一种矢量光束旋转器、制备方法及矢量光束旋转装置

本发明涉及胆甾相液晶和矢量光束，尤其涉及一种矢量光束旋转器、制备方法及矢量光束旋转装置。

背景技术：

1、胆甾矢量光束具有空间不均匀的线偏振分布，在超分辨显微、光通信和光信息处理等领域有广泛的应用。矢量光束的旋转变换是指光束横截面的线偏振方向发生同步旋转，形成具有另一种偏振分布的矢量光束，例如从径向偏振转变为角向偏振。这一变换对上述应用极具意义。

2、现有技术中，矢量光束的旋转变换主要基于法拉第旋光器、非线性光学器件或超材料器件。这些方法面临设备复杂、旋转变换范围窄、加工难度高等问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种矢量光束旋转器、制备方法及矢量光束旋转装置，以提高矢量光束旋转变换的器件集成度、变换范围和操作简便性，并实现动态可控功能。

2、根据本发明的一方面，提供了一种矢量光束旋转器，包括相对设置的第一基板、第二基板以及设置于所述第一基板与所述第二基板之间的胆甾相液晶层；

3、其中，所述第一基板朝向所述第二基板的一侧设置有第一取向层，所述第二基板朝向所述第一基板的一侧设置有第二取向层；所述第一取向层、所述第二取向层具备相同的均匀取向方向，所述第一取向层和所述第二取向层分别控制与所述第一取向层和所述第二取向层相邻的液晶分子指向矢均匀平行排列，所述胆甾相液晶层呈螺旋排列，所述胆甾相液晶层所形成的布拉格反射带的短波带边邻域包含所述矢量光束旋转器的工作波长。

4、可选的，所述第一取向层和所述第二取向层均为光控取向层。

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

6、可选的，所述胆甾相液晶层包括非手性向列相液晶主体和手性掺杂剂，所述手性掺杂剂使所述非手性向列相液晶主体呈螺旋排列。

7、可选的，所述手性掺杂剂包括左旋掺杂剂或右旋掺杂剂，所述手性掺杂剂使所述非手性向列相液晶主体呈左旋或右旋排列。

8、可选的，还包括位于所述第一基板和所述第二基板之间的间隔材料，所述间隔材料用于支撑所述第一基板和所述第二基板，形成所述胆甾相液晶层的填充空间；

9、其中，沿垂直所述第一基板和所述第二基板的方向，所述间隔材料的延伸长度大于或者等于所述胆甾相液晶层中液晶分子螺距的150倍。

10、可选的，所述间隔材料包括聚酯薄膜。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种矢量光束旋转器的制备方法，用于制备上述的矢量光束旋转器，所述制备方法包括：

12、提供第一基板、第二基板，所述第一基板和所述第二基板相对设置；

13、在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧形成第一取向层，在所述第二基板朝向所述第一基板的一侧形成第二取向层；

14、在所述第一基板和所述第二基板之间制备胆甾相液晶层，形成矢量光束旋转器；

15、其中，所述第一取向层、所述第二取向层具备相同的均匀取向方向，所述第一取向层和所述第二取向层分别控制与所述第一取向层和所述第二取向层相邻的液晶分子指向矢均匀平行排列，所述胆甾相液晶层呈螺旋排列，所述胆甾相液晶层所形成的布拉格反射带的短波带边邻域包含所述矢量光束旋转器的工作波长。

16、可选的，在所述第一基板和所述第二基板之间制备胆甾相液晶层之前，还包括：

17、在所述第一基板和所述第二基板之间形成间隔材料；

18、其中，沿垂直所述第一基板和所述第二基板的方向，所述间隔材料的延伸长度大于或者等于所述胆甾相液晶层中液晶分子螺距的150倍。

19、根据本发明的又一方面，提供了一种矢量光束旋转装置，包括沿光轴依次设置的激光光源、偏振片、半波片、q波片、如上所述的矢量光束旋转器、检偏片以及接收屏；

20、所述激光光源用于产生激光光束，所述偏振片用于将所述激光光束变成线偏振光，所述半波片用于将所述线偏振光转变为任意指定偏振方向的线偏振光，所述q波片用于产生矢量光束；

