一种偏振不敏感液晶器件的制作方法

本发明涉及硅基液晶设备，具体为一种偏振不敏感液晶器件。

背景技术：

1、硅基液晶(liquid crystal on silicon,lcos)器件基本结构主要组成部分包括玻璃前板、液晶层和硅基背板；其中，硅基背板为一块cmos电路，上面具有像素阵列；每个像素的电压可以被独立控制，进而控制像素对应区域液晶层内的液晶材料；随着电场变化，液晶材料的针对某一特定偏振态光束的等效折射率会发生变化，进而实现了对该偏振态入射光束的空间相位调制；针对与器件设计方向正交的偏振态光束，不论像素电极电压为多少，液晶层的等焦折射率不变，不对光产生任何空间相位调制。

2、目前，偏振不敏感硅基液晶器件技术解决方案主要有以下几种；第一种方案是在像素阵列与液晶层之间加入了一片1/4波片，将入射光的偏振态翻转了90度；这样，入射时经过液晶层被调制的光束，出射时再次经过液晶层不会被调制；而入射时经过液晶层未被调制的光束，出射时再次经过液晶层会被调制；这样两个偏振态的光束均被液晶层调制一次，器件对入射光束的偏振态不敏感；这一方案的主要问题在于为了>2pi的相位调制，液晶层的厚度需要翻倍；这是因为光束仅在入射或出射中的一程被液晶调制；更厚的液晶层会引发更为强烈的像素串扰，影响了光束调制的质量；另外，1/4波片的引入也同样会引发像素串扰，影响光束调制质量。

3、第二种方案是通过一个偏振分束镜将入射光束分成s偏振态光束和p偏振态光束，分别入射到两个硅基液晶空间光调制器上；这两个硅基液晶空间光调制器的设计偏振工作方向分别对应s和p偏振态；因此，该系统可以实现对入射光的偏振不敏感调制；但是此设计中需采用2块硅基液晶器件，且对两个硅基液晶器件的装配有很高的要求，角度必须为90度，否则出射的2个偏振态光束传输方向不一致。

4、因此，在实际使用过程中，为了实现对光束的空间相位调制，入射光束需为线偏振光，且偏振方向与硅基液晶器件的设计工作方向一致；若入射光为圆偏振光、椭圆偏振光或线偏振态方向与器件设计工作方向不一致，都会存在部分光束未被器件调制的现象；因此急需开发一种对入射光偏振态不敏感的硅基液晶器件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够在不借助光学元件的条件下完成对入射光偏振态不敏感的空间光调制的偏振不敏感液晶器件。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种偏振不敏感液晶器件，硅基液晶器件主体结构包括玻璃前板、液晶层和轨迹背板，所述玻璃前板由偏振分束镜、1/4波片和反射镜等材料组成，硅基液晶器件工作偏振方向为s偏振，入射光束经过偏振分束镜，p偏振态部分直接通过，并经过反射镜2，分配至液晶空间光调制器的一个区域；s偏振态部分反射，经过1/4波片2次和反射镜1，偏振态被转化为p偏振，最终分配至液晶空间光调制器另一个区域；液晶空间光调制器的设计偏振方向为p偏振方向，实现对两束光束的空间调制；被调制后的光束，会再次经过上述结构，在空间上合并，并分别具有不同的偏振态，最终形成对两个偏振态的等效空间光调制。

3、作为优选，入射光束经过偏振分束镜，s偏振态部分直接通过，并经过反射镜2，分配至液晶空间光调制器的一个区域；p偏振态部分反射，经过1/4波片2次和反射镜1，偏振态被转化为s偏振，最终分配至液晶空间光调制器另一个区域；液晶空间光调制器的设计偏振方向为s偏振方向，实现对两束光束的空间调制；被调制后的光束，会再次经过上述结构，在空间上合并，并分别具有不同的偏振态，最终形成对两个偏振态的等效空间光调制。

