CN101881902A - 振幅型光寻址液晶光阀装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于1053nm线偏振光调制的振幅型光寻址液晶光阀装置及其制备方法，该装置的构成包括计算机控制的写入光装置、成像透镜、二向分色镜、起偏器、液晶盒、检偏器和位相板，主要是将写入光经过计算机控制的振幅型器件的二元光强分布通过成像透镜成像在液晶盒的光导层上，由于光导层电阻随光强增大而减小并且与液晶层呈串联结构、两者总电压保持不变，液晶盒的液晶层上出现对应的二元电压分布，再通过设置液晶盒前后的起偏器、检偏器的偏振方向，可对所述的待调制的1053nm线偏振光进行调制，在输出面又设置位相板对相位进行补偿，本发明具有主动、实时、无位相畸变的优点。

Description

振幅型光寻址液晶光阀装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及光束整形，特别是一种用于1053nm线偏振光调制的振幅型光寻址液晶光阀装置及其制备方法。

背景技术

采用振幅型二元光学面板可以实现激光光束的空间整形，其主要是通过控制二元光学面板上的二元透过率分布(各个象素的透射率或者是0或者是1)，来实现激光光束的不同部位的强度透射率调节。工艺上是按如下方法实现透过率为0或1的：若某像素的透过率要求为0，则在该位置处镀高反膜；若某像素的透过率要求为1，则在该位置处镀增透膜。这种技术引入的附加位相很小，但最大的问题是主动、实时性很差，当空间整形的要求有所改变时，必须另外制作相应的二元光学面板，通常制作周期较长。而现有的薄膜晶体管液晶空间光调制器(Thin Film TransistorLiquid Crystal Spatial light modulator，以下简称TFT LC-SLM)可进行二元振幅调制，但由于薄膜晶体管的不透光，造成其开口率很低，而且振幅调制时伴随有位相畸变。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术振幅型二元光学面板进行光学整形的主动、实时性差和TFT LC-SLM开口率低、有位相畸变的问题，提供一种用于1053nm线偏振光的振幅型光寻址液晶光阀装置及其制备方法，该装置在功能上不仅可以取代原有的振幅型二元光学面板，而且可以根据光束整形的需要，实时调整其二元透过率分布，亦可用于其他振幅型光束整形的场合，实现小相位畸变的光学整形。

本发明的主要思想：

一种振幅型光寻址液晶光阀装置，主要是将写入光经过计算机控制的振幅型器件的二元光强分布通过成像透镜成像在液晶盒的光导层上，由于光导层电阻随光强增大而减小并且与液晶层呈串联结构、两者总电压保持不变，液晶盒的液晶层上出现对应的二元电压分布，再通过设置液晶盒前后的起偏器、检偏器的偏振方向，可对所述的待调制的1053nm线偏振光进行调制，在输出面又设置位相板对相位进行补偿。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于调制1053nm线偏振光的振幅型光寻址液晶光阀，特点在于其构成包括由计算机控制的写入光装置和1053nm线偏振光入射窗口，所述的写入光装置输出的写入光具有像素结构的二元强度分布，所述的写入光装置输出的写入光依次经过成像透镜和二向分色镜，该二向分色镜与所述的写入光的方向和所述的1053nm线偏振光的入射方向均成45°，该二向分色镜对所述的写入光全反而对1053nm线偏振光全透，在该二向分色镜的反射光和透射光方向依次有起偏器、液晶盒、检偏器和位相板，所述的液晶盒的结构沿光的入射方向依次是：第一透明导电膜、光导层、第一液晶取向层、液晶层、第二液晶取向层、第二透明导电膜和玻璃基板，所述的第一透明导电膜和第二透明导电膜之间连接一台交流稳压电源，所述的写入光的二元强度分布经所述的成像透镜和二向分色镜后成像在所述的液晶盒的光导层中。

