本發(fā)明涉及光束控制技術(shù)，尤其涉及一種膽甾相液晶裝置、制備方法和光束控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光束控制技術(shù)在光通信、光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、材料加工、航空航天、醫(yī)學(xué)和軍事領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。新型機(jī)械式光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)，如旋轉(zhuǎn)里斯利棱鏡和偏心透鏡，與傳統(tǒng)機(jī)械式光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)相比，具有無(wú)旋轉(zhuǎn)軸和透射率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于是采用棱鏡，透鏡等傳統(tǒng)光學(xué)元件，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)偏轉(zhuǎn)，而且存在結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜、體積與功耗大、效率低下、價(jià)格昂貴、功能單一等問(wèn)題。

由于膽甾相液晶分子排列具有周期性螺旋結(jié)構(gòu)，因而近年來(lái)膽甾相液晶得到了廣泛的關(guān)注與研究。如2016年公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為105647545a的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)“膽甾相液晶組合物、液晶顯示面板及其制備方法”，提出了一種基于膽甾相液晶組合物的高對(duì)比度液晶顯示面板；2016年公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為106094098a的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)“基于膽甾相液晶填充的光纖光鑷”公開(kāi)了將膽甾相液晶填充于光纖中的光纖光鑷；還有2014年公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為104199137a的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“一種膽甾相液晶偏光增亮膜及其制備方法”等。但現(xiàn)有的具有不同應(yīng)用的膽甾相液晶裝置大多采用封閉式的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)不僅制備工藝比較復(fù)雜，且在實(shí)際應(yīng)用中使用效果大打折扣。例如將膽甾相液晶限制在兩個(gè)ito玻璃基板中，當(dāng)光經(jīng)過(guò)此液晶盒，其雙層玻璃基板造成光能量不必要的損耗；如果要耦光到此封閉的液晶裝置的膽甾相液晶層中，由于雙層玻璃基板的存在也使得耦光效率極低。

膽甾相液晶層因外界對(duì)抗錨定會(huì)平面內(nèi)產(chǎn)生了周期性形變，形成相位型膽甾相液晶光柵。由于膽甾相液晶的螺距受多方面外界因素影響，如光、電、壓力等，因此通過(guò)簡(jiǎn)單的外部操控，便可以調(diào)控膽甾相液晶光柵，實(shí)現(xiàn)光束控制。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，膽甾相液晶光柵很有希望應(yīng)用于光束控制系統(tǒng)中，如alexanderryabchun和quanli等人先后發(fā)表在期刊《先進(jìn)光學(xué)材料(advancedopticalmaterials)》上的文章中提到通過(guò)紫外光照，光柵方向可以被輕易改變，從而實(shí)現(xiàn)光束控制。但是現(xiàn)有的膽甾相液晶光柵在控制衍射光束旋轉(zhuǎn)方向的同時(shí)，高級(jí)衍射斑離中心的距離也在變化，因此想要唯一精確控制光束角向運(yùn)動(dòng)比較困難，而且類(lèi)似的工作多需要加電或加熱輔助控制。如何使光在通過(guò)最少元件的基礎(chǔ)上，保證出光效率的同時(shí)，由一個(gè)簡(jiǎn)單的液晶裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的準(zhǔn)確控制還需要進(jìn)一步的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種膽甾相液晶裝置，為層疊的單基板、光控取向膜和液晶層，光控取向膜控制液晶分子，膽甾相液晶自組裝形成特定的螺旋結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)化裝置，減小重量，減少光損耗；在光控取向膜的控制下膽甾相液晶自組裝形成設(shè)定的螺旋結(jié)構(gòu)能夠?qū)θ肷涔馐膹?qiáng)度分布和相位變化進(jìn)行調(diào)制。

本發(fā)明的另一目的是提供一種膽甾相液晶裝置的制備方法，在基板上先用旋涂方法得光控取向膜，再對(duì)其定向處理形成分子指向矢呈設(shè)定分布的控制圖形；在光控取向膜上再用旋涂得到液晶層。本法簡(jiǎn)單易行。

