一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种液晶可变延迟器（LCVR)的延迟量定标方法及装置，通过测量 LCVR工作波长范围内任意3个波长入射光延迟量随调制电压的变化关系，便可完成定标， 为LCVR对其工作波长范围内任意波长入射光的延迟量精确控制提供参考，属于LCVR的光 学特性研宄技术领域。
【背景技术】
[0002] 液晶可变延迟器（LCVR)是利用液晶的光电双折射特性制成的光偏振态调制器件， 通过调节对LCVR施加的调制电压(调制电压值一般不超过10V)，便可以对入射光相位延迟 实现连续调节，通常可将其视为相位延迟不同的一系列晶体波片。LCVR具有宽的通光范围、 无需机械转动、低功耗、响应快等应用优势，在显示、光信息和偏振成像等技术领域具有很 好的应用前景。
[0003] 但LCVR整个工作波长范围内，由于LCVR液晶分子对入射光的双折射存在色散，导 致相同调制电压下LCVR对不同波长入射光的相位延迟之间存在差异，这使得LCVR在宽光 谱应用中存在困难，对其工作波长范围内每一波长入射光相位延迟的精确控制缺少依据。 并且，LCVR取向膜对液晶分子的锚定作用，使得LCVR中液晶分子在调制电压作用下沿通光 方向分布复杂而不均匀，很难从理论上精确推导得到LCVR对入射光的相位延迟。然而，对 于每一个制备好的LCVR，环境条件不变的情况下，其对特定波长入射光的相位延迟仅由驱 动电压控制，并且能够精确测量得到。但是，要把LCVR工作波长范围内每一波长入射光的 相位延迟随调制电压变化的关系都通过实测得到，显然是十分困难的。
【发明内容】
[0004] 为了克服现阶段LCVR应用中存在的技术难题，本发明提供一种LCVR的延迟量定 标方法及装置，完成LCVR对其工作波长范围内任意波长入射光延迟量随调制电压变化关 系的定标，从而实现对其工作波长范围内任意波长入射光相位延迟的精确控制。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： 一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法，包括以下步骤： 1)运用折射率椭球理论确定液晶分子的寻常光〇光折射率和非寻常光e光折射率 为^^，分别对应折射率椭球的短轴和长轴特征值，LCVR产生的双折射为：
【主权项】
1. 一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法，其特征在于，包括w下步骤： 1) 运用折射率楠球理论确定液晶分子的寻常光0光折射率W。和非寻常光e光折射率 为?1，分别对应折射率楠球的短轴和长轴特征值，LCVR产生的双折射为： = B (D 上式中为折射率楠球的两个本征值;液晶分子的偏转角； 对于厚度为端]LCVR，e光和0光产生的相位延迟为；
(2) 在驱动控制器的外部调制电压下，入射光通过LCVR后的延迟量为：
(3) 上述中，d为液晶分子层厚度，g为液晶分子偏转角； 2) 液晶分子的e光和0光折射率是波长的函数，并且满足柯西经验色散经验公式，直接 用来描述LCVR延迟量初始值满足的色散特性；
(4) 其中1为入射光波长，3、。为色散修正系数； 3) 将调制电压决定项进行归一化：
(5) 4) 结合上述（3)式和（5)式可知，调制电压决定项为Jp) = 11馬； 5) 对LCVR工作波长范围内3个不同波长的入射光，分别测量入射光各自延迟量随调制 电压的变化关系曲线； 6) 取出=个波长各自延迟量初始值联立方程组，求解得到LCVR的延迟量初始值满足 的色散关系； 7) 将=个波长入射光每一调制电压下对应的延迟量除W各自延迟量初始值得到延迟 量仅由调制电压决定的归定标一化曲线^17)，完成定标。
2. 根据权利要求1所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法，其特征在于：对于 LCVR的延迟量佈TW表示为入射光波长1和调制电压城]函数巧是巧=巧巧巧巧，其中 巧為为色散项，只与入射光波长有关J(巧只与调制电压有关，且巧省和囊(巧相互独立， 因此，即延迟量的色散是在延迟量初始值中被引入的。
3. 根据权利要求1所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法，其特征在于：所述 步骤5)中，选择LCVR工作波长范围内任意3个不同波长的入射光，采用光强法，分别进行3 个波长入射光延迟量随调制电压的变化关系测试，并取延迟量初始值联立求解出满足的色 散关系。
4. 根据权利要求1所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法，其特征在于：所述 步骤6)中，将每一调制电压下测试波长的延迟量除W其延迟量初始值，得到由调制电压决 定的归定标一化曲线巧(P*)，每一个液晶可变延迟器的巧是唯一确定的，与入射光无关。
5. 根据权利要求1所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法，其特征在于：所述 步骤7)中，将入射光波长带入LCVR延迟量初始值满足的色散关系求解出该波长入射光延 迟量初始值，再带入定标归一化曲线发(；巧，即可得到该波长入射光延迟量随调制电压的变 化关系。
6. 根据权利要求1所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法的装置，其特征在 于；包括入射光源（2 )、起偏器（3)、LCVR(4 )、LCVR驱动器（5 )、检偏器（6 )、光功率计（7 )和 计算机（8)，所述入射光源（2)依次经过起偏器（3XLCVR(4)和检偏器（6)形成测量光路， 光强由光功率计（7)探测，并记录到计算机（8)，所述计算机（8)控制LCVR驱动器（5)，并对 测量数据进行处理。
7. 根据权利要求6所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法的装置，其特征在 于；所述LCVR(4)包括玻璃基板（1. 1)、透明电极氧化锡铜（1.2)、取向膜聚酷亚胺（1.3)、 间隔子（1. 4)和液晶分子（1. 5)，所述液晶分子（1. 5)为细长椿状的向列相液晶分子，光轴 方向沿分子的长轴方向；所述取向膜（1. 3)起错定作用，使向列相液晶分子平行于玻璃基 板（1. 1)排列；透明电极氧化锡铜（1. 2)通过外部输入的调制电压给LCVR施加一个均匀电 场。
8. 根据权利要求7所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法的装置，其特征在 于；所述起偏器（3)的偏振轴方向相对于LCVR(4)的调制快轴方向取45°，检偏器（6)的 偏振轴方向相对于起偏器（3)的偏振轴方向分别为0°和90°。
9. 根据权利要求7所述的一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法的装置，其特征在 于；当未给LCVR施加调制电压或调制电压小于阔值电压时，LCVR中液晶分子不发生偏转； 当给LCVR施加的调制电压超过阔值电压时LCVR中液晶分子发生偏转。
【专利摘要】本发明涉及一种液晶可变延迟器（liquid crystal variable retarder，LCVR）的延迟量定标方法，属于LCVR的光学特性研究领域；提供一种操作简单、定标精度较高的定标方法；根据LCVR的工作原理，首先利用折射率椭球理论分析了LCVR对入射光的双折射相位延迟关系，然后，确立了色散项定标和调制电压决定项定标相结合的定标方法，最后，结合具体实例说明本发明的定标方法和定标步骤，本发明理论分析正确，定标方法准确可行，经过定标后，可求出LCVR工作波长范围内任意波长入射光的延迟量随调制电压的变化关系，为LCVR实现对任意波长入射光的相位延迟的精确控制提供了依据。
【IPC分类】G02F1-01
【公开号】CN104849879
【申请号】CN201510320865
【发明人】李克武, 李晓, 王志斌, 王黎明, 张瑞, 于慧, 薛瑞
【申请人】中北大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月12日