo)波長的半波條件，使得衍射效率達(dá)到最大，零級(jí)完全抑制，入射圓偏振光時(shí)只存在某個(gè)一級(jí)衍射級(jí)次。

進(jìn)一步的，液晶聚合物偏振光柵和可調(diào)液晶半波片的組合至少為兩層，每一層的排布方向一致且呈級(jí)聯(lián)排布，并形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，多層級(jí)聯(lián)的液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合中，多層級(jí)聯(lián)的液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合中，各層偏振光柵的周期大小呈等比數(shù)列、且沿入射光傳播方向依次減小，使得最終多個(gè)衍射級(jí)次之間均勻相差的角度等于第一級(jí)(周期最大)液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射級(jí)之間的度數(shù)，實(shí)現(xiàn)光束的等間隔偏折。

使得最終多個(gè)衍射級(jí)次之間均勻相差的角度等于第一級(jí)液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射級(jí)之間的度數(shù)。

進(jìn)一步的，在使用時(shí)，液晶楔形盒傾斜一定角度使得偏振方向平行于液晶楔形盒液晶層分子均一取向方向的線偏振入射光經(jīng)楔形盒后的掃描角度的最大或最小偏折對(duì)應(yīng)光線垂直照射到四分之一波片上，經(jīng)過一四分之一波片轉(zhuǎn)為圓偏振光，進(jìn)而垂直入射至液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合，從而實(shí)現(xiàn)大角度的連續(xù)掃描。

進(jìn)一步的，液晶楔形盒和可調(diào)液晶半波片的組合中的液晶層材料為普通正性向列相液晶或特種液晶材料。

本發(fā)明還公開一種光束偏折與掃描方法，使用上述任意一種液晶光束偏折與掃描器進(jìn)行光束偏折和掃描。

進(jìn)一步的，通過結(jié)合兩套本發(fā)明白所公開的一維的液晶光束偏折與掃描器，并正交放置，還可以用于二維空間掃描。

有益效果：

(1)通過對(duì)液晶楔形盒加電調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)小角度的光束連續(xù)掃描，且其掃描角度可通過選擇不同雙折射率液晶材料或楔形結(jié)構(gòu)兩側(cè)厚度來控制。

(2)通過液晶聚合物偏振光柵和可調(diào)液晶半波片的組合實(shí)現(xiàn)大角度的光束動(dòng)態(tài)偏折，偏折角度可通過液晶聚合物偏振光柵的光柵周期進(jìn)行控制。

(3)采用多級(jí)聯(lián)的液晶聚合物偏振光柵和可調(diào)液晶半波片的組合，不同層級(jí)液晶聚合物偏振光柵周期不同，結(jié)合可開關(guān)液晶半波片，可實(shí)現(xiàn)更大角度、多級(jí)次之間的光束動(dòng)態(tài)偏折；并可通過控制各偏振光柵的周期大小實(shí)現(xiàn)光束的等間隔偏折。

(4)液晶楔形盒、液晶聚合物偏振光柵和可調(diào)液晶半波片的組合和四分之一波片的結(jié)合使用，結(jié)合了小角度精確連續(xù)掃描和大角度光束偏折，能完成一定范圍大角度內(nèi)的連續(xù)掃描或偏折，從而實(shí)現(xiàn)高效、低成本、低能耗、集成化的光束偏折與掃描。

(5)本發(fā)明所公開的液晶光束偏折與掃描器還可應(yīng)用于二維空間的掃描。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種液晶光束偏折與掃描器中液晶楔形盒的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的液晶楔形盒的光束偏折的電控掃描；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種液晶光束偏折與掃描器中液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的一級(jí)組合的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，和液晶聚合物偏振光柵的液晶分子排布的俯視示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的液晶聚合物偏振光柵的制備光路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例三提供的液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的一級(jí)組合的電控光束偏折；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例四提供的兩級(jí)液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合級(jí)聯(lián)的電控光束偏折；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種液晶光束偏折與掃描器使用時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種液晶光束偏折與掃描器，其中液晶楔形盒的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，液晶楔形盒包括：相對(duì)設(shè)置的兩基板11(沿水平方向的基板為第一基板，傾斜方向的基板為第二基板)，基板由導(dǎo)電ito玻璃制成，ito電極一側(cè)朝內(nèi)，夾著位于兩基板之間的液晶層14；其中，兩基板之間設(shè)置有間隔粒子13，以支撐液晶層14；兩基板11鄰近液晶層14的一側(cè)分別設(shè)置有光控取向膜12，兩層光控取向膜的分子指向矢方向均一排布，并控制液晶層14中的液晶分子平行于第一基板均勻排布。

