CN101793555B - 电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属电光功能材料和光通讯领域，具体涉及一种电调谐全息聚合物分散液晶Bragg体光栅单色仪，由输入光纤接头，准直透镜，HPDLCBragg体光栅，电驱动控制开关，驱动信号源，输出聚焦镜，输出端光纤接头及透射光吸收管构成。本发明用由全息聚合物分散液晶(HPDLC)制备的高效率Bragg体光栅取代常规平面光栅，实现波长选择的电调谐，无需常规平面光栅单色仪的机械调谐机构。同时可以实现微型化及计算机控制。本发明避免了平面(刻划)光栅表面受潮发霉或因表面不清洁而使其衍射效率严重下降的问题，能延长系统使用寿命。可用作电调谐可变分束器或光开关，或用于光通讯领域。
Description
技术领域
本发明属电光功能材料和光通讯领域，具体涉及一种电调谐全息聚合物分散液晶布拉格（Bragg）体光栅单色仪。
背景技术
目前广泛应用的常规平面光栅单色仪的分辨率与所采用的衍射光栅的刻划总数成正比。因而光栅面越大,光栅周期越小,则系统分辨率越高。因此为确保一定的分辨率,常规平面光栅单色仪的体积不可能减得很小。同时,实践中，对衍射光栅表面洁净度要求非常高,不能有粘染,否则其衍射效率会严重下降。另外,其波长选择是通过机械鼓轮的转动带动光栅面转动实现的.因而系统结构较为庞大,复杂,而且存在螺距误差。
全息布拉格体光栅就是在透明介质材料,如玻璃,聚合物材料中,通过全息的方法使体材料的折射率形成具有正弦形式的周期调制。其布拉格矢量平行于材料表面,而等折射率面则垂直于体表面。入射光线方向,光栅体法线,及布拉格矢量三线共面为入射面。
全息布拉格体光栅具有很高的衍射效率,满足布拉格条件的入射光线理论上衍射效率可达100%。在确定的入射角下,波长为λ入射光线的衍射效率极大值与布拉格体光栅的折射率调制深度(Δn)相关,两者成线性关系，因此通过改变布拉格体光栅的折射率调制深度(Δn)就可实现最大衍射的波长选择。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪。
本发明的前期研究通过全息光致聚合的方法在聚合物分散液晶(PDLC)混和体系中实现液晶和聚合物的相分离,形成周期结构的液晶和聚合物相间的层状结构，提供了全息聚合物分散液晶(HPDLC)布拉格体光栅。该结构存在于两面导电玻璃之间，由于液晶的平均折射率与聚合物折射率之间存在差异,因而形成折射率的周期调制。在液晶层中,光致聚合过程导致液晶分子主要沿布拉格矢量方向排列,即平行于前后面的导电玻璃。当在两导电玻璃之间施加一定幅度的交流电压信号,液晶分子将趋向于沿光栅体法线方向(即垂直)排列.其程度取决于电压信号的有效幅值。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
采用由全息聚合物分散液晶(HPDLC)制备的高效率布拉格体光栅取代常规平面光栅,构建单色仪,实现波长选择的电调谐。所述的单色仪由输入光纤接头(1),准直透镜(2),全息聚合物分散液晶布拉格体光栅(3),电驱动控制开关(4),驱动信号源(5),输出聚焦镜(6),输出端光纤接头(7),及透射光吸收管(8)构成。当光线由输入光纤接头(1)导引进入光谱仪,经由准直透镜(2)准直,以与光栅表面法线成一定角度入射全息布拉格体光栅(3).若该入射角使某一波长(λ)满足布拉格条件,则该波长的光线将被全息布拉格体光栅(3)最大地衍射,以与光栅法线成同样的角度(与入射光线位于法线同侧)出射。若将光栅电驱动控制开关(4)接通,使驱动信号源(5)接入布拉格体光栅(3)的两电极,随着驱动信号源(5)的有效幅值的改变,布拉格体光栅(3)内的折射率调制深度(Δn)将随之改变,从而使满足布拉格条件的波长发生改变。在出射方向上相应的最大衍射波长也将随之改变,实现波长调谐。整个过程只有电驱动信号的工作,不存在机械部件的运动。输出聚焦镜(6)将衍射光收集并汇聚到输出端光纤接头(7),从(7)输出。对于不满足布拉格条件的光线,其主要强度将透射布拉格体光栅(3),被透射光吸收管(8)所收集,以消除系统内杂散光.电驱动控制开关(4)和驱动信号源(5)均可由计算机控制,以实现波长调谐的自动化或智能化。
本发明中，全息聚合物分散液晶(HPDLC)制备的高效率布拉格体光栅,其前后表面可以镀宽带增透膜以减少反射损耗。
所述的高效率全息聚合物分散液晶布拉格体光栅,可以采用透射式或反射式体光栅。
本发明中，所述的准直透镜(2)和输出聚焦镜(6)可采用消象差透镜组或凹面射镜。
本发明中，所述的输入光纤接头(1)和输出端光纤接头(7)也可以采用小孔光阑,或狭缝光阑.
