CN104977757A - 一种偏振艾里液晶模板、制备方法和产生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振艾里液晶模板、制备方法和产生系统，偏振艾里液晶模板包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层；其中，第一基板与第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述液晶层；第一基板和第二基板近邻所述液晶层的一侧设置有光控取向膜，光控取向膜具有分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，立方相位控制图形每个周期的宽度从控制图形的中心区域向两边逐渐递减，光控取向膜的控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束，提高偏振艾里液晶模板的激光损伤阈值和强光条件下的偏振艾里液晶模板的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及液晶取向控制技术领域，尤其涉及一种偏振艾里液晶模板、制备方法和产生系统。
背景技术
衍射是光束的基本特性，由于衍射，激光束在传输过程中，光斑逐渐增大，能量逐渐分散。随着激光在通信、军事等长距离传输领域应用的不断拓展和深化，人们越来越希望消除衍射，降低激光束的传输耗散。
近年来,艾里光束因具有无衍射、自加速以及自愈等特性弥补了高斯光束的不足，可被广泛应用于军事、生物、医疗、大气科学等领域，引起了人们越来越多的关注。GeorgiosSiviloglou等人的研究证明，艾里光束的傅里叶谱是包含有立方相位因子的高斯型分布，这一结果表明对高斯光束进行立方相位调制，再经过傅里叶变换即可在空域产生艾里光束。目前产生二维艾里光束的研究方法中，步骤繁琐，且由于一般采用电极结构，分辨率低，激光损伤阈值也较低，因此不适用于强光条件下的艾里光束的产生。
发明内容
本发明提供一种偏振艾里液晶模板、制备方法和产生系统，以提高偏振艾里液晶模板的激光损伤阈值，提高强光条件下的偏振艾里液晶模板的稳定性，产生高质量的艾里光束。
第一方面，本发明实施例提供了一种偏振艾里液晶模板，包括：
相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层；
其中，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述液晶层；
所述第一基板和第二基板近邻所述液晶层的一侧设置有光控取向膜，所述光控取向膜具有分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述控制图形的中心区域向两边逐渐递减，所述光控取向膜的控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。
进一步的，所述立方相位控制图形的每个周期包括一个弧形结构。
进一步的，所述立方相位控制图形的每个周期为直线形结构。
进一步的，所述液晶层的材料为向列相液晶、双频液晶或铁电液晶中的任意一种；
所述光控取向膜的控制图形可擦写，所述光控取向膜的材料为偶氮染料。
进一步的，入射光在所述偏振艾里液晶模板中的寻常光和非寻常光的相位差等于π；
当入射光为线偏振或椭圆偏振时，入射光经所述偏振艾里液晶模板转换为两支艾里光束；
当入射光为圆偏振时，入射光经所述偏振艾里液晶模板转换为一支艾里光束。
第二方面，本发明实施例还提供一种艾里光束产生系统，包括：
上述各实施例所述的偏振艾里液晶模板；
位于所述偏振艾里液晶模板入光侧的光源，以产生入射光；
位于所述偏振艾里液晶模板出光侧的透镜和成像装置；
其中所述光源、偏振艾里液晶模板、透镜以及成像装置的光轴位于同一直线上。
进一步的，还包括：
位于所述光源和所述偏振艾里液晶模板之间的偏振片和四分之一波片，所述光源、偏振片、四分之一波片、偏振艾里液晶模板、透镜以及成像装置的光轴位于同一直线上；以通过调节所述四分之一波片的快轴方向与偏振片的起偏方向的夹角，控制所述入射光的偏振方向。
第三方面，本发明实施例还提供一种偏振艾里液晶模板的制备方法，其特征在于，包括：
在第一基板和第二基板的一侧形成光控取向膜；
在第一基板上设置间隔粒子，并与所述第二基板封装，其中所述第一基板的光控取向膜一侧与所述第二基板的光控取向膜一侧相对设置；