在此，需要說明的是，本實(shí)施例中液晶楔形盒的兩基板11之間通過兩側(cè)所設(shè)間隔粒子13的大小不等(同一側(cè)的間隔粒子相同)，以形成楔形結(jié)構(gòu)。間隔粒子13的大小差異可通過理論計(jì)算得到。因?yàn)楹泻竦牟煌瑢?dǎo)致偏振方向平行于液晶層14的液晶分子均一取向方向入射的線偏振光，經(jīng)液晶楔形盒后，產(chǎn)生線性變化的傾斜相位分布，光束發(fā)生偏折；偏折角度與入射光的波長、入射光所感知到的有效折射率、楔形盒兩側(cè)厚度差等因素相關(guān)，不同大小的偏折角度即對(duì)應(yīng)不同的掃描范圍。因?yàn)橐壕У碾娬{(diào)特性，若灌入正性向列相液晶，調(diào)節(jié)電壓可改變有效折射率。對(duì)應(yīng)的，通過改變楔形盒兩側(cè)厚度差，或者選擇不同雙折射率的液晶材料等方法來控制偏折角度。故，通過液晶楔形盒即可實(shí)現(xiàn)一定角度范圍內(nèi)的光束連續(xù)精確掃描。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的液晶楔形盒的光束偏折的電控掃描具體示例，需要說明的是，入射線偏光的偏振方向平行于液晶分子均一取向的方向。不加電時(shí)，入射光感知到的折射率是異常光折射率(沿液晶分子長軸方向的折射率)，產(chǎn)生較大的傾斜位相分布，光束偏折角度最大，如圖2-1；隨著施加電壓的逐漸增大，正性向列相液晶傾向于電場線方向排布，液晶逐漸豎起來，直至垂直于下基板排列，此時(shí)入射光感知到的折射率是尋常光折射率(沿液晶分子短軸方向的折射率)，產(chǎn)生較小的傾斜位相分布，光束偏折角度最小，如圖2-2。通過施加一定的電壓，可以控制入射光在這兩種極端條件的偏折角度之間，從而實(shí)現(xiàn)精確的小角度光束連續(xù)掃描，如圖2-3。

在此，需要進(jìn)一步說明的是，優(yōu)選的，為配合后續(xù)級(jí)聯(lián)液晶聚合物的大角度光束偏折，可以使得加電掃描角度等于液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射角之間的度數(shù)(當(dāng)多層級(jí)聯(lián)時(shí)為第一級(jí)液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射角之間的度數(shù))，用以填補(bǔ)液晶聚合物偏振光柵衍射級(jí)次之間的空白。液晶楔形盒實(shí)現(xiàn)的角度掃描范圍，可通過所采用液晶的雙折射率來計(jì)算得到。

本發(fā)明實(shí)施例一還提供了一種液晶楔形盒的制備方法，包括如下操作：

(1)在第一基板和第二基板的一側(cè)形成光控取向膜。

可選的，在形成光控取向膜之前，為增加光控取向膜與第一基板和第二基板的ito一側(cè)的浸潤性和粘附性，用洗液(丙酮、酒精等混合試劑)進(jìn)行超聲清洗30分鐘，然后再用超純水超聲清洗兩次，各10分鐘，再在120℃烘箱中烘干40分鐘后，進(jìn)行uvo(紫外臭氧)清洗30分鐘。

可選地，在第一基板和第二基板的一側(cè)形成光控取向膜，可以采用下列方式：

將光控取向材料旋涂在第一基板和第二基板的ito一側(cè)，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；

將旋涂有光控取向材料的第一基板和第二基板退火10分鐘，退火溫度為100℃，以形成光控取向膜。

(2)在第一基板兩側(cè)設(shè)置所設(shè)計(jì)的大小不同的間隔粒子，并與第二基板封裝，其中第一基板的光控取向膜一側(cè)與第二基板的光控取向膜一側(cè)相對(duì)設(shè)置。