所述的写入光装置由写入光源和振幅型器件构成，有两种结构：

①由写入光源和透射式振幅型器件构成，写入光源发出的光束均匀照射所述的透射式振幅型器件透射输出呈二元强度分布的光束；

②由写入光源和反射式振幅型器件构成，写入光源发出的光束均匀照射所述的反射式振幅型器件上反射输出呈二元强度分布的光束。

所述的透射式振幅型器件是与计算机相连的由相应的软件控制的薄膜晶体管液晶空间光调制器，以产生所需要的二元透过率0或1的分布。

所述的反射式振幅型器件是与计算机相连的由相应的软件控制的硅基板液晶空间光调制器或数字微透镜设备，以产生所需要的二元反射率0或1的分布。

所述的起偏器的偏振方向与所述的1053nm线偏振光的偏振方向平行，所述的检偏器的偏振方向与所述的起偏器的偏振方向互相垂直或互相平行。

所述的液晶层的厚度满足如下条件：

液晶层为90度扭曲向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系： $2\mathrm{d\Δn}=\sqrt{3}\mathrm{\λ};$

或液晶层为向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：2dΔn＝λ，其中：λ为待调制的线偏振光的波长1053nm。

所述的液晶盒的第一透明导电膜和第二透明导电膜对1053nm线偏振光的透过率≥70％。

所述的液晶盒的光导层材料应满足：

①电导率随写入光光强的增大而增大，而与待调制的1053nm线偏振光的光强大小无关；

②对1053nm线偏振光的透过率≥65％。

所述的振幅型光寻址液晶光阀的制备方法，包括下列步骤：

①确定写入光装置：

根据待调制的1053nm线偏振光，确定液晶盒中的光导层的材料，进而确定写入光源的波长；选定透射式振幅型器件或反射式振幅型器件；根据调制的1053nm线偏光输出波形(光场分布)的特性编制或修改计算机控制软件，以使写入光光源通过所述的振幅型器件产生所需要的二元强度分布的写入光束。

②根据待调制的1053nm线偏振光和写入光源的波长制备或挑选所述的二向分色镜：在写入光入射的一面对写入光增反、对1053nm线偏振光增透；在1053nm线偏振光入射的一面对1053nm线偏振光增透；

③制备液晶盒：

液晶层的厚度必须满足：

当液晶层为90度扭曲向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系： $2\mathrm{d\Δn}=\sqrt{3}\mathrm{\λ};$

当液晶层为向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：2dΔn＝λ，其中：λ为待调制的线偏振光的波长1053nm；

第一液晶取向层和第二液晶取向层的材料为聚酰亚胺，第一液晶取向层和第二液晶取向层的方向由所述的液晶层的类型确定：

当液晶层为90度扭曲向列型，第一液晶取向层的方向任意，第二液晶取向层的方向与所述的第一液晶取向层的方向互相垂直；

当液晶层为向列型，第一液晶取向层的方向相对于所述的起偏器的偏振方向成45度夹角，第二液晶取向层的方向与所述的第一液晶取向层的方向互相平行；

所述的第一透明导电膜和第二透明导电膜对1053nm线偏振光的透过率≥70％，材料为氧化铟锡(简称ITO)；

所述的光导层的电导率随写入光光强的增大而增大，而与入射的1053nm线偏光的光强大小无关；该光导层对1053nm线偏振光的透过率≥65％，该光导层的材料为硅酸铋(简称BSO)或聚乙烯基咔唑(简称PVK)；

④所述的交流稳压电源：频率范围为100Hz-1000Hz，其工作电压大小按以下原则确定：当液晶盒的光导层上无写入光照射时，液晶盒的液晶层上的分压小于所述的液晶层的阈值电压V_th；液晶盒的光导层上有写入光照射时，液晶盒的液晶层上的分压大于液晶层的饱和电压V_sat，V_th和C_sat通过实验方法确定；

⑤所述的位相板的制备：

当所述的检偏器的偏振方向与所述的起偏器的偏振方向互相平行：

设置所述的透射式振幅型器件的各像素的透过率均为1或反射式振幅型器件的各像素的反射率均为1，写入光通过成像透镜、二向分色镜成像于液晶盒的光导层中，打开液晶盒的交流稳压电源的开关，1053nm线偏振平面波从所述的入射窗口正入射，在所述的检偏器后测量其位相分布phase(x，y)，则所述的位相板的位相分布为2π-phase(x，y)。

