一种负性液晶反射式空间光调制器的制作方法

本发明涉及空间光调制器领域，具体是一种负性液晶反射式空间光调制器。

背景技术：

空间光调制器广泛地应用于光逻辑运算、高速光互联、输入存储、输出显示等诸多应用领域。空间光调制器的种类很多，例如微通道板、可变形反射镜、磁光器件等五六十种。光学相位在光学信息处理系统、干涉和光互联中起着重要的作用，二维纯相位空间光调制器在光学信息处理方面起着更为重要的作用，如光学相关联、光互连、相位比较技术等。液晶空间光调制器以其良好的稳定性，可进行编程实时控制，低电压可获得较大的位相变化等优点，在光学信息处理方面占有重要的地位，且凭借其制作简单、价格低、易控制等优点受到广大学者的关注。但是传统液晶空间光调制器不能实现振幅调制和纯相位调制的切换，并且在进行振幅调制的时候不能实现振幅连续可调，此外在纯相位调制的时候伴有振幅调制。

本发明目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提出了一种制作简单、调制方式多样性、相位调制范围大的负性液晶反射式空间光调制器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括偏振片、上玻璃基板、上透明平面电极、上取向层、液晶层、下取向层、反射层、下玻璃基板，并依次排列。1偏振片，2上玻璃基板，3上透明平面电极，4上取向层，5液晶层，6下取向层，7反射层，8下玻璃基板。

所述偏振片为带刻度可旋转型偏振片，即偏振片的偏振轴方向可控，旋转偏振片实现振幅调制模式和纯相位调制模式的切换。

所述上透明平面电极采用氧化铟锡(ito)或氧化铟锌(izo)等透明导电材料制作，用于接地。

所述的液晶层采用负性的向列相液晶，并且垂直于玻璃基板取向。

所述的反射层采用高反射率的金属膜制作，驱动电压施加在金属反射层上，金属反射层充当像素电极。

根据加电负性液晶的液晶分子短轴平行于电场方向的原理，在金属反射层上施加电压时，液晶分子会逐渐平行于上下玻璃基板；当液晶分子长轴与偏振片的偏振轴平行的时候，此时进入液晶层偏振光沿着液晶分子的光轴方向传播，入射光不发生双折射，改变电压，只改变入射光的相位，此时所述的负性液晶反射式空间光调制器工作于纯相位模式；转动偏振片，改变偏振片的偏振方向，使入射光的偏振方向与液晶分子长轴存在初始夹角θ(0<θ<90°)，入射光进入液晶层会发生双折射，入射光光强一分为二，并且夹角θ在可调范围内越大，入射光的双折射程度越大，此时所述的负性液晶反射式空间光调制器工作于振幅调制模式。