(3)對(duì)封裝成的液晶空盒均勻曝光，以使第一基板和第二基板的分子指向矢方向沿同一方向均一排布。

光控取向膜的分子指向矢可通過誘導(dǎo)光的偏振方向進(jìn)行設(shè)定，通過線偏振誘導(dǎo)光對(duì)液晶盒兩基板的光控取向膜進(jìn)行均勻曝光，以使得兩基板的光控取向膜的分子指向矢方向均一排布。

(4)在第一基板和第二基板之間灌注液晶層，第一基板的光控取向膜和第二基板的光控取向膜控制液晶層中的液晶分子由第一基板至第二基板呈平行均勻排布。

光控取向膜對(duì)鄰近的液晶層中的液晶分子具有錨定作用，因此，第一基板的分子指向矢呈均一排布的光控取向膜錨定液晶層中鄰近第一基板的液晶分子，使得鄰近第一基板的液晶分子均一排布，第二基板的光控取向膜錨定液晶層中鄰近第二基板的液晶分子，使得鄰近第二基板的液晶分子也均一排布，因此第一基板光控取向膜和第二基板光控取向膜控制液晶層中的液晶分子由第一基板至第二基板呈平行均勻排布。

實(shí)施例二

如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種液晶光束偏折與掃描器，其中液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的一級(jí)組合的剖面結(jié)構(gòu)包括：相對(duì)設(shè)置的兩基板33(遠(yuǎn)離液晶聚合物31的為第一基板，鄰近液晶聚合物31的為第二基板)，基板33由導(dǎo)電ito玻璃制成，ito電極一側(cè)朝可調(diào)液晶半波片層一側(cè)，夾著位于兩基板33之間的液晶層34；第二基板上表面涂覆一層液晶聚合物31，在兩基板33鄰近液晶層34和液晶聚合物層31的一側(cè)分別設(shè)置有光控取向膜32；鄰近液晶聚合物層31的光控取向膜32的分子指向矢方向漸變且具有周期性，每個(gè)漸變周期為光控取向膜32的分子指向方向從0°漸變到180°；鄰近液晶層34的上下兩基板內(nèi)側(cè)的光控取向膜32的分子指向矢方向均一排布，控制液晶層34中的液晶分子由第一基板至第二基板呈平行均勻排布。

可見，第二基板外側(cè)的聚合物層構(gòu)成了組合中的液晶聚合物偏振光柵，第二基板及以下的結(jié)構(gòu)具有均一取向的液晶盒是即是可調(diào)液晶半波片，通過共用的第二基板將兩者集成一體。而實(shí)際中，液晶聚合物偏振光柵和可調(diào)液晶半波片既可制作集成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)來使用，也可相互獨(dú)立通過組合分離器件來使用；本發(fā)明優(yōu)選采用一體化的整體結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣更利于減小器件的厚度，也能更穩(wěn)定地控制偏折效果。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種液晶聚合物偏振光柵的制備方法，包括如下操作：

(1)單片基板形成光控取向膜，

具體步驟同實(shí)施例一，此處不再贅述。

(2)雙光束偏振干涉曝光，

可選的，采用馬赫-曾德爾干涉光路，圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的液晶聚合物偏振光柵的制備光路結(jié)構(gòu)示意圖。兩束相干光的光強(qiáng)與偏振態(tài)非常重要，因此，在分束棱鏡之后，增加偏振片用來調(diào)節(jié)兩束光的相對(duì)光強(qiáng)，兩個(gè)四分之一波片分別產(chǎn)生兩束正交的圓偏振光；可選的，兩束光的光強(qiáng)都為5.5mw，且兩束光的圓偏振態(tài)正交；

需要注意的是，樣品所在平面應(yīng)與兩束入射光角平分線垂直，樣品背后應(yīng)貼上黑色膠帶以防止樣品后表面的反射所產(chǎn)生的干涉。為了獲得良好的光柵織構(gòu)，在將樣品放置在曝光區(qū)域后，需要在曝光之前讓光學(xué)平臺(tái)靜置5分鐘，曝光時(shí)間為20分鐘左右，曝光期間不能觸碰光學(xué)平臺(tái)，這或?qū)⒂绊懝鈻趴棙?gòu)。

(3)基于單片基板取向后，在上面旋涂液晶聚合物，通過改變液晶聚合物濃度(溶質(zhì)與溶劑的比例)、調(diào)節(jié)旋涂轉(zhuǎn)速，控制液晶聚合物聚合后的厚度，從而達(dá)到目標(biāo)波長的半波條件；