对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减；
在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶层，所述光控取向膜的立方相位控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。
进一步的，在第一基板和第二基板的一侧形成光控取向膜，包括：
将光控取向材料旋涂在第一基板和第二基板的一侧，旋涂参数为：低速旋涂5秒，转速800转/分钟，高速旋涂40秒，转速3000转/分钟；
将旋涂有光控取向材料的第一基板和第二基板退火10分钟，退火温度为100℃，形成光控取向膜。
进一步的，对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减，包括：
采用数控微镜阵光刻系统，根据曝光次序，选择对应的曝光图形，以及对应的诱导光偏振方向，依次进行曝光；
其中，相邻步骤曝光图形的曝光区域部分重叠，所述诱导光偏振方向随曝光次序单调增加或单调减小，以实现形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减。本发明通过在相对设置的第一基板和第二基板上设置光控取向膜，并在所述光控取向膜上设置具有分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述控制图形的中心区域向两边逐渐递减，所述光控取向膜的控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。本发明提供的偏振艾里液晶模板无需电极结构即可产生艾里光束，因此在强光条件下也可以产生高质量的艾里光束，相比于现有技术中的艾里光束产生模板，本发明提供的偏振艾里液晶模板稳定性强，结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种偏振艾里液晶模板的剖面结构示意图；
图2为液晶指向矢方向呈周期性0°-180°渐变分布的模拟示意图；
图3为液晶指向矢方向呈周期性0°-180°渐变分布的俯视示意图；
图4为本发明实施例提供的一种立方相位控制图形的示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种立方相位控制图形的示意图；
图6a-图6d为本发明实施例提供的偏振艾里液晶模板产生的艾里光束光斑形貌示意图；
图7为艾里光束光强随入射光的偏振状态的变化曲线图；
图8为本发明实施例二提供的艾里光束产生系统的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的艾里光束产生系统产生的艾里光束自弯曲传输检测示意图；
图10为本发明实施例三提供的一种偏振艾里液晶模板的制备方法的流程示意图；
图11为本发明实施例四提供的一种对光控取向膜进行多步重叠曝光的方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本发明实施例提供一种偏振艾里液晶模板，图1为本发明实施例一提供的一种偏振艾里液晶模板的剖面结构示意图，如图1所示，所述偏振艾里液晶模板包括：相对设置的第一基板11和第二基板12，以及位于所述第一基板11和第二基板12之间的液晶层13；其中，所述第一基板11与所述第二基板12之间设置有间隔粒子14，以支撑所述液晶层13；所述第一基板11和第二基板12近邻所述液晶层13的一侧设置有光控取向膜15，所述光控取向膜15具有分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述控制图形的中心区域向两边逐渐递减，所述光控取向膜的立方相位控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。图2为液晶指向矢方向呈周期性0°-180°渐变分布的模拟示意图，如图2所示，示例性的设置周期为L，每个周期内的液晶指向矢方向呈0°-180°渐变分布，图中由暗到亮表示液晶指向矢方向从0°渐变为180°。例如在一个周期L内，立方相位控制图形使光控取向膜的分子指向矢方向从0°渐变为180°。图3为液晶指向矢方向呈周期性0°-180°渐变分布的俯视示意图，如图3所示，在光控取向膜的锚定作用下，由于，立方相位控制图形使光控取向膜的分子指向矢方向从0°渐变为180°，因此光控取向膜15使液晶层13中的液晶分子的指向矢呈周期性0°-180°渐变分布(图1和图3仅示例出一个周期内的液晶分子的指向矢排布情况)。
