的设置周期为L，每个周期内的液晶指向矢方向呈渐变分布，液晶指向矢方向从0°渐变为180°，图中由暗到亮表示液晶指向矢方向从0°渐变为180°。由于控制图形的中心区域呈叉形，因此液晶层中的液晶分子在中心区域也呈现叉形71，叉形的分支数量为I个。此外，控制图形的中心区域还包括一个90°液晶取向位错环，使液晶指向矢排布出现一个90°液晶取向位错环72，所述叉形71位于90°液晶取向位错环72内。90°液晶取向位错环内和90°液晶取向位错环外的控制图形相对移动半个周期。
[0065]图8a-图Sc为本发明实施例二提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图。如图8a所示，当入射光为线偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光具有两个衍射光斑，分别为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)和负一级衍射光斑(左旋圆偏振)；当入射光为圆偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的祸旋光只有一个衍射光斑，为正一级或负一级衍射光斑。如图8b所示，入射光为左旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)，如图Sc所示，入射光为右旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为负一级衍射光斑(左旋圆偏振)。涡旋光是一种拉盖尔高斯模式(Laguerre-Gaussian mode)，有两个关键参数，分别是拓扑荷数(也称为角向指数)和径向指数。其中，叉形分支数量与所述涡旋光的拓扑荷数相同，90°液晶取向位错环数量与所述涡旋光的径向指数相同。实施例一中的涡旋光对应的是径向指数为O的拉盖尔高斯模，涡旋光的衍射斑只有一个亮环。当引入一个90°液晶取向位错环，相当于径向指数为I的拉盖尔高斯模，呈现出两个亮环的涡旋光。
[0066]需要说明的是，图7示例性的展示控制图形具有一个90°液晶取向位错环时，液晶指向矢的周期性渐变排布的情况，并非对本发明实施例的限制，在其他实施方式中，所述控制图形还可以具有多个90°液晶取向位错环，即径向指数大于I的情况，如图9所示，光控取向膜的控制图形中心区域呈叉形，叉形的分支数量为I个，并且控制图形具有周期性。此外，控制图形的中心区域还包括2个90°液晶取向位错环，所述叉形位于90°液晶取向位错环内，在控制图形的控制下，液晶指向矢的排布图中区域具有叉形91，以及2个90°液晶取向位错环92，所述叉形91位于90°液晶取向位错环92内，液晶指向矢方向呈现周期性渐变排布。
[0067]图1Oa-图1Oc为控制图形具有2个90°液晶取向位错环时，液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图。如图1Oa所示，当入射光为线偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的祸旋光具有两个衍射光斑，分别为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)和负一级衍射光斑(左旋圆偏振)；当入射光为圆偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光只有一个衍射光斑，为正一级或负一级衍射光斑。如图1Ob所示，入射光为左旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的祸旋光为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)，如图1Oc所不，入射光为右旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为负一级衍射光斑(左旋圆偏振)。当引入2个90°液晶取向位错环，相当于径向指数为2的拉盖尔高斯模，呈现出三个亮环的涡旋光束。由此产生的高阶径向指数涡旋光束，在重力波探测、冷原子操控等领域有着重要应用。
[0068]实施例三
[0069]本发明实施例提供了又一种液晶叉形偏振光栅，与上述实施例一不同的是，所述控制图形的中心区域还包括一条液晶取向径向线位错。图11为本发明实施例三提供的液晶叉形偏振光栅中的液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的模拟示意图，图中由暗到亮表示液晶指向矢方向从0°渐变为180°。所述光控取向膜的控制图形中心区域呈叉形，叉形的分支数量为2.5个，并且控制图形具有周期性。所述叉形分支数量具有小数部分0.5，控制图形的中心区域还包括一条液晶取向径向线位错，所述液晶取向径向线位错位于所述叉形的一侧，且一端与所述叉形相连，所述液晶取向径向线位错两侧的液晶指向矢方向排布相对移动0.5个周期，在控制图形的控制下，液晶指向矢的排布图中，其中心区域也呈现叉形111，叉形的分支数量为2.5个，对应非整数拓扑荷数，所述叉形分支数量具有小数部分