本发明中，液晶层分子排列方向在电压驱动下的改变,将导致在布拉格入射角下的光线所经受的折射率的改变,从而改变布拉格体光栅的折射率调制深度(Δn).因此可以通过施加相应幅度的驱动电压以实现最大衍射波长的电调谐,而无需机械运动部件。
另外,全息布拉格体光栅的分辨力不受光栅尺寸大小影响,只要求入射光准直.因而全息布拉格体光栅单色仪可以使系统体积大幅度缩小。首先是光栅体积大幅缩小,光束尺寸也相应地减小。全息聚合物分散液晶布拉格体光栅的驱动电压信号可以由计算机进行控制,从而实现单色仪系统的智能化控制。
本发明中，由于布拉格体光栅是密封在两层导电玻璃之间,表面不会受环境气份影响,并且可以擦拭,从而避免了平面(刻划)光栅表面受潮发霉或因表面不清洁而使其衍射效率严重下降的问题,从而延长系统使用寿命.
由于电调谐是连续的,因此,本发明也可用作连续可变分束器用于单色光中,或作为光开关用于光通讯领域。
为了便于理解，以下将通过具体的实施方式对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，这些描述仅仅是示例性的描述，并不构成对本发明范围的限制。
附图说明
图1为本发明电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪结构示意图，其中，附图标记与部件的对应关系如下：
1，输入光纤接头；2，准直透镜；3，全息聚合物分散液晶布拉格体光栅；4，电驱动信号源；5，驱动信号源；6，输出聚焦镜；7，输出端光纤接头；8，透射光吸收管。
具体实施方式
实施例1
采用的全息聚合物分散液晶(HPDLC)制备的高效率布拉格体光栅,光栅整体厚度小于2mm,光栅面积为5×5mm2，光栅周期1.1μm。当光线由输入光纤接头(1)导引进入光谱仪,经由准直透镜(2)准直,以与光栅表面法线成一定角度入射全息布拉格体光栅(3).若该入射角使某一波长(λ)满足布拉格条件,则该波长的光线将被全息布拉格体光栅(3)最大地衍射,以与光栅法线成同样的角度(与入射光线位于法线同侧)出射。结果如图1中光路图所示。若将光栅电驱动控制开关(4)接通,使驱动信号源(5)接入布拉格体光栅(3)的两电极,随着驱动信号源(5)的有效幅值的改变,布拉格体光栅(3)内的折射率调制深度(Δn)将随之改变,从而使满足布拉格条件的波长发生改变。在出射方向上相应的最大衍射波长也将随之改变,实现波长调谐。整个过程只有电驱动信号的工作,不存在机械部件的运动。输出聚焦镜(6)将衍射光收集并汇聚到输出端光纤接头(7),从(7)输出。对于不满足布拉格条件的光线,其主要强度将透射布拉格体光栅(3),被透射光吸收管(8)所收集,以消除系统内杂散光.电驱动控制开关(4)和驱动信号源(5)均可由计算机控制,以实现波长调谐的自动化或智能化。试验结果显示，本显示仪对入射的He-Ne光(波长632.8nm)在15.3°时有最大衍射效率,其值为92%.系统准直光束直径小于1mm。当对其施加50Hz的交流电压信号,衍射效率可以在92%和3%之间实现连续调节。
Claims (6)
1.电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪，其特征在于，由输入光纤接头(1),准直透镜(2),高效率全息布拉格体光栅(3),电驱动控制开关(4),驱动信号源(5),输出聚焦镜(6),输出端光纤接头(7),及透射光吸收管(8)构成，其中，所述的输入光纤接头导引光线进入光谱仪,所述的高效率全息布拉格体光栅根据波长入射角衍射光线，驱动信号源由电驱动控制开关接通所述高效率全息布拉格体光栅的两电极，通过对所述光栅施加的电信号的大小选择系统波长,波长调谐无机械运动部件。
2.根据权利要求1所述的电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪，其特征在于，所述的高效率全息布拉格体光栅为由全息聚合物分散液晶制备的布拉格体光栅,光栅前后表面镀宽带增透膜。
3.根据权利要求1或2所述的电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪，其特征在于，所述的高效率布拉格体光栅采用透射式或反射式体光栅。
4.根据权利要求1所述的电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪，其特征在于，所述的准直透镜或输出聚焦镜采用消象差透镜组或凹面射镜。
5.根据权利要求1所述的电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪，其特征在于，所述的输入光纤接头或输出端光纤接头采用小孔光阑或狭缝光阑。
6.根据权利要求1所述的电调谐全息聚合物分散液晶布拉格体光栅单色仪，其特征在于，所述的对光栅施加的电信号为50Hz的交流电压信号。
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