本发明实施例通过在所述第一基板和第二基板上设置光控取向膜，且所述光控取向膜上设置有分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述控制图形的中心区域向两边逐渐递减，所述光控取向膜的立方相位控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。由于所述偏振艾里液晶模板无需电极，因此可以在强光条件下产生艾里光束，并且本发明实施例提供的偏振艾里液晶模板结构简单，稳定性高。研究发现，当用脉冲光对本发明实施例所述的偏振艾里液晶模板进行强光测试时，测得所述偏振艾里液晶模板在600个脉冲照射下(脉冲光参数：0.5J/cm2,1064nm,10ns,1Hz)，所述偏振艾里液晶模板中液晶层的液晶分子依然可以保持原有取向，并且经强光测试后，所述偏振艾里液晶模板产生的艾里光束质量不变。
在上述实施例的基础上，可选的，所述立方相位控制图形的每个周期可以包括一个弧形结构，图4为本发明实施例提供的一种立方相位控制图形的示意图，如图4所示，所述立方相位控制图形的每个周期包括一个弧形结构，当所述立方相位控制图形的每个周期包括一个弧形结构时，经所述偏振艾里液晶模板的入射光可转换为二维艾里光束。
在上述实施例的基础上，可选的，所述立方相位控制图形的每个周期可以为直线形结构，图5为本发明实施例提供的又一种立方相位控制图形的示意图，如图5所示，所述立方相位控制图形的每个周期为直线形结构，当所述立方相位控制图形的每个周期为直线形结构时，经所述偏振艾里液晶模板的入射光可转换为一维艾里光束。
进一步的，在上述实施例基础上，优选的，可以控制间隔粒子的尺寸调整第一基板和第二基板之间的距离，以实现入射光在所述偏振艾里液晶模板中的寻常光和非寻常光的相位差等于π，这样设置的好处是，当入射光在所述偏振艾里液晶模板中的寻常光和非寻常光的相位差等于π时，入射光照射到所述偏振艾里液晶模板后出射的光束只有艾里光束，艾里光束的产生效率为100％，避免了电极的使用。
进一步的，在上述实施例基础上，可选的，所述的偏振艾里液晶模板中液晶层的材料为向列相液晶、双频液晶或铁电液晶中的任意一种，具体可根据实际需求选择相应的液晶层的材料，本发明实施例对此不作限制。
图6a-图6d为本发明实施例提供的偏振艾里液晶模板产生的艾里光束光斑形貌示意图。本发明实施例提供的偏振艾里液晶模板对入射光的波长没有限制，可实现任意波长入射光的艾里光束的转换。并且对于入射光的不同偏振状态，可以产生不同偏振模式的艾里光束。如图6a所示，当入射光为线偏振时，入射光经所述偏振艾里液晶模板转换为两支艾里光束，分别为左旋圆偏振态和右旋圆偏振态，且两支艾里光束的光强强弱相同。如图6b所示，当入射光为椭圆偏振时，入射光经所述偏振艾里液晶模板也可以转换为两支艾里光束，分别为左旋圆偏振态和右旋圆偏振态，但两支艾里光束的光强强弱不同。如图6c和图6d所示，当入射光为圆偏振时，入射光经所述偏振艾里液晶模板转换为一支艾里光束，其中图6c中入射光为右旋圆偏振，经所述偏振艾里液晶模板转换为一支左旋圆偏振艾里光束；其中图6d中入射光为左旋圆偏振，经所述偏振艾里液晶模板转换为一支右旋圆偏振艾里光束。图7为艾里光束光强随入射光的偏振状态的变化曲线图，其中横坐标为四分之一波片的快轴方向与偏振片的起偏方向的夹角θ，纵坐标为艾里光束归一化强度。如图7所示，入射光为线偏振时(四分之一波片的快轴方向与偏振片的起偏方向的夹角θ为0°或90°)，经所述偏振艾里液晶模板转换的艾里光束为两支，归一化强度均为50％。当入射光为左旋圆偏振(四分之一波片的快轴方向与偏振片的起偏方向的夹角θ为45°)，经所述偏振艾里液晶模板转换为一支右旋圆偏振艾里光束，右旋圆偏振艾里光束的归一化强度为100％。当入射光为右旋圆偏振时(四分之一波片的快轴方向与偏振片的起偏方向的夹角θ为135°)，经所述偏振艾里液晶模板转换为一支左旋圆偏振艾里光束，左旋圆偏振艾里光束的归一化强度为100％。当入射光为椭圆偏振时(四分之一波片的快轴方向与偏振片的起偏方向的夹角θ为0°～45°之间、45°～90°之间、90°～135°之间、135°～180°之间(未示出))时，经所述偏振艾里液晶模板转换为两支圆偏振艾里光束，但两支艾里光束的归一化强度不同。本发明实施例提供的偏振艾里液晶模板具有偏振选择性，通过选择不同的入射光偏振性，可以获得不同偏振状态以及不同数量的的艾里光束，可满足其在光学微粒操控、等离子体通道的产生、表面等离子体激元的诱导、电子加速、军事光子弹、生物医疗科学、大气科学等众多研究领域的应用需求。