当所述的检偏器的偏振方向与所述的起偏器的偏振方向互相垂直：

关闭所述的写入光源，1053nm线偏振平面波从所述的入射窗口正入射，在所述的检偏器后测量其位相分布phase(x，y)，则所述的位相板的位相分布为2π-phase(x，y)。

⑥按上述的振幅型光寻址液晶光阀的光路结构安装各元部件，保障所述的写入光经所述的成像透镜和二向分色镜后成像在所述的液晶盒的光导层，所述的起偏器的偏振方向与所述的1053nm线偏振光的偏振方向平行，所述的检偏器的偏振方向与所述的起偏器的偏振方向互相垂直或互相平行；设置所述的液晶盒时，应确保第一液晶取向层的方向相对于所述的起偏器的偏振方向正确，调整所述的交流稳压电源，选择合适的工作频率和工作电压。

本发明的优点：

1，与原有的振幅型二元光学面板相比，本发明具有主动、实时性。

2，TFT LC-SLM可进行二元振幅调制，但由于薄膜晶体管的不透光，造成其开口率很低，而本发明振幅型光寻址液晶光阀的开口率很高。

附图说明

图1是本发明用于调制1053nm线偏振光的振幅型光寻址液晶光阀的结构示意图。

图2是本发明所述的写入光装置(1)的透射式结构示意图。

图3是本发明所述的写入光装置(1)的反射式结构示意图。

图4是本发明液晶盒6的结构示意图。

图5是为测试所述的液晶层(64)的阈值电压、饱和电压制备的特殊结构。

图6是用于设计位相板的实验结构示意图。

图7是本发明液晶盒的等效电路图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明用于调制1053nm线偏振光的振幅型光寻址液晶光阀的结构示意图，由图可见，本发明用于调制1053nm线偏振光的振幅型光寻址液晶光阀，构成包括由计算机控制的写入光装置1和1053nm线偏振光入射窗口9，所述的写入光装置1输出的写入光具有像素结构的二元强度分布，所述的写入光装置1输出的写入光依次经过成像透镜3和二向分色镜4，该二向分色镜4与所述的写入光的方向和所述的1053nm线偏振光的入射方向均成45°，该二向分色镜4对所述的写入光全反而对1053nm线偏振光全透，在该二向分色镜4的反射光和透射光方向依次有起偏器5、液晶盒6、检偏器7和位相板8，所述的液晶盒6的结构沿光的入射方向依次是：第一透明导电膜61、光导层62、第一液晶取向层63、液晶层64、第二液晶取向层65、第二透明导电膜66和玻璃基板67，所述的第一透明导电膜61和第二透明导电膜66之间连接一台交流稳压电源68，所述的写入光的二元强度分布经所述的成像透镜3和二向分色镜4后成像在所述的液晶盒6的光导层62中，所述的起偏器6的偏振方向与所述的1053nm线偏振光的偏振方向平行，所述的检偏器7的偏振方向与所述的起偏器6的偏振方向互相垂直或互相平行。

所述的写入光装置1由写入光源11和振幅型器件构成，有两种结构：

①由写入光源11和透射式振幅型器件12构成，如图2所示，写入光源11发出的光束均匀照射所述的透射式振幅型器件12透射输出呈二元强度分布的光束；

②由写入光源11和反射式振幅型器件13构成，如图3所示，写入光源11发出的光束均匀照射所述的反射式振幅型器件13反射输出呈二元强度分布的光束。

所述的透射式振幅型器件12是与计算机(图中未画)相连的，由相应的计算机软件控制的薄膜晶体管液晶空间光调制器(Thin Film Transistor Liquid CrystalSpatial light modulator，简称TFT LC-SLM)，以产生所需要的二元透过率0或1的分布。

所述的反射式振幅型器件13是与计算机(图中未画)相连的，由相应的计算机软件控制的硅基板液晶空间光调制器(Liquid Crystal on Silicon Liquid CrystalSpatial light modulator，以下简称LCoS LC-SLM)或数字微透镜设备(DigitalMicromirror Device，以下简称DMD)，以产生所需要的二元反射率0或1的分布。