本發(fā)明的再一目的是提供一種光束控制系統(tǒng)，采用本發(fā)明的膽甾相液晶裝置處于光源和圖像采集裝置之間，三者處于同一直線上。膽甾相液晶裝置對(duì)入射光的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束強(qiáng)度分布和相位變化進(jìn)行控制。

本發(fā)明提供的一種膽甾相液晶裝置，包括基板、光控取向膜和液晶層，光控取向膜附于單基板的一側(cè)，光控取向膜的另一側(cè)緊貼液晶層。所述液晶層為膽甾相液晶。所述液晶層中的液晶分子自組裝形成設(shè)定的液晶螺旋結(jié)構(gòu)，由于液晶分子具有光學(xué)各向異性，故其液晶螺旋結(jié)構(gòu)具有周期性和偏振敏感性。所述光控取向膜具有分子指向矢呈設(shè)定分布的控制圖形。

光控取向膜控制液晶分子，單基板上的膽甾相液晶在基板平面錨定和空氣垂直錨定的情況下自組裝形成特定的螺旋結(jié)構(gòu)，其螺旋軸平行于基板，而現(xiàn)有技術(shù)中液晶螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸垂直于基板。

所述光控取向膜中分子指向矢平行排列，所述液晶層中的液晶分子自組裝形成平行排布的液晶螺旋結(jié)構(gòu)，所述液晶螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸平行于基板，呈現(xiàn)光柵狀條紋織構(gòu)。

或者所述光控取向膜具有分子指向矢環(huán)繞中心奇點(diǎn)呈角向漸變分布的控制圖形，所述液晶層中的液晶分子自組裝形成徑向分布的液晶螺旋結(jié)構(gòu)，所述液晶螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸平行于基板，呈現(xiàn)同心環(huán)狀條紋織構(gòu)。

所述條紋織構(gòu)的周期范圍為1μm～25μm。

所述液晶為偶氮摻雜的膽甾相液晶或偶氮類(lèi)手性向列相液晶。

所述偶氮摻雜的膽甾相液晶為向列相液晶和偶氮類(lèi)手性劑的混合物，向列相液晶和偶氮類(lèi)手性劑二者混合的重量比為(95～99.5):1。

所述光控取向膜為光致異構(gòu)型光控取向膜、光交聯(lián)型光控取向膜和光分解型光控取向膜中的任一種。

本發(fā)明提供的一種膽甾相液晶裝置的制備方法，包括如下步驟：

ⅰ、形成光控取向膜

將光控取向材料旋涂在所述基板的一側(cè)，并將旋涂有光控取向材料的基板作退火處理。

為增加光控取向膜與基板的浸潤(rùn)性和粘附性，用丙酮和酒精混合的ito洗液對(duì)基板進(jìn)行超聲清洗20～40分鐘，然后再用超純水超聲清洗2～4次，每次清洗時(shí)間為8～15分鐘。在110℃～130℃烘箱中烘干30～50分鐘，之后進(jìn)行紫外臭氧清洗20～49分鐘。

ⅱ、光控取向膜的取向處理

選擇對(duì)應(yīng)的曝光圖形和對(duì)應(yīng)的誘導(dǎo)光偏振方向，采用光控取向系統(tǒng)對(duì)所述光控取向膜進(jìn)行曝光，形成分子指向矢呈設(shè)定分布的控制圖形。

所述曝光包括一步或多步曝光、掩模曝光、偏振掩模曝光或激光直寫(xiě)。

設(shè)置一維或二維方形曝光圖形和相應(yīng)誘導(dǎo)光偏振方向，對(duì)所述光控取向膜進(jìn)行一步曝光，曝光總量為4.2～5.7焦耳/厘米²，形成光控取向膜中分子指向矢呈平行排列的控制圖形。