进一步的，所述光控取向膜的的立方相位控制图形可擦写，所述光控取向膜的材料为偶氮染料，使该偏振艾里液晶模板可重复利用，通过擦写光控取向膜上的立方相位控制图形，可实时变更偏振艾里液晶模板的结构，实现产生多种模式的艾里光束。
实施例二
本发明实施例二还提供一种艾里光束产生系统，图8为本发明实施例二提供的艾里光束产生系统的结构示意图，如图8所示，所述艾里光束产生系统包括：上述各实施例所述的偏振艾里液晶模板81，位于所述偏振艾里液晶模板81入光侧的光源82以产生入射光，位于所述偏振艾里液晶模板81出光侧的透镜83和成像装置84，其中所述光源82、偏振艾里液晶模板81、透镜83以及成像装置84的光轴位于同一直线上。打开光源82发出入射光，照射到所述偏振艾里液晶模板81的入光测，所述偏振艾里液晶模板81将入射光转换为艾里光束出射，经透镜83汇聚后呈现在成像装置84上。
在上述实施例的基础上，优选的，光源为激光光源，这样设置的好处，是激光光源的准直性好，经所述偏振艾里液晶模板准换的艾里光束的质量高。此外，所述光源的波长范围，优选的，大于500nm，避免光源发出的入射光对偏振艾里液晶模板中的立方相位控制图形的影响。例如用671nm的激光照射偏振艾里液晶模板，经焦距为125mm的透镜进行傅里叶变换后，便可得到艾里光束。本发明实施例对透镜的焦距不作限制。所述成像装置例如可以是图像传感器CCD等。
在上述各实施例的基础上，优选的，所述艾里光束产生系统还包括：位于所述光源82和所述偏振艾里液晶模板81之间的偏振片85和四分之一波片86，所述光源82、偏振片85、四分之一波片86、偏振艾里液晶模板81、透镜83以及成像装置84的光轴位于同一直线上，通过调节所述四分之一波片86的快轴方向与偏振片85的起偏方向的夹角，可以控制光源82发出的入射光的偏振方向，从而通过偏振艾里液晶模板转换为不同数量以及偏振状态的艾里光束。
艾里光束具有自弯曲传输的特性，本发明实施例提供的艾里光束产生系统产生的艾里光束也具有良好的自弯曲传输的特性，图9为本发明实施例提供的艾里光束产生系统产生的艾里光束自弯曲传输检测示意图。通过改变成像装置84与所述透镜83之间的距离，可以探测艾里光束的光斑移动，定义所述透镜83的焦距处为d＝0，图9中横坐标为成像装置84与透镜83的焦距之间的距离，纵坐标为两支艾里光束的位移量。如图9所示，图中圆圈为采用上述艾里光束产生系统获得的实验结果，虚线为艾里光束自弯曲传输拟合曲线，实线为艾里光束自弯曲传输模拟曲线。由图9可知，本发明实施例提供的艾里光束产生系统产生的艾里光束自弯曲传输与模拟结果相吻合。
实施例三
本发明实施例三还提供一种偏振艾里液晶模板的制备方法，图10为本发明实施例三提供的一种偏振艾里液晶模板的制备方法的流程示意图，如图10所示。所述方法包括：
步骤110、在第一基板和第二基板的一侧形成光控取向膜；
可选的，在形成光控取向膜之前，为增加光控取向膜与第一基板和第二基板的浸润性和粘附性，用ITO(氧化铟锡导电膜)洗液(丙酮、酒精等混合试剂)进行超声清洗30分钟，然后再用超纯水超声清洗两次，各10分钟。在120℃烘箱中烘干40分钟后，进行UVO(紫外臭氧)清洗30分钟。
可选地，在第一基板和第二基板的一侧形成光控取向膜，可以采用下列方式：
将光控取向材料旋涂在第一基板和第二电极的一侧，旋涂参数为：低速旋涂5秒，转速800转/分钟，高速旋涂40秒，转速3000转/分钟；
将旋涂有光控取向材料的第一基板和第二基板退火10分钟，退火温度为100℃，形成光控取向膜。
步骤120、在第一基板上设置间隔粒子，并与所述设置有第二电极的第二基板封装，其中所述第一基板的光控取向膜一侧与所述第二基板的光控取向膜一侧相对设置；
其中，间隔粒子的尺寸可以根据具体需要进行选取，通过选取不同尺寸的间隔粒子，可以调整第一基板和第二基板之间的距离，以实现入射光在所述偏振艾里液晶模板中的寻常光和非寻常光的相位差等于π；这样设置的好处是，当入射光在所述偏振艾里液晶模板中的寻常光和非寻常光的相位差等于π时，入射光照射到所述偏振艾里液晶模板后出射的光束只有艾里光束，艾里光束的产生效率为100％。