所述的液晶层64的厚度满足如下条件：

液晶层64为90度扭曲向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：

$2\mathrm{d\Δn}=\sqrt{3}\mathrm{\λ};$

或液晶层64为向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：2dΔn＝λ，其中：λ为待调制的线偏振光的波长1053nm。

所述的液晶盒6的第一透明导电膜61和第二透明导电膜66对1053nm线偏振光的透过率≥70％。

所述的液晶盒6的光导层62材料应满足：

①电导率随写入光光强的增大而增大，而与待调制的1053nm线偏振光的光强大小无关；

②对1053nm线偏振光的透过率≥65％。

所述的振幅型光寻址液晶光阀的制备方法，其特征在于包括下列步骤：

①确定写入光装置1：

根据待调制的1053nm线偏光，确定液晶盒中的光导层的材料，进而确定写入光源11的波长；选定透射式振幅型器件12或反射式振幅型器件13；根据调制的1053nm线偏光输出波形的特性编制或修改计算机控制软件，以使写入光光源11通过所述的透射式振幅型器件12或反射式振幅型器件13产生所需要的二元强度分布的写入光束。

②根据待调制的1053nm线偏振光和写入光源11的波长制备或挑选所述的二向分色镜4：在写入光入射的一面对写入光增反、对1053nm线偏振光增透；在1053nm线偏振光入射的一面对1053nm线偏振光的增透；

③制备液晶盒6：

液晶层64的厚度满足：

当液晶层64为90度扭曲向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：

$2\mathrm{d\Δn}=\sqrt{3}\mathrm{\λ};$

当液晶层64为向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：2dΔn＝λ，其中：λ为待调制的线偏振光的波长1053nm；

第一液晶取向层63和第二液晶取向层65的材料为聚酰亚胺，第一液晶取向层63和第二液晶取向层65的方向由所述的液晶层64的类型确定：

当液晶层64为90度扭曲向列型，第一液晶取向层63的方向任意，第二液晶取向层65的方向与所述的第一液晶取向层63的方向互相垂直；

当液晶层64为向列型，第一液晶取向层63的方向相对于所述的起偏器5的偏振方向成45度夹角，第二液晶取向层65的方向与所述的第一液晶取向层63的方向互相平行；

所述的第一透明导电膜61和第二透明导电膜66对1053nm线偏振光的透过率≥70％，材料可为氧化铟锡(简称ITO)；

所述的光导层62的电导率随写入光光强的增大而增大，而与入射的1053nm线偏光的光强大小无关；该光导层62对1053nm线偏光的透过率≥65％，该光导层62的材料可为硅酸铋(简称BSO)或聚乙烯基咔唑(简称PVK)；

④所述的交流稳压电源68；频率范围为100Hz-1000Hz，其工作电压大小按以下原则确定：当液晶盒的光导层62上无写入光照射时，液晶盒的液晶层64上的分压小于所述的液晶层64的阈值电压V_th；液晶盒的光导层62上有写入光照射时，液晶盒的液晶层64上的分压大于液晶层64的饱和电压V_sat，V_th和V_sat通过实验方法确定；

⑤所述的位相板8的制备：

当所述的检偏器的偏振方向与所述的起偏器的偏振方向互相平行：

设置所述的透射式振幅型器件的各像素的透过率均为1或反射式振幅型器件的各像素的反射率均为1，写入光通过成像透镜、二向分色镜成像于液晶盒的光导层中，打开液晶盒的交流稳压电源的开关，1053nm线偏振平面波从所述的入射窗口正入射，在所述的检偏器后测量其位相分布phase(x，y)，则所述的位相板的位相分布为2π-phase(x，y)。

当所述的检偏器的偏振方向与所述的起偏器的偏振方向互相垂直：

关闭所述的写入光源，1053nm线偏振平面波从所述的入射窗口正入射，在所述的检偏器后测量其位相分布phase(x，y)，则所述的位相板的位相分布为2π-phase(x，y)。