或者，設(shè)置曝光圖形線徑，并設(shè)計(jì)中心對(duì)稱(chēng)的一對(duì)扇形、三角形、梯形或矩形的曝光圖形和相應(yīng)誘導(dǎo)光偏振方向，對(duì)所述光控取向膜進(jìn)行12～36步曝光，隨曝光次序曝光圖形逆時(shí)針或順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)5～18度，設(shè)置所述誘導(dǎo)光偏振方向單調(diào)增加或單調(diào)減小，設(shè)置相鄰次曝光的區(qū)域重疊部分為曝光圖形區(qū)域面積的60％～80％，曝光區(qū)域重復(fù)曝光3～6次，曝光總量為4.2～5.7焦耳/厘米²，形成光控取向膜中分子指向矢環(huán)繞中心奇點(diǎn)呈角向漸變分布的控制圖形。

ⅲ、液晶層的形成

在附著于基板的光控取向膜外側(cè)旋涂偶氮摻雜的膽甾相液晶材料，并自然冷卻，形成所述液晶層，所述光控取向膜的控制圖形控制所述液晶層中的液晶分子自組裝形成設(shè)定的液晶螺旋結(jié)構(gòu)。

可選地，在基板旋涂偶氮摻雜的膽甾相液晶材料的旋涂參數(shù)為：控制膽甾相液晶材料溫度為75℃～85℃，低速旋涂4～8秒，轉(zhuǎn)速400～600轉(zhuǎn)/分鐘，高速旋涂20～40秒，轉(zhuǎn)速800～1200轉(zhuǎn)/分鐘；將旋涂有偶氮摻雜的膽甾相液晶材料的基板自然冷卻至室溫，形成附著于基板的光控取向膜一側(cè)的厚度為9～13μm的液晶層。

本發(fā)明提供的一種光束控制系統(tǒng)，采用上述本發(fā)明的膽甾相液晶裝置，包括依次排列的入射光源、膽甾相液晶裝置和圖像采集裝置；所述入射光源、膽甾相液晶裝置和所述圖像采集裝置的光軸位于同一直線上；所述膽甾相液晶裝置對(duì)入射光進(jìn)行調(diào)制；所述圖像采集裝置采集經(jīng)所述膽甾相液晶裝置調(diào)制后的光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種膽甾相液晶裝置的優(yōu)點(diǎn)為：1、單基板簡(jiǎn)化裝置，減小重量，減少光束控制中的光損耗；2、液晶層外側(cè)無(wú)基板覆蓋，空氣垂直錨定液晶層，有利于液晶分子自組裝形成設(shè)定的液晶螺旋結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了液晶光柵的形成；3、膽甾相液晶分子在光控取向膜的控制下，其螺旋結(jié)構(gòu)能夠?qū)θ肷涔馐膹?qiáng)度分布和相位變化進(jìn)行調(diào)制；并且適用于各種波長(zhǎng)入射光的調(diào)制和控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種膽甾相液晶裝置的制備方法優(yōu)點(diǎn)為：1、簡(jiǎn)單易行，易于得到符合要求的膽甾相液晶裝置；2、工藝簡(jiǎn)單、成本低。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種光束控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：1、系統(tǒng)配置方便靈活，只需將本發(fā)明的膽甾相液晶裝置插入到特定的光路中即可，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、精度高、不需要任何轉(zhuǎn)動(dòng)裝置；2、極大地提高了光束控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，3、輕松實(shí)現(xiàn)非機(jī)械式精準(zhǔn)的二維光譜掃描，可用于諸相位陣列雷達(dá)、自由空間光通訊和光適應(yīng)系統(tǒng)等；4、還可以實(shí)現(xiàn)高效大面積地將膽甾相液晶裝置上的條紋織構(gòu)轉(zhuǎn)印到平板上，工藝簡(jiǎn)單，成本低，可操作性高，適用范圍廣，大大簡(jiǎn)化了光刻掩模的工藝，適用于集成電路、平板顯示、印刷電路、微機(jī)電系統(tǒng)等。

附圖說(shuō)明

圖1為本膽甾相液晶裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中光控取向膜中分子指向矢呈平行排布的控制圖形示意圖；

圖3為本膽甾相液晶裝置實(shí)施例1液晶層平行排布的光柵狀液晶條紋織構(gòu)圖；

圖4為本膽甾相液晶裝置實(shí)施例1液晶層平行排布的液晶螺旋結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖5為本膽甾相液晶裝置實(shí)施例2光控取向膜中分子指向矢呈角向分布的控制圖形示意圖；