步骤130、对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减；
光控取向膜中的分子指向矢可通过诱导光的偏振方向进行设定，具体的可以通过多次重叠曝光0°-180°的曝光图形，在所述光控取向膜上形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减。可选的，所述立方相位控制图形中每个周期可以包括一个弧形结构，还可以为直线形结构。当所述立方相位控制图形中每个周期包括一个弧形结构时，所述偏振艾里液晶模板转换的艾里光束为二维，当所述立方相位控制图形中每个周期为直线形结构时，所述偏振艾里液晶模板转换的艾里光束为一维。
步骤140、在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶层，所述光控取向膜的立方相位控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。
光控取向膜具有锚定作用，在步骤130形成的立方相位控制图形的控制作用下，所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。
实施例四
本发明实施例四还提供一种对所述光控取向膜进行多步重叠曝光的方法，本实施例提供的方法制备的立方相位控制图形是通过对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，且所述立方相位控制图形使光控取向膜的分子指向矢方向呈周期性渐变分布，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减。具体的，采用数控微镜阵光刻系统，根据曝光次序，选择对应的曝光图形，以及对应的诱导光偏振方向，依次进行曝光；其中，相邻步骤曝光图形的曝光区域部分重叠，所述诱导光偏振方向随曝光次序单调增加或单调减小，以实现形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减。
图11为本发明实施例四提供的一种对光控取向膜进行多步重叠曝光的方法示意图，如图11所示，共有三次曝光，依次为第一次曝光、第二次曝光和第三次曝光。三次曝光的曝光图形具有相同的周期，示例性的设置每个曝光图形具有3个周期T1，T2，T3，每个周期的宽度从曝光图形的中心区域向两边逐渐递减，示例性的T1＝T3<T2。第一次曝光时，采用数控微镜阵光刻系统选择第一曝光图形，第一次曝光对应的诱导光偏振方向为0°，每个周期分为3等份Tn1、Tn2和Tn3，n＝1,2,3，第一曝光图形的曝光区域为T1的T11和T12、T2的T21和T22、T3的T31和T32。第一次曝光完成后，更换第二曝光图形，选择对应的诱导光偏振方向为60°，每个周期分为3等份，第二曝光图形的曝光区域为T1的T12和T13、T2的T22和T23、T3的T32和T33。第二次曝光完成后更换第三曝光图像，选择对应的诱导光偏振方向为120°，每个周期分为3等份，第三曝光图形的曝光区域为T1的T11和T13、T2的T21和T23、T3的T31和T33。因此，第一曝光图形的曝光区域与第二曝光图形的曝光区域部分重叠，重叠部分为T12，T22，T32；第二曝光图形的曝光区域与第三曝光图形的曝光区域部分重叠，重叠部分为T13，T23，T33。T11、T12、T13、T21、T22、T23、T31、T32和T33均被曝光两次，每次曝光的诱导光偏振方向不同，由于每次曝光的剂量不足以使得光控取向膜的分子指向矢方向排布达到稳定排列(例如当曝光剂量为5J/cm2时，可以使得光控取向膜的分子指向矢方向排布达到稳定排列，分布重叠曝光时，可以选择曝光剂量为1J/cm2)，多次曝光剂量的总和使得其处于稳定状态，并且光控取向膜的分子指向矢方向介于所经历的多次曝光的偏振角度的中间态，例如T12在第一次曝光时，偏振角度为0°，T12在第二次曝光时，偏振角度为60°，那么T12区域的光控取向膜的分子指向矢方向介于0°-60°之间。因此，多步重叠曝光后，光控取向膜上会产生分子指向矢方向呈周期性渐变分布的控制图形，且所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减。
