【摘要】：主動(dòng)式液晶偏振光柵是液晶分子沿基板平面,每個(gè)光柵周期可實(shí)現(xiàn)液晶分子指向漸變式旋轉(zhuǎn)180°的可電控的光柵器件。該光柵制備原理簡單,成型方式快捷,理論的偏轉(zhuǎn)效率可達(dá)到100%,在光學(xué)成像、激光通信、激光雷達(dá)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。然而目前國內(nèi)對于液晶偏振光柵的制備研究尚未見報(bào)道,需要投入人力、物力來填補(bǔ)國內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白。為了響應(yīng)這一需求,本文研究了主動(dòng)式液晶偏振光柵的制備研究這一課題。本文探索了主動(dòng)式液晶偏振光柵衍射效率低的內(nèi)在原因,是由于液晶分子的排列存在缺陷。歸納總結(jié)出以下三點(diǎn):第一,本論文探究了臨界厚度對主動(dòng)式液晶偏振光柵厚度的制約作用。定義了臨界厚度是指保證有效區(qū)域內(nèi)全部液晶分子可以理想取向的最大液晶盒厚度。實(shí)驗(yàn)歸納和總結(jié)出臨界厚度存在這一既定結(jié)論。在強(qiáng)錨定情況下,本文定量化地研究了臨界厚度的約束條件。為制備液晶盒時(shí)厚度上限的界定提供了理論分析和依據(jù),有效地解釋了制備小周期液晶偏振光柵時(shí)良品率低的原因。第二,針對制備液晶盒的過程中,厚度誤差無法避免這一問題,本論文定量化地研究了厚度誤差對衍射效率的影響。為了減弱這種影響,本文制備出雙折射?n依次增大的系列向列相的混合液晶,提出通過替換液晶材料和施加電壓驅(qū)動(dòng)液晶分子兩種方式改變液晶的雙折射,進(jìn)而分別實(shí)現(xiàn)光延遲與液晶盒厚度的粗匹配和精確匹配。利用此方式,主動(dòng)式液晶偏振光柵的衍射效率可提升至94.4%。但由此引出新的問題:同一片主動(dòng)式液晶偏振光柵,不同位置的最佳微調(diào)電壓存在差異;第三,上面所述的問題,會(huì)極大地降低主動(dòng)式液晶偏振光柵的適用性和實(shí)用性。為此,本文定量地討論了記錄光不理想對衍射效率的影響。研究發(fā)現(xiàn),記錄光為非等光強(qiáng)正交圓偏振光時(shí),衍射效率與液晶盒厚度的匹配關(guān)系發(fā)生改變。并以此為依據(jù),提出高斯光束整形和擴(kuò)大光束口徑的解決方案。本文除了對衍射效率低的原因和解決方案進(jìn)行了探究外,也從理論層面,推導(dǎo)出主動(dòng)式液晶偏振光柵具有100%的衍射效率、大角度的偏轉(zhuǎn)、可調(diào)制偏振態(tài)等光學(xué)特性的理論解釋。以及給出了詳盡的主動(dòng)式液晶偏振光柵的制備流程,并提出一系列的制備規(guī)范、設(shè)計(jì)了一套簡單有效的評估環(huán)境振動(dòng)的方法和標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了對微弱環(huán)境振動(dòng)的可視化。本論文中的研究結(jié)論為國內(nèi)主動(dòng)式液晶偏振光柵的實(shí)用化進(jìn)程奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【圖文】：

對液晶分子取向的圖案化設(shè)計(jì)——利用光控取向先設(shè)計(jì)的圖案排列，形成周期化的折射率差異（趙晨，2012）。統(tǒng)的液晶相位光柵，液晶偏振光柵是利用調(diào)制入射光。該光柵形成周期性折射率差異分布的方法屬于用對偏振敏感的光控取向材料全息曝光實(shí)現(xiàn)液晶分性取向。2004 年，美國布朗大學(xué)的 James 首次利用光得到液晶偏振光柵（G. P. Crawford 等，2005）。G 的示意過程。通過重復(fù)圖中的旋涂液晶和紫外固近預(yù)期值，實(shí)現(xiàn)特定的光延遲。圖 1.1 中所制備的的是單玻璃基底以及完全固化取向的聚合物液晶，式進(jìn)行調(diào)制。這種無源的液晶光柵器件，被稱為被

主動(dòng)式液晶偏振光柵的制備研究應(yīng)的是本論文的研究對象——主動(dòng)式液晶偏振光柵異性和光學(xué)各向異性的向列相液晶特定取向于兩塊間，液晶分子取向沿基板平面周期性排布，在一個(gè)了180°，進(jìn)而形成的光柵。圖 1.2 是其幾何結(jié)構(gòu)示述，在大角度偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，LCPGs 是以多片級聯(lián)的較于被動(dòng)式可以有效地減少每一級的光學(xué)器件數(shù)，同時(shí)由于制備被動(dòng)式液晶偏振光柵對環(huán)境要求很高要求�；谶@兩點(diǎn)，本文并未對被動(dòng)式液晶偏振光中所表述的液晶偏轉(zhuǎn)光柵，如無特別指出，都統(tǒng)一。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2707865