一种液晶光学器件、制备方法及其加密应用

本发明涉及光学器件，尤其涉及一种液晶光学器件、制备方法及其加密应用。

背景技术：

1、目前，超级计算、星际卫星和5g/6g通信、虚拟/增强现实和全息显示器不断推动信息技术革命，极大地提升了人类的生活方式和生产方式。爆炸性增长的信息需要新技术来大幅扩展信息传输能力。与此同时，在这样一个信息交流频繁的时代，信息安全和隐私保护至关重要。

2、目前已经开发了各种信息加密策略，包括量子密码学和光学加密。与电信息学相比，光信号具有无限带宽、大规模并行和超低能耗等优点。特别是，光子内在的多维度参量为扩展数据传输能力提供了不同的通道，多维度光也有助于增强信息安全。因此，在光通信中，迫切需要开发一种涉及光的多个参数的信息加密新方法。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种液晶光学器件、制备方法及其加密应用，该液晶光学器件可以克服传统液晶平面光学器件功能单一的局限性，实现三个信道的信息加载，可用于光通信、光加密和全息显示等方面，应用前景广泛。

2、根据本发明的一方面，提供了一种液晶光学器件，包括基板以及位于所述基板一侧层叠设置的光控取向层薄膜和液晶聚合物薄膜；

3、所述光控取向层薄膜具有由两个二值图案和一个全息图案共同编码的控制图形，所述控制图形控制所述液晶聚合物薄膜中液晶分子的排布方式，以使所述液晶光学器件在正交偏光显微镜下直接观察，且改变所述液晶光学器件与起偏器的夹角时，实现两个二值图案的切换，将所述液晶光学器件放在衍射光路中，产生一个全息图案。

4、可选的，所述光控取向层薄膜包括光交联材料、光降解材料和光致顺反异构材料中的至少一种。

5、可选的，所述液晶聚合物薄膜由液晶聚合物单体聚合而成，所述液晶聚合物单体在紫外光照射下发生原位聚合作用，形成聚合物网络结构，保留照射前液晶分子的取向，并且分子聚合完毕后，液晶分子的取向不会被外界作用所改变。

6、可选的，所述光控取向层薄膜的光取向区域分辨率为2μm。

7、可选的，所述液晶聚合物薄膜的厚度大于或等于1.5μm，小于或等于2μm。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种液晶光学器件的制备方法，包括：

9、提供基板；

10、在所述基板一侧形成光控取向层薄膜；

11、在所述光控取向层薄膜背离所述基板的一侧形成液晶聚合物薄膜；

12、其中，所述光控取向层薄膜具有由两个二值图案和一个全息图案共同编码的控制图形，所述控制图形控制所述液晶聚合物薄膜中液晶分子的排布方式，以使所述液晶光学器件在正交偏光显微镜下直接观察，且改变所述液晶光学器件与起偏器的夹角时，实现两个二值图案的切换，将所述液晶光学器件放在衍射光路中，产生一个全息图案。

13、可选的，在所述基板一侧形成光控取向层薄膜之前，还包括：

14、对所述基板的表面进行预处理。

15、可选的，在所述基板一侧形成光控取向膜，包括：

16、在所述基板的一侧旋涂光控取向材料；

17、利用数字微镜装置光控取向系统对所述光控取向材料曝光，形成所述控制图形；

18、在所述光控取向层薄膜背离所述基板的一侧形成液晶聚合物薄膜，包括：

19、在所述光控取向层薄膜背离所述基板的一侧旋涂液晶聚合物材料；

20、利用紫外光照射所述液晶聚合物材料，形成所述液晶聚合物薄膜。

21、根据本发明的又一方面，提供了一种基于上述的液晶光学器件的加密应用，当所述液晶光学器件在正交偏光显微镜下直接观察，改变所述液晶光学器件与起偏器夹角时，实现两个二值图案的切换，将所述液晶光学器件放在衍射光路中，产生一个全息图案，基于以上三个功能，利用光的振幅信息和相位信息实现光学加密。

22、本发明实施例提供的液晶光学器件，包括基板以及位于基板一侧层叠设置的光控取向层薄膜和液晶聚合物薄膜；光控取向层薄膜具有由两个二值图案和一个全息图案共同编码的控制图形，控制图形控制液晶聚合物薄膜中液晶分子的排布方式，以使液晶光学器件在正交偏光显微镜下直接观察，且改变液晶光学器件与起偏器的夹角时，实现两个二值图案的切换，将液晶光学器件放在衍射光路中，产生一个全息图案，实现了对两个独立通道信息的编、解码。与现有技术相比，本发明实施例通过将设计的光学器件作为与互联网上信息分离的物理密钥，将通过相同规则转换的密文插入明文中，可以从网站连续进行解密。结合光的振幅和相位信息，提高了信息加密的安全性和不易窃取能力；基于该液晶光学器件的单像素加密方式，相比于传统的单像素加密技术，避免大量的掩膜图案(即加密密钥和解密密钥)的传输负担和引起窃听者注意的风险，缩减了单像素成像(spi)加密所需信息传输容量，同时大大提升了光学信息加密的安全性和可靠性。

23、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种液晶光学器件，其特征在于，包括基板以及位于所述基板一侧层叠设置的光控取向层薄膜和液晶聚合物薄膜；

2.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，所述基板包括透过率大于或等于85％的柔性基板或刚性基板。

3.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，所述光控取向层薄膜包括光交联材料、光降解材料和光致顺反异构材料中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，所述液晶聚合物薄膜由液晶聚合物单体聚合而成，所述液晶聚合物单体在紫外光照射下发生原位聚合作用，形成聚合物网络结构，保留照射前液晶分子的取向，并且分子聚合完毕后，液晶分子的取向不会被外界作用所改变。

5.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，所述光控取向层薄膜的光取向区域分辨率为2μm。

6.根据权利要求1所述的液晶光学器件，其特征在于，所述液晶聚合物薄膜的厚度大于或等于1.5μm，小于或等于2μm。

7.一种液晶光学器件的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述基板一侧形成光控取向层薄膜之前，还包括：

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述基板一侧形成光控取向膜，包括：

10.一种基于权利要求1～6任一所述的液晶光学器件的加密应用，其特征在于，当所述液晶光学器件在正交偏光显微镜下直接观察，改变所述液晶光学器件与起偏器夹角时，实现两个二值图案的切换，将所述液晶光学器件放在衍射光路中，产生一个全息图案，基于以上三个功能，利用光的振幅信息和相位信息实现光学加密。

技术总结
本发明实施例公开了一种液晶光学器件、制备方法及其加密应用。液晶光学器件包括基板以及位于基板一侧层叠设置的光控取向层薄膜和液晶聚合物薄膜；光控取向层薄膜具有由两个二值图案和一个全息图案共同编码的控制图形，控制图形控制液晶聚合物薄膜中液晶分子的排布方式，以使液晶光学器件在正交偏光显微镜下直接观察，且改变液晶光学器件与起偏器的夹角时，实现两个二值图案的切换，将液晶光学器件放在衍射光路中，产生一个全息图案。本发明实施例的技术方案，对光的相位和振幅两个自由度进行独立编码，其制备工艺简单，损伤阈值高，可用于光通信、光加密和全息显示等方面，应用前景广泛。

技术研发人员：胡伟,王光耀,徐春庭,谭庆贵,申彦春
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15