4、作为优选，偏振分束镜的材料选择适当，即材料折射率不能低于1.4，上述结构中的反射镜2可以去除，此时偏振光束基于全内反射的原理被高效率反射至硅基液晶器件上，且不存在光束能量的损失。

5、作为优选，反射镜1可以是针对lcos器件工作波长的标准镀金或镀银或镀铝反射镜，也是可以是有多层电介质材料层叠的电介质反射镜；还可以将具有高反射率的多层电介质薄膜直接镀膜在1/4波片上表面，实现高效率光束反射。

6、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

7、(1)本发明实现了对入射光偏振态不敏感的空间光调制。

8、(2)此硅基液晶器件为一个集成系统，不需要其他分立光学元件辅助。

9、(3)不会引入像素串扰，即液晶层厚度不增加。

10、(4)两个偏振态光束在此系统中的光程一致。

技术特征：

1.一种偏振不敏感液晶器件，其特征在于：硅基液晶器件主体结构包括玻璃前板、液晶层和轨迹背板，所述玻璃前板由偏振分束镜、1/4波片和反射镜等材料组成，硅基液晶器件工作偏振方向为s偏振，入射光束经过偏振分束镜，p偏振态部分直接通过，并经过反射镜2，分配至液晶空间光调制器的一个区域；s偏振态部分反射，经过1/4波片2次和反射镜1，偏振态被转化为p偏振，最终分配至液晶空间光调制器另一个区域；液晶空间光调制器的设计偏振方向为p偏振方向，实现对两束光束的空间调制；被调制后的光束，会再次经过上述结构，在空间上合并，并分别具有不同的偏振态，最终形成对两个偏振态的等效空间光调制。

2.根据权利要求1所述的一种偏振不敏感液晶器件，其特征在于：所述入射光束经过偏振分束镜，s偏振态部分直接通过，并经过反射镜2，分配至液晶空间光调制器的一个区域；p偏振态部分反射，经过1/4波片2次和反射镜1，偏振态被转化为s偏振，最终分配至液晶空间光调制器另一个区域；液晶空间光调制器的设计偏振方向为s偏振方向，实现对两束光束的空间调制；被调制后的光束，会再次经过上述结构，在空间上合并，并分别具有不同的偏振态，最终形成对两个偏振态的等效空间光调制。

3.根据权利要求1、2所述的一种偏振不敏感液晶器件，其特征在于：所述偏振分束镜的材料选择适当，即材料折射率不能低于1.4，上述结构中的反射镜2可以去除，此时偏振光束基于全内反射的原理被高效率反射至硅基液晶器件上，且不存在光束能量的损失。

4.根据权利要求1、2所述的一种偏振不敏感液晶器件，其特征在于：所述反射镜1可以是针对lcos器件工作波长的标准镀金或镀银或镀铝反射镜，也是可以是有多层电介质材料层叠的电介质反射镜；还可以将具有高反射率的多层电介质薄膜直接镀膜在1/4波片上表面，实现高效率光束反射。

技术总结
本发明公开了一种偏振不敏感液晶器件，硅基液晶器件主体结构包括玻璃前板、液晶层和轨迹背板，所述玻璃前板由偏振分束镜、1/4波片和反射镜等材料组成，硅基液晶器件工作偏振方向为s偏振，入射光束经过偏振分束镜，p偏振态部分直接通过，并经过反射镜2，分配至液晶空间光调制器的一个区域；s偏振态部分反射，经过1/4波片2次和反射镜1，偏振态被转化为p偏振，最终分配至液晶空间光调制器另一个区域；液晶空间光调制器的设计偏振方向为p偏振方向，实现对两束光束的空间调制；被调制后的光束，会再次经过上述结构，在空间上合并，并分别具有不同的偏振态，最终形成对两个偏振态的等效空间光调制。

技术研发人员：杨海宁,李昆,李雪锋
受保护的技术使用者：剑芯光电（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15