⑥按上述的振幅型光寻址液晶光阀的光路结构安装各元部件，保障所述的写入光经所述的成像透镜3和二向分色镜4后成像在所述的液晶盒6的光导层62，所述的起偏器6的偏振方向与所述的1053nm线偏振光的偏振方向平行，所述的检偏器7的偏振方向与所述的起偏器6的偏振方向互相垂直或互相平行；设置所述的液晶盒6时，应确保第一液晶取向层63的方向相对于所述的起偏器5的偏振方向正确，调整所述的交流稳压电源68，选择合适的工作频率和工作电压。

所述的交流稳压电源68：频率范围为100Hz-1000Hz，其工作电压大小按以下步骤确定：

步骤1：测试液晶层64的阈值电压V_th和饱和电压V_sat

制作如图5所示的器件，从左往右依次为第一玻璃基板31、第一透明导电膜61、第一液晶取向层63、液晶层64、第二液晶取向层65、第二透明导电膜66、第二玻璃基板32。用LCT-5016系列液晶器件参数综合测试仪测试所述的图5所示的器件，可得到阈值电压V_th和饱和电压V_sat。

步骤2：估算交流稳压电源的电压取值范围：

所述的液晶盒6的结构见图4，从左往右依次为第一透明导电膜61、光导层62、第一液晶取向层63、液晶层64、第二液晶取向层65、第二透明导电膜66和玻璃基板67呈串联结构，所述的第一透明导电膜61和第二透明导电膜66之间连接一台交流稳压电源68。等效的电路结构见图7，图中的C1、R1为液晶层的等效电容、等效电阻；C2、R2为光导层62的等效电容、等效电阻；交流电压源的工作电压为V。

估算方法的原则是：当液晶盒的光导层62上无写入光照射时，液晶盒的液晶层64上的分压必须小于液晶层64的阈值电压V_th；液晶盒的光导层62上有写入光照射时，液晶盒的液晶层64上的分压必须大于液晶层64的饱和电压V_sat。

当光导层62采用1mm厚的BSO晶片，入射到所述的光导层62BSO晶片上的写入光功率为I₀＝10mw/cm²，液晶层64的类型为90度扭曲向列型或向列型均可，液晶的参数按常用液晶的参数取值，所述的交流稳压电源68的频率选择500Hz，按照上述方法可估算得出所述的交流稳压电源68的工作电压的取值范围为：4.4V_sat＜V＜21V_th。推导过程如下：

液晶层64等效电容C1的容抗

$R_{C1}=\frac{1}{\mathrm{j\ωC}1}=\frac{1}{\mathrm{j\ω}{\mathrm{\ϵ\ϵ}}_0\frac{S}{d}}=\frac{d}{j{\mathrm{\ω\ϵ\ϵ}}_{0}S}...\left(1\right)$

液晶层64的等效电阻

$R1={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{CL}}\frac{d}{S}...\left(2\right)$

上式中，ω＝2π×500Hz，

ε＝10，为液晶层的相对电阻。

ε₀＝8.85×10^-12F/m，为真空介电常数。

S＝2cm×2cm，为液晶层的通光口径。

d＝9.12μm，为液晶层的厚度。

ρ_LC≈10¹⁰Ω·m，为液晶的电阻率

将上述数据代入至R_C1、R1的表达式，可得：

R_C1＜＜R1…………………………………(3)

故液晶层只需考虑电容C1的容抗即可；

再考虑光导层BSO晶片的等效电容、等效电阻C2、R2，C2的容抗：

$R_{C2}=\frac{1}{\mathrm{j\ωC}2}=\frac{1}{\mathrm{j\ω}{\mathrm{\ϵ}}_2{\mathrm{\ϵ}}_0\frac{S}{d_2}}=\frac{d_2}{\mathrm{j\ω}{\mathrm{\ϵ}}_2{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}...\left(4\right)$

$R2=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{BSO}}}\·\frac{d_2}{S}...\left(5\right)$