圖6為本膽甾相液晶裝置實(shí)施例2液晶層角向分布的同心環(huán)狀液晶條紋織構(gòu)圖；

圖7為本膽甾相液晶裝置實(shí)施例2液晶層徑向分布的液晶螺旋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本膽甾相液晶裝置實(shí)施例3液晶層波浪光柵狀液晶條紋織構(gòu)圖；

圖9為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一的衍射圖樣；

圖11為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一平行排布的液晶條紋織構(gòu)在紫外光照射下條紋方向和周期變化示意圖；

圖12為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一平行排布的液晶條紋織構(gòu)在綠光照射下條紋方向和周期變化示意圖；

圖13為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一液晶裝置在持續(xù)的紫外光和綠光照射下衍射圖樣的變化情況；

圖14為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一液晶裝置在持續(xù)的紫外光照射下衍射圖樣中1級(jí)衍射斑中心的運(yùn)動(dòng)軌跡；

圖15為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一液晶裝置在持續(xù)的綠光照射下衍射圖樣中1級(jí)衍射斑中心的運(yùn)動(dòng)軌跡；

圖16為本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例二的結(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(shuō)明。為了便于描述，相關(guān)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)。

膽甾相液晶裝置實(shí)施例1

本膽甾相液晶裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)如圖1所示，光控取向膜120附于基板130的一側(cè)，光控取向膜120的另一側(cè)緊貼液晶層110。本例液晶層為向列相液晶和偶氮類(lèi)手性劑的混合物，向列相液晶和偶氮類(lèi)手性劑二者混合的重量比為99:1，本例偶氮類(lèi)手性劑材料為chad-3c-s。

本例光控取向膜為光致異構(gòu)型光控取向膜。光控取向膜上的控制圖形可擦寫(xiě)，同一個(gè)光控取向膜可得到多種具有分子指向矢呈不同的設(shè)定分布的控制圖形。

本例光控取向膜120中分子指向矢平行排列朝著同一方向，光控取向膜120的控制圖形控制本例液晶層110中鄰近基板的液晶分子指向矢趨向于平行于取向膜中分子指向矢方向排列。液晶層110中鄰近基板的液晶分子排布的俯視圖如圖2所示。液晶層110中的液晶分子自組裝形成平行排布的液晶螺旋結(jié)構(gòu)，液晶螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸平行于基板，如圖4所示；液晶螺旋結(jié)構(gòu)中液晶分子分層排列，每層液晶分子的指向矢方向相同，且平行于層平面，但相鄰層中分子指向矢方向稍有旋轉(zhuǎn)，沿層面法線方向自組裝形成周期性液晶螺旋結(jié)構(gòu)，箭頭所指的方向?yàn)槁菪S方向。需要說(shuō)明的是，空氣對(duì)液晶層110內(nèi)分子具有垂直錨定的作用，鄰近空氣的液晶分子指向矢趨向于垂直基板排列，但由于空氣對(duì)液晶分子的錨定作用較弱，此處不予考慮。本例液晶層呈現(xiàn)光柵狀條紋織構(gòu)，如圖3所示。

本例條紋織構(gòu)的周期為10μm。

由于液晶層110中液晶分子具有光學(xué)各向異性，所述液晶螺旋結(jié)構(gòu)具有周期性和偏振敏感性。能夠?qū)θ肷涔膺M(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和相位的連續(xù)可調(diào)，本實(shí)施例的膽甾相液晶裝置可根據(jù)需要加入到特定的光路中，方便靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，精度高，且不需要任何轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，可提高了光束控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

膽甾相液晶裝置實(shí)施例2

本膽甾相液晶裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相類(lèi)似，液晶層110、光控取向膜120和基板130的材質(zhì)和位置相同。