可選的，將溶液(25％濃度)旋涂于光控取向膜之上；旋涂的速度和時(shí)間分別為4000轉(zhuǎn)/分鐘，30秒；

將所得基板置于80℃的熱臺(tái)上烘烤2分鐘以蒸發(fā)溶劑；然后，取下基板使其冷卻；將所得基板置于365nm波長的led燈(10mw/cm2)下照射2分鐘，完成聚合。

在此，需要說明的是，液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片，可針對(duì)目標(biāo)波長設(shè)計(jì)，均為半波片的光學(xué)厚度，使得液晶聚合物偏振光柵衍射效率達(dá)到最大，零級(jí)完全抑制，入射圓偏振光時(shí)只存在某個(gè)一級(jí)衍射級(jí)次。結(jié)合可調(diào)液晶半波片的加電調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)在不同衍射級(jí)次之間的光束偏折動(dòng)態(tài)調(diào)控。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種液晶半波光學(xué)厚度的檢測方法，通過偏光顯微鏡和光譜儀準(zhǔn)確判斷，包括如下操作：

(1)關(guān)閉光源，設(shè)置darkstate；

(2)將顯微鏡偏振片設(shè)置成互相垂直的狀態(tài)；

(3)旋轉(zhuǎn)樣品，找到樣品最暗態(tài)，記錄角度；

(4)將樣品旋轉(zhuǎn)45°，設(shè)置brightstate；

(5)將顯微鏡的檢偏器從與起偏器相互垂直的狀態(tài)轉(zhuǎn)到互相平行的狀態(tài)；

(6)使用reference模式，尋找波谷的位置；波谷的中心波長既滿足半波條件的波長。

在此，需要進(jìn)一步說明的是，可調(diào)液晶半波片的制備方法可由本發(fā)明實(shí)施例一中液晶楔形盒的制備方法類推得到，本發(fā)明實(shí)施例不再贅述，唯一區(qū)別在于可調(diào)液晶半波片的兩側(cè)間隔粒子尺寸相同，盒厚均勻。

實(shí)施例三

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種液晶光束偏折與掃描器，其中液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的一級(jí)組合的電控光束偏折如圖5所示。對(duì)于偏振光柵，入射光為線偏振時(shí)，在滿足半波條件下，零級(jí)被完全抑制，只存在正負(fù)一級(jí)衍射級(jí)次，效率分別為50％，偏振態(tài)為相互正交的圓偏振；當(dāng)入射光變?yōu)閳A偏振，只存在一個(gè)偏振態(tài)與入射光正交的圓偏振的一級(jí)衍射級(jí)次，效率為100％。

基于該原理，液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片針對(duì)目標(biāo)波長設(shè)計(jì)均為半波片的光學(xué)厚度，使得液晶聚合物偏振光柵的衍射效率達(dá)到最大，零級(jí)完全抑制，入射圓偏振光時(shí)只存在某個(gè)一級(jí)衍射級(jí)次。具體可在液晶聚合物偏振光柵(液晶聚合物)一側(cè)層疊一可調(diào)液晶半波片，不加電時(shí)，入射左旋圓偏振，經(jīng)半波片變?yōu)橛倚龍A偏振，再照射到液晶聚合物偏振光柵上，衍射到左側(cè)一級(jí)級(jí)次上，光束向左偏折；若施加一定的電壓，使得液晶半波片處于關(guān)態(tài)，此時(shí)，入射的左旋圓偏振經(jīng)過這樣一個(gè)均勻介質(zhì)層，偏振態(tài)不發(fā)生改變，再照射到液晶聚合物偏振光柵上，衍射到右側(cè)一級(jí)級(jí)次上，光束向右偏折。故，可通過可調(diào)液晶半波片的電控開關(guān)調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)光束在正負(fù)一級(jí)兩個(gè)衍射級(jí)次之間的極高效率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