式中：ω、ε₀、S的含义同上。

ε₂＝55，为BSO晶体的相对介电常数。

d₂＝1mm，为BSO晶片的厚度。

σ_BSO为BSO晶体的电导率：

σ_BSO＝σ_d+U(α)I₀

σ_d为暗电导率1.6×10^-15Ω^-1cm^-1，

I₀为光照功率密度，单位w/cm²，

U(α)为常数7.3×10^-6Ω^-1w^-1cm

结合图4和表达式(1)～(4)，推出液晶层上的分压的表达式为：

$V_{\mathrm{LC}}=\left|\frac{1}{1+\frac{\mathrm{j\ω}{\mathrm{\ϵ\ϵ}}_0}{\mathrm{j\ω}{\mathrm{\ϵ}}_2{\mathrm{\ϵ}}_0+{\mathrm{\σ}}_d+U\left(\mathrm{\α}\right)I_0}\·\frac{d_2}{d}}\right|\·V...\left(6\right)$

光导层上无写入光照射时，令(6)中的I₀＝0，液晶层上分压：

$V_{\mathrm{LC}1}\≈\frac{1}{21}V...\left(7\right)$

由(6)可知，V_LC随写入光光照功率I₀的增大而增大，当I₀＝10mw/cm²，液晶层上分压：

V_LC2≈0.2275V…………………………………………(8)

结合步骤一中测得的液晶层的阈值电压V_th和饱和电压V_sat，得出以下条件：V_LC1＜V_th且V_LC2＞V_sat

结合公式(7)和(8)可以得出结论：交流稳压电源12的电压值必须满足：

4.4V_sat＜V＜21V_th

当然，此条件只适合光导层62采用1mm厚的BSO晶片，入射到所述的光导层62BSO晶片上的写入光功率为I₀＝10mw/cm²的情形。

当BSO晶片的厚度改变或者光导层62的材料换为PVK或者入射到所述的光导层62上的写入光功率为I₀为其他值时，仍可按所述的估算方法推出交流稳压电源65的电压值的可取范围。

所述的位相板8：结合图6，说明具体的设计方法如下

图6的结构与图1相比，多了1053nm线偏振平面波21，并且1053nm线偏振平面波21正入射读出光入射窗口9，把图1中的位相板8用波前探测器30取代。

当起偏器5、检偏器7的偏振方向互相平行时：

设置透射式振幅型器件12的各像素的透过率均为1或反射式振幅型器件13的各像素的反射率均为1，1053nm线偏振平面波21正入射读出光入射窗口9，波前探测器30测出位相分布phase(x，y)，其中的x，y表示离散的二维坐标，则所述的位相板8的位相分布设计为2π-phase(x，y)，此位相分布也是离散的。

当起偏器5、检偏器7的偏振方向互相垂直时：

关闭写入光源11，1053nm线偏振平面波21正入射读出光入射窗口9，波前探测器30测出位相分布phase(x，y)，则所述的位相板(8)的位相分布设计为2π-phase(x，y)。

本发明振幅型光寻址液晶光阀的使用方法：

需要振幅调制的1053nm线偏振光正入射所述的读出光入射窗口9，若所述的起偏器5和检偏器7的偏振方向互相平行，设置所述的透射式振幅型器件12的二元透过率或设置所述的反射式振幅型器件13的二元反射率与希望得到的针对1053nm线偏振光的二元透过率相同；若所述的起偏器5和检偏器7的偏振方向互相垂直，设置所述的透射式振幅型器件12的二元透过率或设置所述的反射式振幅型器件13的二元反射率与希望得到的针对1053nm线偏振光的二元透过率相反。

沿所述的1053nm线偏振光的入射方向，在位相板8的后表面，输出已受到二元振幅调制的光。

实施例1

写入光光源11波长采用355nm，振幅型器件12选用TFT LC-SLM，写入光输出装置1的内部结构见图2。

二向分色镜4采取双面镀膜，在写入光入射的一侧镀有对355nm增反、对1053nm线偏振光增透的膜；在1053nm线偏振光入射的一侧镀有对1053nm线偏振光增透的膜。