本實(shí)施例2的光控取向膜在以中心奇點(diǎn)為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系中，取向膜中的分子指向矢繞著一個(gè)中心奇點(diǎn)呈角向漸變分布的控制圖形，在極軸上的初始分子指向矢方向?yàn)?°，如圖5所示。圖5中所設(shè)定圓周的半徑是為更清楚地表達(dá)光控取向膜120中分子的排布狀態(tài)，在該設(shè)定圓周內(nèi)外的其他區(qū)域，光控取向膜中分子的排布狀態(tài)可以由該設(shè)定圓周上的分子排布狀態(tài)類(lèi)推得到。

該光控取向膜120的控制圖形控制液晶層110中鄰近基板的液晶分子繞著中心奇點(diǎn)呈徑向漸變分布，自組裝形成分子指向矢呈角向分布的同心環(huán)狀液晶條紋織構(gòu)，如圖6所示。液晶層110內(nèi)各螺旋軸從中心奇點(diǎn)出發(fā)，呈徑向分布，如圖7所示。

膽甾相液晶裝置實(shí)施例3

本膽甾相液晶裝置實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相類(lèi)似，液晶層110、光控取向膜120和基板130的材質(zhì)和位置相同。本例光控取向膜120的控制圖形與實(shí)施例1和2不同，液晶層自組裝形成分子指向矢呈波浪光柵狀液晶條紋織構(gòu)，如圖8所示。

膽甾相液晶裝置的制備方法實(shí)施例㈠

本膽甾相液晶裝置的制備方法實(shí)施例㈠用于制備如以上實(shí)施例1的具有層疊的液晶層110、光控取向膜120和基板130的膽甾相液晶裝置。該膽甾相液晶裝置的光控取向膜中分子指向矢平行排列，液晶層中的液晶分子自組裝形成平行排布的液晶螺旋結(jié)構(gòu)，其液晶螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸平行于基板，呈現(xiàn)光柵狀條紋織構(gòu)。

本膽甾相液晶裝置的制備方法主要步驟如下：

ⅰ、形成光控取向膜

先對(duì)基板進(jìn)行處理：用丙酮和酒精混合的ito洗液對(duì)基板進(jìn)行超聲清洗30分鐘，然后再用超純水超聲清洗2次，每次清洗時(shí)間為10分鐘。在120℃烘箱中烘干40分鐘，之后進(jìn)行紫外臭氧清洗30分鐘。

將光控取向材料旋涂于基板的一側(cè)，低速旋涂5秒，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘，緊接著高速旋涂40秒，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘；之后將旋涂了光控取向材料的基板退火10分鐘，退火溫度為100℃，形成附著于基板一側(cè)的光控取向膜。

ⅱ、所述光控取向膜的取向處理

當(dāng)設(shè)定光控取向膜為平行排布的控制圖形時(shí)，選用光控取向系統(tǒng)，選擇與設(shè)計(jì)的光控取向膜的控制圖形間距相同的方形曝光圖形，按所需誘導(dǎo)光偏振方向采用機(jī)械控制選擇對(duì)應(yīng)的偏振片，誘導(dǎo)光通過(guò)偏振片和曝光圖形，對(duì)光控取向膜進(jìn)行25秒的一次曝光，曝光強(qiáng)度為0.25瓦/厘米²，曝光量為5焦耳/厘米²，形成分子指向矢平行排布的控制圖形。

ⅲ、液晶層的形成

在附著于基板的光控取向膜外側(cè)旋涂偶氮摻雜的膽甾相液晶材料，旋涂參數(shù)為：控制膽甾相液晶材料溫度為80℃，低速旋涂6秒，轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘，高速旋涂30秒，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分鐘；將旋涂有偶氮摻雜的膽甾相液晶材料的基板自然冷卻至室溫，形成附著于光控取向膜遠(yuǎn)離基板一側(cè)的厚度為10μm的液晶層，

所述光控取向膜的控制圖形控制所述液晶層中的液晶分子自組裝形成設(shè)定的液晶螺旋結(jié)構(gòu)。

膽甾相液晶裝置的制備方法實(shí)施例㈡

本膽甾相液晶裝置的制備方法實(shí)施例㈡的主要步驟中步驟ⅰ為形成光控的取向膜、步驟ⅲ為液晶層的形成，與實(shí)施例㈠的步驟ⅰ及ⅲ相同。用于制備如以上實(shí)施例2的具有層疊的液晶層110、光控取向膜120和基板130的膽甾相液晶裝置。該膽甾相液晶裝置的光控取向膜具有分子指向矢環(huán)繞中心奇點(diǎn)呈角向漸變分布的控制圖形，其液晶層中的液晶分子自組裝形成徑向分布的液晶螺旋結(jié)構(gòu)，液晶螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸平行于基板，呈現(xiàn)同心環(huán)狀條紋織構(gòu)。

