CN105759489A - 近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法，包括：固化光源、固化装置：将固化光源进行分解并在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处发生空间匀化；液晶盒：用于盛装制造近红外聚合物网络液晶相位调制器的材料，在固化装置的作用下完成固化，并形成近红外聚合物网络液晶相位调制器。本发明通过将固化光源产生的单色光源来控制聚合物网络液晶中的聚合物网络形貌，利用了单色光源的稳定性，消除其光散射的影响实现纯相位调制，从而提高了近红外聚合物网络液晶相位调制器的稳定性，提高其电控响应稳定性，并降低其阈值电压，拓展现有液晶相位调制技术在自适应光学、光学相控阵、多光谱成像技术等领域的应用范围与深度。

Description

近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法
技术领域
本发明涉及液晶相位调制技术领域，具体是指近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法。
背景技术
液晶相位调制技术可以用于液晶空间光调制器、液晶可调滤光片多光谱相机和液晶光学相控阵以及可调波片等领域，可以实现较高的空间分辨率和很好的控制精度，已经在自适应光学、光学相控阵、多光谱成像技术等领域获得了广泛应用。在实际应用中，液晶相位调制器在近红外区域的响应速度限制了其应用范围与深度，近红外聚合物网络液晶相位调制技术是一种比较适合亚毫秒响应的技术。但是，采用现有紫外固化系统及普通液晶材料的亚毫秒响应聚合物网络液晶相位调制器存在光散射、阈值电压、电致伸缩等效应的影响，使得其稳定性与实用性能较差。现有紫外固化系统主要存在固化强度较低、固化光源能量热耗散严重等缺点；在现有制备方法中采用的材料配比容易导致阈值电压高和电致伸缩等缺点，因此针对这些不足，提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法，解决现有技术中聚合物网络液晶相位调制器存在的光散射、阈值电压、稳定性等问题，在保证聚合物网络液晶近红外区域亚毫秒响应性能的前提下，消除其光散射的影响实现纯相位调制，提高其电控响应稳定性，并降低其阈值电压，拓展液晶相位调制技术在自适应光学、光学相控阵、多光谱成像技术等领域的应用范围与深度。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统，包括：
固化光源：用于产生单色光源，控制聚合物网络液晶中的聚合物网络形貌；
固化装置：将固化光源进行分解并在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处发生空间匀化；
液晶盒：用于盛装制造近红外聚合物网络液晶相位调制器的材料，在固化装置的作用下完成固化，并形成近红外聚合物网络液晶相位调制器。
本发明通过将固化光源产生的高强度、均匀单色光源来控制聚合物网络液晶中的聚合物网络形貌，利用了该光源的热耗散较低和高固化强度特征，消除其光散射的影响实现纯相位调制，从而提高了近红外聚合物网络液晶相位调制器的稳定性，提高其电控响应稳定性，并降低其阈值电压，拓展现有液晶相位调制技术在自适应光学、光学相控阵、多光谱成像技术等领域的应用范围与深度。
所述的固化光源采用多个单色二极管激光光源排布构成阵列。进一步讲，通过采用多个单色二极管激光光源排布构成阵列的方式，可以为聚合物网络液晶的固化过程提供高功率密度的匀化固化光源，有利于聚合物网络液晶各向异性的保持、光散射强度的消除和均匀聚合物网络液晶的形成，从而实现均匀的亚毫秒响应近红外聚合物网络液晶相位调制技术。
所述单色二极管激光光源作为固化光源，其波长为液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值。进一步讲，采用单色二极管激光光源作为固化光源，其波长为液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值，这种波长的固化光波长会产生最少的光致吸收导致的温度上升，最有利于均匀各向异性聚合物网络的形成。
所述的固化装置包括微透镜阵列、以及光学透镜，固化光源发出的单色光经微透镜阵列后被空间分割，聚焦在微透镜阵列焦平面上不同位置处，然后经光学透镜后，在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处发生空间匀化。进一步讲，通过采用微透镜阵列、以及光学透镜组合形成固化装置，利用微透镜阵列对光源进行扩散，然后经过光学透镜进行混合均匀，使得照射在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处光线均匀，在空间内进行匀化，这样的固化装置可以为聚合物网络液晶的固化过程提供高功率密度的匀化固化光源，有利于聚合物网络液晶各向异性的保持、光散射强度的消除和均匀聚合物网络液晶的形成，从而实现均匀的亚毫秒响应近红外聚合物网络液晶相位调制技术。