實(shí)施例四

本發(fā)明實(shí)施例還提供級(jí)聯(lián)排布的兩級(jí)甚至多級(jí)的液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合，其電控光束偏折效果如圖6所示的兩級(jí)級(jí)聯(lián)。這里需要說明的是，第二層級(jí)(入射光傳播由前到后經(jīng)過第一、第二級(jí))的液晶聚合物偏振光柵的周期是第一層級(jí)偏振光柵的一半，使得最終4個(gè)衍射級(jí)次之間均勻相差的角度等于第一個(gè)(周期最大)液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射級(jí)之間的度數(shù)，實(shí)現(xiàn)光束的等間隔偏折。類比于單個(gè)偏振光柵與半波片組合的情況，兩層級(jí)級(jí)聯(lián)時(shí)，兩個(gè)液晶半波片單獨(dú)調(diào)節(jié)，分別控制滿足開關(guān)態(tài)的組合，共四種情況，相應(yīng)的光束衍射情況如圖6所示，可實(shí)現(xiàn)在4個(gè)衍射級(jí)次之間的動(dòng)態(tài)切換。

在本發(fā)明實(shí)施例的基礎(chǔ)上，類似的，多層級(jí)聯(lián)所述液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片的組合，分別獨(dú)立加電控制可調(diào)液晶半波片的開關(guān)，不同層級(jí)半波片的開關(guān)影響最終級(jí)聯(lián)的液晶聚合物偏振光柵的光束偏折位置。在此，需要進(jìn)一步說明的是，液晶聚合物偏振光柵周期大小呈等比數(shù)列、沿入射光傳播方向依次減小，使得最終多個(gè)衍射級(jí)次之間均勻相差的角度等于第一級(jí)(周期最大)液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射級(jí)之間的度數(shù)，實(shí)現(xiàn)光束的等間隔偏折。

實(shí)施例五

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種組合的液晶光束偏折與掃描器，圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的該液晶光束偏折與掃描器組合結(jié)構(gòu)示意圖。在本發(fā)明實(shí)施例一、二、三、四的基礎(chǔ)上，液晶楔形盒第一基板和第二基板鄰近液晶層的一側(cè)設(shè)置有光控取向膜，取向膜分子指向矢方向均一排布，加電調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)小角度的光束連續(xù)掃描；液晶聚合物偏振光柵基板一側(cè)設(shè)置有光控取向膜，設(shè)定區(qū)域的分子指向矢方向漸變分布且呈周期性，不同層級(jí)液晶聚合物偏振光柵周期不同，結(jié)合可開關(guān)液晶半波片，實(shí)現(xiàn)大角度、多級(jí)次之間的光束偏折。

本發(fā)明實(shí)施例相對(duì)設(shè)置的液晶楔形盒、四分之一波片、多層級(jí)聯(lián)的液晶聚合物偏振光柵與液晶半波片組合，可結(jié)合小角度精確連續(xù)掃描和大角度光束偏折，組合起來共同完成一定范圍大角度內(nèi)的連續(xù)掃描或偏折，從而實(shí)現(xiàn)高效、低成本、低能耗、集成化的光束偏折與掃描。

需要說明的是，為配合級(jí)聯(lián)液晶聚合物的大角度光束偏折，液晶楔形盒實(shí)現(xiàn)的角度掃描范圍(如可通過所采用液晶的雙折射率來計(jì)算得到)，使得加電掃描角度等于所述第一級(jí)液晶聚合物偏振光柵的正負(fù)一級(jí)衍射角之間的度數(shù)，用以填補(bǔ)液晶聚合物偏振光柵衍射各級(jí)次之間的空白；在使用時(shí)，傾斜液晶楔形盒，使得液晶楔形盒掃描角度的最大或最小偏折對(duì)應(yīng)光線垂直照射到后端級(jí)聯(lián)器件上。入射液晶楔形盒為平行于液晶楔形盒液晶層液晶分子取向方向的線偏振光，經(jīng)過一四分之一波片轉(zhuǎn)為圓偏振光，進(jìn)而垂直入射級(jí)聯(lián)液晶聚合物偏振光柵與可調(diào)液晶半波片。

對(duì)于二維空間掃描，可結(jié)合兩套一維的該器件并正交放置，根據(jù)上述各實(shí)施例可類推得到，本發(fā)明實(shí)施例不再贅述。

在此，需要進(jìn)一步說明的是，本發(fā)明上述實(shí)施例中的可電調(diào)液晶層采用的材料為普通正性向列相液晶，但不局限于此。如若采用雙頻、藍(lán)相、鐵電等特種液晶材料，可提高液晶盒的開關(guān)響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)更快速的光束偏折與掃描。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。