本例步驟ⅱ具體如下：

步驟ⅱ、所述光控取向膜的取向處理

設(shè)定光控取向膜中分子指向矢環(huán)繞中心奇點(diǎn)呈角向漸變分布的控制圖形，本例設(shè)置的曝光圖形為兩個(gè)相對(duì)的相同扇形，分別稱(chēng)為第一扇形和第二扇形，本例為半徑為130μm角度為50度的扇形，兩個(gè)扇形的角平分線為一直線。曝光過(guò)程二扇形相對(duì)位置不變。

選用光控取向系統(tǒng)，按所需誘導(dǎo)光偏振方向采用機(jī)械控制選擇對(duì)應(yīng)的偏振片，誘導(dǎo)光通過(guò)偏振片和曝光圖形，對(duì)光控取向膜進(jìn)行曝光。

以扇形的圓心為極坐標(biāo)的原點(diǎn)，第一次曝光時(shí)第一扇形的起始邊處于極坐標(biāo)的-25度處，角平分線處于0度，誘導(dǎo)光的偏振方向也為0度。

第二次曝光前，二扇形以圓心為中心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10度，即第一扇形的起始邊處于極坐標(biāo)的-15度處，角平分線處于10度，誘導(dǎo)光的偏振方向也為10度。

如此類(lèi)推，本例共曝光18次，每次逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10度，共轉(zhuǎn)170度，即第18次曝光時(shí)，第一扇形的起始邊處于145度處，角平分線處于170度。

每次曝光的扇形區(qū)域均與前一次曝光的扇形區(qū)域重疊35度的扇形，故光控取向膜的曝光區(qū)域依次重復(fù)曝光5次。

每次曝光量為0.84～1.14焦耳/厘米²，由誘導(dǎo)光在光控取向膜上的光強(qiáng)與曝光時(shí)間可求得此值，曝光區(qū)域重復(fù)曝光后的總曝光量為4.2～5.7焦耳/厘米²。

得到的光控取向膜具有分子指向矢環(huán)繞中心奇點(diǎn)呈角向漸變分布的同心環(huán)狀控制圖形。

光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一

本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖9所示，包括光源210、膽甾相液晶裝置220和圖像采集裝置230，光源210、膽甾相液晶裝置220和圖像采集裝置230的光軸位于同一直線上。本例的膽甾相液晶裝置220為上述膽甾相液晶裝置實(shí)施例1，即其液晶層具有微米級(jí)的光柵狀液晶條紋織構(gòu)，本例入射光源為白光光源，本例圖像采集裝置230為數(shù)碼相機(jī)，也可采用電荷耦合元件(chargecoupleddevice，ccd)等圖像采集設(shè)備。

本例膽甾相液晶裝置220對(duì)入射白光產(chǎn)生衍射，使出射光束的強(qiáng)度和相位發(fā)生相應(yīng)改變，并伴隨明顯的色散。設(shè)置在光源210相對(duì)一側(cè)的圖像采集裝置230采集經(jīng)過(guò)膽甾相液晶裝置調(diào)制后的光束。

圖10為本例提供的一種衍射圖樣，該衍射圖樣中0級(jí)衍射斑11的色散較少，1級(jí)衍射斑12和2級(jí)衍射斑13均有明顯的色散，顯示本例膽甾相液晶裝置的分光作用。

本例膽甾相液晶裝置220中液晶層的膽甾相液晶材料中采用光致異構(gòu)型手性劑材料，膽甾相液晶裝置220具有微米級(jí)的光柵狀液晶條紋織構(gòu)。

在波長(zhǎng)為365nm的紫外光照射下本例膽甾相液晶裝置中平行排布的條紋發(fā)生旋轉(zhuǎn)，且條紋周期逐漸增大，直至條紋消失，如圖11所示。繼續(xù)紫外光照射，保持無(wú)條紋狀態(tài)。