液晶层62采用90度扭曲向列型，厚度为9.12μm，所用液晶为扭曲向列型，双折射率Δn＝0.1。

光导层63选择2cm×3cm×1mm的硅酸铋(BSO)晶片。

起偏器5与检偏器7的偏振方向互相平行。

实施例2

实施例2与实施例1的不同点是振幅型器件12选用DMD，写入光输出装置1的内部结构见图3

实施例3

实施例3与实施例1的不同点是所述的液晶层62采用向列型，厚度为5.265μm，所用液晶为向列型，双折射率Δn＝0.1。

实施例4

实施例4与实施例1的不同点是所述的光导层63选择PVK材料。

实施例5

实施例5与实施例1的不同点是所述的检偏器7与起偏器5的偏振方向互相垂直。

写入光输出装置1的内部结构可以为图2或图3，图2中的透射式振幅型器件12目前已知的只有TFT LC-SLM，图3中的反射式振幅型器件13目前已知的有LCoSLC-SLM和DMD。液晶层62的类型可以为90度扭曲向列型或向列型。所述的光导层63已调研到的材料有BSO和PVK。所述的起偏器5与检偏器7的偏振方向有互相垂直和互相平行两种选择。

Claims (8)

1.一种用于1053nm线偏振光调制的振幅型光寻址液晶光阀，特征在于其构成包括由计算机控制的写入光装置(1)和1053nm线偏振光入射窗口(9)，所述的写入光装置(1)输出的写入光具有像素结构的二元强度分布，所述的写入光装置(1)输出的写入光依次经过成像透镜(3)和二向分色镜(4)，该二向分色镜(4)与所述的写入光的方向和所述的1053nm线偏振光的入射方向均成45°，该二向分色镜(4)对所述的写入光全反而对1053nm线偏振光全透，在该二向分色镜(4)的反射光和透射光方向依次有起偏器(5)、液晶盒(6)、检偏器(7)和位相板(8)，所述的液晶盒(6)的结构沿光的入射方向依次是：第一透明导电膜(61)、光导层(62)、第一液晶取向层(63)、液晶层(64)、第二液晶取向层(65)、第二透明导电膜(66)和玻璃基板(67)，所述的第一透明导电膜(61)和第二透明导电膜(66)之间连接一台交流稳压电源(68)，所述的写入光的二元强度分布经所述的成像透镜(3)和二向分色镜(4)后成像在所述的液晶盒(6)的光导层(62)中，所述的起偏器(6)的偏振方向与所述的1053nm线偏振光的偏振方向平行，所述的检偏器(7)的偏振方向与所述的起偏器(6)的偏振方向互相垂直或互相平行。

2.根据权利要求1所述的振幅型光寻址液晶光阀，其特征在于：所述的写入光装置(1)由写入光源(11)和振幅型器件构成，有两种结构：

①由写入光源(11)和透射式振幅型器件(12)构成，写入光源(11)发出的光束均匀照射所述的透射式振幅型器件(12)透射输出呈二元强度分布的光束；

②由写入光源(11)和反射式振幅型器件(13)构成，写入光源(11)发出的光束均匀照射所述的反射式振幅型器件(13)反射输出呈二元强度分布的光束。

3.根据权利要求2所述的振幅型光寻址液晶光阀，其特征在于：所述的透射式振幅型器件(12)是薄膜晶体管液晶空间光调制器，由相连的计算机的软件控制，以产生所需要的二元透过率0或1的分布。

4.根据权利要求2所述的振幅型光寻址液晶光阀，其特征在于：所述的反射式振幅型器件(13)是硅基板液晶空间光调制器或数字微透镜设备，由相连的计算机的软件控制，以产生所需要的二元反射率0或1的分布。

5.根据权利要求1所述的振幅型光寻址液晶光阀，其特征在于：所述的液晶层(64)的厚度满足如下条件：

液晶层(64)为90度扭曲向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：

或液晶层为向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：2dΔn＝λ，其中：λ为待调制的线偏振光的波长1053nm。

6.根据权利要求1所述的振幅型光寻址液晶光阀，其特征在于：所述的液晶盒(6)的第一透明导电膜(61)和第二透明导电膜(66)对1053nm线偏振光的透过率≥70％。