近红外聚合物网络液晶相位调制器的制备方法，包括以下步骤：
（a）配料：按重量百分数配置为：液晶溶剂大于90%，光敏聚合物单体6～8%，其余为光引发剂等杂质；
（b）填料：将步骤（a）配置的料装在液晶盒内，并制成待固化的聚合物网络液晶相位调制器；
（c）固化：固化光源发出的单色光经微透镜阵列后被空间分割，聚焦在微透镜阵列焦平面上不同位置处，然后经光学透镜后在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处发生空间匀化。
本发明的另一个发明目的是提供一种新的制备方法，通过特定的配方和工艺进行组合，使得生产出来的用于亚毫秒响应近红外聚合物网络液晶相位调制器可以在近红外区域实现亚毫秒响应液晶相位调制技术，消除聚合物网络液晶在相位调制时带来的光散射强度、电控响应不稳定、阈值电压偏高等问题，有利于拓展现有液晶相位调制技术在自适应光学、光学相控阵、多光谱成像技术等领域的应用范围与深度。
所述步骤（a）配料中，所述液晶溶剂的要求是：介电各向异性大于50、粘度大于500mms-1。具体的讲，申请人在配方的研制过程中，对于数万次的实验进行了分析，然后寻找了规律：大的介电各向异性可以保证聚合物网络液晶相位调制器具有较小的阈值电压，大的液晶溶剂粘度可以降低聚合物网络液晶的光散射强度，有利于实现纯相位调制，在这个规律的指导下，进行了多次的实验，最终确定了较为适合的参数，同时，对于组分含量也进行了反复的实验，最终确定了较为适宜的组分，按照此选择标准和数量限制，制造出来的有利于实现纯相位调制，聚合物网络液晶相位调制器具有较小的阈值电压。
所述步骤（c）固化中，固化光源发出的单色光波长的确定方法如下：首先分别测量液晶溶剂和光敏聚合物单体的吸收谱，确定各自的吸收边，以液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值作为固化光源单色光波的波长。具体地讲，这样的标准可以将能量最大化的用于聚合物网络液晶的固化过程，减少固化过程中的热效应影响，有利于聚合物网络液晶相位调制器电控响应稳定性的提高。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1本发明近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法，采用单色二极管激光光源作为固化光源，其波长为液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值，这种波长的固化光波长会产生最少的光致吸收导致的温度上升，最有利于均匀各向异性聚合物网络的形成；
2本发明近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法，通过采用微透镜阵列、以及光学透镜组合形成固化装置，利用微透镜阵列对光源进行扩散，然后经过光学透镜进行混合均匀，使得照射在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处光线均匀，在空间内进行匀化，这样的固化装置可以为聚合物网络液晶的固化过程提供高功率密度的匀化固化光源，有利于聚合物网络液晶各向异性的保持、光散射强度的消除和均匀聚合物网络液晶的形成，从而实现均匀的亚毫秒响应近红外聚合物网络液晶相位调制技术；
3本发明近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统及制备方法，通过特定的配方和工艺进行组合，使得生产出来的用于亚毫秒响应近红外聚合物网络液晶相位调制器可以在近红外区域实现亚毫秒响应液晶相位调制技术，消除聚合物网络液晶在相位调制时带来的光散射强度、电控响应不稳定、阈值电压偏高等问题，有利于拓展现有液晶相位调制技术在自适应光学、光学相控阵、多光谱成像技术等领域的应用范围与深度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1本发明的总体结构示意图；
图2为本发明中固化光源波长选择的示意图。
附图中标记及相应的零部件名称：