0.5，中心区域还包括一条液晶取向径向线位错112，所述液晶取向径向线位错112位于所述叉形111的一侧，且一端与所述叉形111相连，所述液晶取向径向线位错112两侧的液晶指向矢方向相对移动0.5个周期。
[0070]图12a-图12c为本发明实施例三提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图。如图12a所示，当入射光为线偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光具有两个衍射光斑，分别为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)和负一级衍射光斑(左旋圆偏振)；当入射光为圆偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的祸旋光只有一个衍射光斑，为正一级或负一级衍射光斑。如图12b所示，入射光为左旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)，如图12c所示，入射光为右旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为负一级衍射光斑(左旋圆偏振)。本发明实施例提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光的拓扑荷数为非整数，控制图形存在一条径向线位错，位错线上下平移周期比例为拓扑荷数的小数部分。非整数液晶叉形偏振光栅产生的是分数阶涡旋光束，参见图12a-图12c，涡旋光的衍射斑呈现开环的特征。这类分数阶涡旋光束在高维量子纠缠方面应用前景广阔。
[0071]实施例四
[0072]本发明实施例提供了又一种液晶叉形偏振光栅，与上述实施例一不同的是，所述光控取向膜的控制图形中心区域同时包括一个90°液晶取向位错环和一条液晶取向径向线位错。图13为本发明实施例四提供的液晶叉形偏振光栅的液晶指向矢周期性渐变排布示意图，图中由暗到亮表示液晶指向矢方向从0°渐变为180°。示例性的，设置所述光控取向膜的控制图形中心区域呈叉形，叉形的分支数量为2.5个，并且控制图形具有周期性。此外，控制图形的中心区域还包括一个90°液晶取向位错环，所述叉形位于90°液晶取向位错环内。90°液晶取向位错环内和90°液晶取向位错环外的控制图形相对移动半个周期。所述叉形分支数量具有小数部分0.5，控制图形的中心区域还包括一条液晶取向径向线位错，所述液晶取向径向线位错位于所述叉形的一侧，且一端与所述叉形相连，所述液晶取向径向线位错两侧的控制图形相对移动0.5个周期，在上述控制图形的控制下，所述液晶指向矢方向排布图中，中心区域也具有叉形131，叉形的分支数量为2.5个。此外，中心区域还包括一个90°液晶取向位错环132，所述叉形131位于90°液晶取向位错环132内。90°液晶取向位错环内和90 °液晶取向位错环外的液晶指向矢方向相对移动半个周期。所述叉形131分支数量具有小数部分0.5，中心区域还包括一条液晶取向径向线位错133，所述液晶取向径向线位错133位于所述叉形131的一侧，且一端与所述叉形131相连，所述液晶取向径向线位错133两侧的液晶指向矢方向相对移动0.5个周期。
[0073]图14a-图14c为本发明实施例四提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图。如图14a所示，当入射光为线偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光具有两个衍射光斑，分别为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)和负一级衍射光斑(左旋圆偏振)；当入射光为圆偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的祸旋光只有一个衍射光斑，为正一级或负一级衍射光斑。如图14b所示，入射光为左旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)，如图14c所示，入射光为右旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为负一级衍射光斑(左旋圆偏振)。本发明实施例提供的液晶叉形光栅产生的涡旋光束，既具有分数阶涡旋光束的开环性，同时具有径向指数非零的多环性，兼具二者特性，目前学术界鲜有研宄，具有潜在的应用价值。
[0074]在上述实施例的基础上，所述液晶层的材料为向列相液晶、双频液晶或铁电液晶中的任意一种，本发明实施例对此不作限制。
[0075]进一步的