7.根据权利要求1所述的振幅型光寻址液晶光阀，其特征在于：所述的液晶盒(6)的光导层(62)材料应满足：

①电导率随写入光光强的增大而增大，而与待调制的1053nm线偏光的光强大小无关；

②对1053nm线偏振光的透过率≥65％。

8.权利要求1所述的振幅型光寻址液晶光阀的制备方法，其特征在于包括下列步骤：

①确定写入光装置(1)：

根据待调制的1053nm线偏振光，确定液晶盒(6)的光导层(62)材料，进而确定写入光源(11)的波长；选定透射式振幅型器件(12)或反射式振幅型器件(13)；根据调制的1053nm线偏振光输出光场分布的特性编制或修改计算机控制软件，以使写入光光源(11)通过所述的振幅型器件(12)或反射式振幅型器件(13)产生所需要的二元强度分布的写入光束；

②根据待调制的1053nm线偏振光和写入光源(11)的波长制备或挑选所述的二向分色镜(4)：在写入光入射的一面对写入光增反、对1053nm线偏振光增透；在1053nm线偏振光入射的一面对1053nm线偏振光增透；

③制备液晶盒(6)：

液晶层(64)的厚度必须满足：

当液晶层(64)为90度扭曲向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：

当液晶层(64)为向列型，液晶的双折射率Δn与液晶层厚度d满足关系：2dΔn＝λ，其中：λ为待调制的线偏振光的波长1053nm；

第一液晶取向层(63)和第二液晶取向层(65)的材料为聚酰亚胺，第一液晶取向层(63)和第二液晶取向层(65)的方向由所述的液晶层(64)的类型确定：

当液晶层(64)为90度扭曲向列型，第一液晶取向层(63)的方向任意，第二液晶取向层(65)的方向与所述的第一液晶取向层(63)的方向互相垂直；

当液晶层(64)为向列型，第一液晶取向层(63)的方向相对于所述的起偏器(5)的偏振方向成45度夹角，第二液晶取向层(65)的方向与所述的第一液晶取向层(63)的方向互相平行；

所述的第一透明导电膜(61)和第二透明导电膜(66)对1053nm线偏振光的透过率≥70％，材料为氧化铟锡；

所述的光导层(62)的电导率随写入光光强的增大而增大，而与入射的1053nm线偏振光的光强大小无关；该光导层(62)对1053nm线偏光的透过率≥65％，该光导层(62)的材料为硅酸铋或聚乙烯基咔唑；

④所述的交流稳压电源(68)：频率范围为100Hz-1000Hz，其工作电压大小按以下原则确定：当液晶盒的光导层(62)上无写入光照射时，液晶盒的液晶层(64)上的分压小于所述的液晶层(64)的阈值电压V_th；液晶盒的光导层(62)上有写入光照射时，液晶盒的液晶层(64)上的分压大于液晶层(64)的饱和电压V_sat，V_th和V_sat通过实验方法确定；

⑤所述的位相板(8)的制备：

当所述的检偏器(7)的偏振方向与所述的起偏器(6)的偏振方向互相平行：

设置所述的透射式振幅型器件(12)的各像素的透过率均为1或反射式振幅型器件(13)的各像素的反射率均为1，写入光通过成像透镜(3)、二向分色镜(4)成像于液晶盒的光导层(62)中，打开液晶盒的交流稳压电源(68)的开关，1053nm线偏振平面波从所述的入射窗口(9)正入射，在所述的检偏器(7)后测量其位相分布phase(x，y)，则所述的位相板(8)的位相分布为2π-phase(x，y)。

当所述的检偏器(7)的偏振方向与所述的起偏器(6)的偏振方向互相垂直：

关闭所述的写入光源(11)，1053nm线偏振平面波从所述的入射窗口(9)正入射，在所述的检偏器(7)后测量其位相分布phase(x，y)，则所述的位相板(8)的位相分布为2π-phase(x，y)；

⑥按权利要求1所述的振幅型光寻址液晶光阀的光路结构安装各元部件，保障所述的写入光经所述的成像透镜(3)和二向分色镜(4)后成像在所述的液晶盒(6)的光导层(62)，所述的起偏器(6)的偏振方向与所述的1053nm线偏振光的偏振方向平行，所述的检偏器(7)的偏振方向与所述的起偏器(6)的偏振方向互相垂直或互相平行；设置所述的液晶盒(6)时，应确保第一液晶取向层(63)的方向相对于所述的起偏器(5)的偏振方向正确，调整所述的交流稳压电源(68)，选择合适的工作频率和工作电压。

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