2-液晶盒，3-固化装置，4-固化光源，301-微透镜阵列，302-光学透镜，7-待固化的聚合物网络液晶相位调制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1至2所示，本发明近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统包括：固化光源4：用于产生单色光源，控制聚合物网络液晶中的聚合物网络形貌，本事实例中，固化光源4采用多个单色二极管激光光源排布构成正六边形，其中单色二极管激光光源作为固化光源，其波长为液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值；固化装置3固化光源4进行分解并在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处发生空间匀化，其中固化装置3包括微透镜阵列301、以及光学透镜302，固化光源4发出的单色光经微透镜阵列301后被空间分割，聚焦在微透镜阵列301焦平面上不同位置处，然后经光学透镜302后，在待固化的聚合物网络液晶相位调制器7处发生空间匀化；液晶盒2：用于盛装制造近红外聚合物网络液晶相位调制器的材料，在固化装置的作用下完成固化，并形成近红外聚合物网络液晶相位调制器。
近红外聚合物网络液晶相位调制器的制备方法，包括以下步骤：
（a）配料：按重量百分数配置为：选择介电各向异性大于50、粘度大于500mms-1的材料作为液晶溶剂，液晶溶剂大于90%，光敏聚合物单体6～8%，其余为杂质，本事实例中，光敏聚合物单体的含量为7.2%；
（b）填料：将步骤（a）配置的料装在液晶盒2内，并制成待固化的聚合物网络液晶相位调制器7；
（c）固化：首先分别测量液晶溶剂和光敏聚合物单体的吸收谱，确定各自的吸收边，以液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值作为固化光源4单色光波的波长，固化光源4发出的单色光经微透镜阵列301后被空间分割，聚焦在微透镜阵列301焦平面上不同位置处，然后经光学透镜302后在待固化的聚合物网络液晶相位调制器7处发生空间匀化。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统，其特征在于包括：
固化光源（4）：用于产生单色光源，控制聚合物网络液晶中的聚合物网络形貌；
固化装置（3）：将固化光源（4）进行分解并在待固化的聚合物网络液晶相位调制器处发生空间匀化；
液晶盒（2）：用于盛装制造近红外聚合物网络液晶相位调制器的材料，在固化装置的作用下完成固化，并形成近红外聚合物网络液晶相位调制器。
2.根据权利要求1所述的近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统，其特征在于：所述的固化光源（4）采用多个单色二极管激光光源排布构成阵列。
3.根据权利要求2所述的近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统，其特征在于：所述单色二极管激光光源作为固化光源，其波长为液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值。
4.根据权利要求1所述的近红外聚合物网络液晶相位调制器的固化系统，其特征在于：所述的固化装置（3）包括微透镜阵列（301）、以及光学透镜（302），固化光源（4）发出的单色光经微透镜阵列（301）后被空间分割，聚焦在微透镜阵列（301）焦平面上不同位置处，然后经光学透镜（302）后，在待固化的聚合物网络液晶相位调制器（7）处发生空间匀化。
5.近红外聚合物网络液晶相位调制器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（a）配料：按重量百分数配置为：液晶溶剂大于90%，光敏聚合物单体6～8%，其余为杂质；
（b）填料：将步骤（a）配置的料装在液晶盒（2）内，并制成待固化的聚合物网络液晶相位调制器（7）；
（c）固化：固化光源（4）发出的单色光经微透镜阵列（301）后被空间分割，聚焦在微透镜阵列（301）焦平面上不同位置处，然后经光学透镜（302）后在待固化的聚合物网络液晶相位调制器（7）处发生空间匀化。
6.根据权利要求5所述的近红外聚合物网络液晶相位调制器的制备方法，其特征在于：所述步骤（a）配料中，所述液晶溶剂的要求是：介电各向异性大于50、粘度大于500mms-1。
7.根据权利要求5所述的近红外聚合物网络液晶相位调制器的制备方法，其特征在于：所述步骤（c）固化中，固化光源（4）发出的单色光波长的确定方法如下：首先分别测量液晶溶剂和光敏聚合物单体的吸收谱，确定各自的吸收边，以液晶溶剂吸收边和光敏聚合物单体吸收边的几何平均值作为固化光源（4）单色光波的波长。
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