此時(shí)，若再采用波長(zhǎng)為532nm的綠光光源照射膽甾相液晶裝置220，條紋逐漸產(chǎn)生并反向旋轉(zhuǎn)，條紋周期逐漸減小，恢復(fù)為紫外光照射前的狀態(tài)，如圖12所示。繼續(xù)綠光照射，保持紫外光照射前的狀態(tài)。

圖13所示為本例膽甾相液晶裝置220在持續(xù)的紫外光和綠光照射下的衍射圖樣變化情況。圖13左側(cè)由上至下是紫外光持續(xù)照射膽甾相液晶裝置220，衍射級(jí)向0級(jí)靠攏，且色散減弱，直至除0級(jí)衍射斑外的其余所有衍射斑都消失；圖13右側(cè)由下至上是改用綠光照射膽甾相液晶裝置220，液晶的光柵條紋逐漸恢復(fù)，衍射圖樣中1級(jí)和2級(jí)衍射斑重新出現(xiàn)，色散逐漸嚴(yán)重，分光明顯。圖14和圖15為衍射圖樣中1級(jí)衍射斑中心在紫外光和綠光照射下的運(yùn)動(dòng)軌跡；如圖14所示，膽甾相液晶裝置在紫外光的持續(xù)照射下，1級(jí)衍射斑中心螺旋式逐漸靠近0級(jí)衍射斑；如圖15所示，膽甾相液晶裝置在綠光的持續(xù)照射下，1級(jí)衍射斑中心螺旋式逐漸遠(yuǎn)離0級(jí)衍射斑。與此同時(shí)2級(jí)衍射斑中心也隨1級(jí)衍射斑中心同步移動(dòng)。由此可見(jiàn)，本實(shí)施例提供的光束控制系統(tǒng)輕松實(shí)現(xiàn)了非機(jī)械式精準(zhǔn)的二維光譜掃描，可以應(yīng)用在諸如相位陣列雷達(dá)和自由空間光通訊光適應(yīng)系統(tǒng)中。

光束控制系統(tǒng)實(shí)施例二

本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例二與上述光束控制系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，區(qū)別在于，光源210為紫外光源，本例的膽甾相液晶裝置220為上述膽甾相液晶裝置實(shí)施例1，在光源210與膽甾相液晶裝置220之間加入一個(gè)偏振片240，圖像采集裝置230為光刻膠，光源210、偏振片240、膽甾相液晶裝置220和光刻膠230的光軸位于同一直線上，如圖16所示。設(shè)置在光源210相對(duì)一側(cè)的圖像采集裝置230光刻膠接受經(jīng)過(guò)膽甾相液晶裝置220調(diào)制后的光束。當(dāng)采用的偏振片240的光軸方向是平行于膽甾相液晶裝置220平行排列的條紋織構(gòu)方向，即光源210的光束經(jīng)過(guò)該偏振片240后成為偏振方向平行于膽甾相液晶裝置220平行排列的條紋織構(gòu)方向的偏振光。由于本例膽甾相液晶裝置內(nèi)的液晶分子具有光學(xué)各向異性，這些液晶分子組成的液晶螺旋結(jié)構(gòu)具有偏振敏感性和類(lèi)似于透鏡的作用。當(dāng)一束偏振方向平行于條紋方向的光照射到膽甾相液晶裝置時(shí)，該膽甾相液晶裝置中液晶螺旋結(jié)構(gòu)形成的每一條紋相當(dāng)于一個(gè)柱透鏡，將經(jīng)過(guò)膽甾相液晶裝置的光束調(diào)制成與設(shè)定條紋織構(gòu)匹配的匯聚光，膽甾相液晶裝置調(diào)制后的光束照射在光刻膠上，膽甾相液晶裝置中的條紋織構(gòu)即轉(zhuǎn)移到光刻膠上。