21、所述矢量光束以预设入射角照射在所述矢量光束旋转器上，入射矢量光束的偏振方向发生受入射角控制的同步旋转，转化为具有另一种偏振分布的矢量光束；

22、输出的矢量光束经过所述检偏片透射后由所述接收屏接收，形成检偏后的光斑图案；

23、其中，所述矢量光束旋转装置还包括旋转位移台，所述旋转位移台用于带动所述矢量光束旋转器旋转，以改变入射角。

24、本发明实施例提供的矢量光束旋转器，包括相对设置的第一基板、第二基板以及设置于第一基板与第二基板之间的胆甾相液晶层；其中，第一基板朝向第二基板的一侧设置有第一取向层，第二基板朝向第一基板的一侧设置有第二取向层；第一取向层、第二取向层具备相同的均匀取向方向，第一取向层和第二取向层分别控制与第一取向层和第二取向层相邻的液晶分子指向矢均匀平行排列，胆甾相液晶层呈螺旋排列，胆甾相液晶层所形成的布拉格反射带的短波带边邻域包含矢量光束旋转器的工作波长。波长位于胆甾相液晶布拉格反射带的短波带边邻域内的矢量光束，传播透过胆甾相液晶层，其横截面上不均匀的线偏振将发生同步、同角度增量的旋转，旋转的程度由光束的入射角控制。通过机械转动矢量光旋转器，形成不同的入射角，出射矢量光束将发生不同程度的旋转变换，其可调范围至少覆盖一个周期，即局部线偏振方向的旋转角度从0°到180°连续调节。本发明实施例提供的基于胆甾相液晶的矢量光束旋转器，可以显著提高矢量光束旋转变换的器件集成度、变换范围和操作简便性，并实现动态可控功能。

25、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：

1.一种矢量光束旋转器，其特征在于，包括相对设置的第一基板、第二基板以及设置于所述第一基板与所述第二基板之间的胆甾相液晶层；

2.根据权利要求1所述的矢量光束旋转器，其特征在于，所述第一取向层和所述第二取向层均为光控取向层。

3.根据权利要求2所述的矢量光束旋转器，其特征在于，所述光控取向层包括光交联材料、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所述的矢量光束旋转器，其特征在于，所述胆甾相液晶层包括非手性向列相液晶主体和手性掺杂剂，所述手性掺杂剂使所述非手性向列相液晶主体呈螺旋排列。

5.根据权利要求4所述的矢量光束旋转器，其特征在于，所述手性掺杂剂包括左旋掺杂剂或右旋掺杂剂，所述手性掺杂剂使所述非手性向列相液晶主体呈左旋或右旋排列。

6.根据权利要求1所述的矢量光束旋转器，其特征在于，还包括位于所述第一基板和所述第二基板之间的间隔材料，所述间隔材料用于支撑所述第一基板和所述第二基板，形成所述胆甾相液晶层的填充空间；

7.根据权利要求6所述的矢量光束旋转器，其特征在于，所述间隔材料包括聚酯薄膜。

8.一种矢量光束旋转器的制备方法，用于制备权利要求1～7任一所述的矢量光束旋转器，其特征在于，所述制备方法包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述第一基板和所述第二基板之间制备胆甾相液晶层之前，还包括：

10.一种矢量光束旋转装置，其特征在于，包括沿光轴依次设置的激光光源、偏振片、半波片、q波片、如权利要求1～7任一所述的矢量光束旋转器、检偏片以及接收屏；

技术总结
本发明实施例公开了一种矢量光束旋转器、制备方法及矢量光束旋转装置。矢量光束旋转器包括相对设置的第一基板、第二基板以及设置于第一基板与第二基板之间的胆甾相液晶层；其中，第一基板朝向第二基板的一侧设置有第一取向层，第二基板朝向第一基板的一侧设置有第二取向层；第一取向层、第二取向层具备相同的均匀取向方向，控制与第一取向层和第二取向层相邻液晶分子指向矢均匀平行排列，胆甾相液晶层呈螺旋排列，胆甾相液晶层所形成的布拉格反射带的短波带边邻域包含矢量光束旋转器的工作波长。本发明实施例的技术方案，可以提高矢量光束旋转变换的器件集成度、变换范围和操作简便性，并实现动态可控功能。

技术研发人员：陈鹏,张逸恒,张智峰,胡伟,陆延青,葛士军
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