需要说明的是，图11示例性的选择三步重叠曝光，并非对本发明实施例的限制，一般来说曝光次数越多(即0°-180°均分的偏振角度越多)，曝光图形中的每个周期均分的数量越多，液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的越均匀，最终获得的艾里光束的质量越好。在其他实施方式中，可根据实际需求选择曝光次数，以及每个周期均分的数量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种偏振艾里液晶模板，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层；
其中，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述液晶层；
所述第一基板和第二基板近邻所述液晶层的一侧设置有光控取向膜，所述光控取向膜具有分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述控制图形的中心区域向两边逐渐递减，所述光控取向膜的控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。
2.根据权利要求1所述的偏振艾里液晶模板，其特征在于，所述立方相位控制图形的每个周期包括一个弧形结构。
3.根据权利要求1所述的偏振艾里液晶模板，其特征在于，所述立方相位控制图形的每个周期为直线形结构。
4.根据权利要求1所述的偏振艾里液晶模板，其特征在于，所述液晶层的材料为向列相液晶、双频液晶或铁电液晶中的任意一种；
所述光控取向膜的控制图形可擦写，所述光控取向膜的材料为偶氮染料。
5.根据权利要求1所述的偏振艾里液晶模板，其特征在于，入射光在所述偏振艾里液晶模板中的寻常光和非寻常光的相位差等于π；
当入射光为线偏振或椭圆偏振时，入射光经所述偏振艾里液晶模板转换为两支艾里光束；
当入射光为圆偏振时，入射光经所述偏振艾里液晶模板转换为一支艾里光束。
6.一种艾里光束产生系统，其特征在于，包括：
权利要求1-5任一所述的偏振艾里液晶模板；
位于所述偏振艾里液晶模板入光侧的光源，以产生入射光；
位于所述偏振艾里液晶模板出光侧的透镜和成像装置；
其中所述光源、偏振艾里液晶模板、透镜以及成像装置的光轴位于同一直线上。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
位于所述光源和所述偏振艾里液晶模板之间的偏振片和四分之一波片，所述光源、偏振片、四分之一波片、偏振艾里液晶模板、透镜以及成像装置的光轴位于同一直线上；以通过调节所述四分之一波片的快轴方向与偏振片的起偏方向的夹角，控制所述入射光的偏振方向。
8.一种偏振艾里液晶模板的制备方法，其特征在于，包括：
在第一基板和第二基板的一侧形成光控取向膜；
在第一基板上设置间隔粒子，并与所述第二基板封装，其中所述第一基板的光控取向膜一侧与所述第二基板的光控取向膜一侧相对设置；
对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减；
在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶层，所述光控取向膜的立方相位控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，以使照射在所述偏振艾里液晶模板的入射光转换为艾里光束。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在第一基板和第二基板的一侧形成光控取向膜，包括：
将光控取向材料旋涂在第一基板和第二基板的一侧，旋涂参数为：低速旋涂5秒，转速800转/分钟，高速旋涂40秒，转速3000转/分钟；
将旋涂有光控取向材料的第一基板和第二基板退火10分钟，退火温度为100℃，形成光控取向膜。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减，包括：
采用数控微镜阵光刻系统，根据曝光次序，选择对应的曝光图形，以及对应的诱导光偏振方向，依次进行曝光；
其中，相邻步骤曝光图形的曝光区域部分重叠，所述诱导光偏振方向随曝光次序单调增加或单调减小，以实现形成分子指向矢方向呈周期性渐变分布的立方相位控制图形，其中，所述立方相位控制图形每个周期的宽度从所述立方相位控制图形的中心区域向两边逐渐递减。
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