如果采用的偏振片240的光軸方向是垂直于膽甾相液晶裝置220平行排列的條紋織構(gòu)方向，即光源210的光束經(jīng)過(guò)該偏振片240后成為偏振方向垂直于膽甾相液晶裝置220平行排列的條紋織構(gòu)方向的偏振光，這樣的偏振光經(jīng)過(guò)本例膽甾相液晶裝置220的光束強(qiáng)度分布不發(fā)生改變，光刻膠上無(wú)轉(zhuǎn)移圖形。示例性地，本例光源210選用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源，偏振片240采用亞波長(zhǎng)金屬線柵，膽甾相液晶裝置220中的條紋織構(gòu)如圖3所示，圖像采集裝置230為正性紫外光刻膠。首先，將光刻膠旋涂在硅基板上，并退火，然后，將膽甾相液晶裝置220緊貼在硅基板上的光刻膠外側(cè)面，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片240，調(diào)節(jié)偏振片的光軸方向平行或者垂直于膽甾相液晶裝置中的液晶的條紋織構(gòu)方向，在這兩種情況下打開(kāi)光源210，用顯影液對(duì)光刻膠340進(jìn)行顯影，得到光刻膠上的不同顯微圖。

當(dāng)偏振片240的光軸方向平行于膽甾相液晶裝置220中的條紋方向時(shí)，入射紫外光經(jīng)過(guò)膽甾相液晶裝置220的調(diào)制，產(chǎn)生一個(gè)和膽甾相液晶裝置220中條紋織構(gòu)相一致的周期性的條紋光場(chǎng)分布，光刻膠經(jīng)過(guò)該光場(chǎng)照射并顯影后，得到和膽甾相液晶裝置220中條紋織構(gòu)相一致的顯微圖，與圖3相同。當(dāng)偏振片240的光軸方向垂直于膽甾相液晶裝置220中的條紋方向時(shí)，最終顯影后光刻膠上的顯微織構(gòu)看不到條紋相關(guān)的圖形。

由本實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明的光束控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效大面積地將膽甾相液晶裝置220上的條紋織構(gòu)轉(zhuǎn)印到平板光刻膠上，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和制作工藝簡(jiǎn)單，成本低，可操作性高，適用范圍廣，大大簡(jiǎn)化了光刻掩模的工藝，適用于諸如集成電路、平板顯示、印刷電路、微機(jī)電系統(tǒng)等。

光束控制系統(tǒng)實(shí)施例三

本光束控制系統(tǒng)實(shí)施例二與上述光束控制系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖16所示。本例與實(shí)施例二的區(qū)別在于，本例的膽甾相液晶裝置220為上述膽甾相液晶裝置實(shí)施例2，即其液晶層自組裝形成分子指向矢呈角向分布的同心環(huán)狀液晶條紋織構(gòu)。

本例中，當(dāng)偏振片240的光軸方向?yàn)樗?，偏振方向相切?或者說(shuō)平行于)膽甾相液晶裝置220中90度和270度處的環(huán)形條紋，那么對(duì)應(yīng)該區(qū)域的光刻膠上便可以顯影得到條紋結(jié)構(gòu)；而對(duì)應(yīng)膽甾相液晶裝置220中0度和180度處的光刻膠顯影后將不出現(xiàn)相關(guān)條紋圖形。與之相似，當(dāng)偏振片240的光軸方向?yàn)樨Q直，偏振方向相切于(或者說(shuō)平行于)膽甾相液晶裝置220中0度和180度處的環(huán)形條紋，那么對(duì)應(yīng)該區(qū)域的光刻膠上顯影后得到對(duì)應(yīng)的條紋結(jié)構(gòu)；對(duì)應(yīng)膽甾相液晶裝置220中90度和270度處的光刻膠顯影后將不出現(xiàn)相關(guān)條紋圖形。偏振片240的光軸方向與膽甾相液晶裝置中的條紋方向偏離越大，在對(duì)應(yīng)該區(qū)域的光刻膠上顯影得到的條紋相關(guān)的圖形將越模糊；光刻膠上最終顯影所得圖形就是膽甾相液晶裝置220環(huán)形條紋的克隆。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開(kāi)的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。