附图说明

附图1是本发明实施例提供的负性液晶反射式空间光调制器的结构示意图。

附图2是本发明实施例提供的负性液晶反射式空间光调制器纯相位调制模式下入射光相位随电压变化的关系。

附图3是本发明实施例提供的负性液晶反射式空间光调制器振幅调制模式下(θ＝45°)入射光的反射率随电压变化的关系。

上述附图中的图示标号为：

1偏振片，2上玻璃基板，3上透明平面电极，4上取向层，5液晶层，6下取向层，7反射层，8下玻璃基板。

具体实施方式

为使本领域的技术人员能更进一步了解本发明，下面将结合附图详细地说明本发明的具体实施方式。需要说明的是，附图仅以说明为目的，并未依照原始尺寸作图。

附图1本发明实施例提供的负性液晶反射式空间光调制器的结构示意图，该负性液晶反射式空间光调制器包括偏振片、上玻璃基板、上透明平面电极、上取向层、液晶层、下取向层、反射层、下玻璃基板；液晶层采用负性的向列相液晶，并且垂直取向，其厚度为d；所述偏振片为带刻度可旋转型偏振片，即偏振片的偏振方向可控，旋转偏振片实现振幅调制和纯相位调制的切换；所述上透明平面电极采用ito透明导电材料制作；所述的反射层采用高反射率的金属铝膜制作，表面采用漫反射膜制作，并且驱动电压施加在金属反射层上；在金属反射层上施加电压时，液晶分子会逐渐平行于上下玻璃基板；当液晶分子长轴与偏振片的偏振轴平行的时候，进入液晶层的偏振光沿着液晶分子的光轴方向传播，入射光不发生双折射，改变施加在金属反射层上的电压，只改变入射光的相位，此时所述的负性液晶反射式空间光调制器工作于纯相位模式；当转动偏振片，改变偏振片的偏振方向，使入射光的偏振方向与液晶分子长轴存在初始夹角θ(0<θ<90°)，入射光进入液晶层会发生双折射，入射光光强一分为二，并且夹角θ在可调范围内越大，入射光的双折射程度越大，此时所述的负性液晶反射式空间光调制器工作于振幅调制模式。

本实施例中使用的负性液晶材料的特性参数为：介电系数δε＝-8.2，液晶的材料折射率为no＝1.6，ne＝1.4763，入射光波长λ＝550nm，液晶层厚度d＝5μm。

附图2是本发明实施例提供的负性液晶反射式空间光调制器纯相位调制模式下入射光的相位随电压变化的关系，转动偏振片，此时偏振片透光轴相对于上玻璃基板的方向为0°。从附图2可以看出，当驱动电压小于10vrms时，入射光相位的变化随电压的变化非常明显，当电压大于10vrms时，液晶层相对于入射光的折射率逐渐趋向饱和，入射光累积的相位趋向饱和。当电驱动电压为1vrms时，入射光在液晶层累积的相位为53.69π，当驱动电压为16vrms时，入射光在液晶层累积的相位为60.15π，相位调制范围为0～6.46π，实现了大范围的相位调制。此外，随着驱动电压的变化，o光与e光累积的相位始终保持一致，证明入射光进入液晶层未发生双折射，入射光的反射率始终不变，所述的负性液晶反射式空间光调制器能够实现纯相位调制。

附图3是本发明实施例提供的负性液晶反射式空间光调制器振幅调制模式下入射光的反射率随电压变化的关系，转动偏振片，此时偏振片透光轴相对于上玻璃基板的方向为45°。从附图3可以看出，当驱动电压小于10vrms时，所述的负性液晶反射式空间光调制器对入射光的反射率为95％，入射光光强度的变化随电压的变化不明显。当驱动电压大于10vrms时，所述的负性液晶反射式空间光调制器对入射光的反射率逐渐减小，出射光光强度逐渐减小，当驱动电压为16vrms时，所述的负性液晶反射式空间光调制器对入射光的反射率为12％，出射光光强达到最小。从附图3可以看出，驱动电压从10vrms到16vrms，反射率变化范围为0～83％。所述的负性液晶反射式空间光调制器能够对入射光的振幅进行连续调制，并且能够实现较大范围振幅调制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，但本发明不限于此实施例。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神实质和范围的情况下对其形式和细节做出的各种改变，皆应属本发明的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明的负性液晶反射式空间光调制器包括偏振片、上玻璃基板、上透明平面电极、上取向层、液晶层、下取向层、反射层、下玻璃基板；液晶层采用负性的向列相液晶，并且垂直取向；偏振片为带刻度可旋转型偏振片，偏振片的偏振方向可控，旋转偏振片实现振幅调制和纯相位调制的切换；上透明平面电极采用氧化铟锡透明导电材料制作；反射层采用高反射率的金属铝膜制作，表面采用漫反射膜制作模式制作，并且驱动电压施加在金属反射层上。本发明的负性液晶反射式空间光调制器具有制作简单、调制方式多样性和相位调制范围大的特点。

技术研发人员：王琼华;储繁;窦虎;田莉兰
受保护的技术使用者：北京航空航天大学;四川大学
技术研发日：2018.10.24
技术公布日：2019.01.15