CN107632334A - 聚合物分散液晶全息光栅的制备系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种聚合物分散液晶全息光栅的制备系统及方法，该系统包括：激光器，用于发射激光；扩束镜，用于对激光光束进行扩束；分光棱镜，用于将扩束后的激光光束分成第一分光光束和第二分光光束；第一反光镜，用于将第一分光光束反射至液晶盒；第二反光镜，用于将第二分光光束反射至液晶盒；液晶盒，接收第一分光光束和第二分光光束，第一分光光束和第二分光光束形成干涉条纹曝光液晶盒内的聚合物分散液晶，形成聚合物分散液晶全息光栅；至少一个衰减片，设置在扩束镜和液晶盒间的光路上，用于沿第一设定曲线逐渐衰减经过衰减片的激光，使聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率沿第二设定曲线递减。本发明能大规模制备衍射效率沿设定曲线变化光栅。

Description

聚合物分散液晶全息光栅的制备系统及方法

技术领域

本发明涉及光栅制备技术领域，尤其涉及一种聚合物分散液晶全息光栅的制备系统及方法。

背景技术

波导全息作为实现增强现实的重要技术之一被提出。在一块波导中通常存在两块光栅，其中一块光栅用于将图片源的光线耦合到波导中，在波导中发生全反射后到达另一块光栅耦合输出。成像光束在传导过程中由全息光栅依次衍射输出，这导致后续入射到光栅上的光强依次减弱。

目前衍射效率沿同一方向上递增的聚合物分散液晶光栅，通常是通过控制光栅沿波导传播方向上的厚度变化来实现。图1是现有技术中通过添加垫衬物实现衍射效率变化的光栅示意图。如图1所示，这种方案需要将粒径非常小的垫衬物11、12添加在波导片21和波导片22中间，并通过控制两边垫衬物11、12的直径，控制耦合输出光栅32的厚度变化。同时为了使整体波导的上平面41和下平面42水平，需要保证上部分波导片21的内表面51是倾斜的，倾斜角由垫衬物11、12的粒径大小决定。

然而，在全息波导系统中，要求耦合输出光栅具有沿波导传播方向上衍射效率递增的特性，而输入光栅需要高的衍射效率，不需要变衍射效率。因此通过添加垫衬物改变耦合输出光栅32的厚度却又不能改变耦合输入光栅31部分的厚度(如图1所示)。波导中的光栅层非常薄，一般在微米量级，添加的垫衬物的粒径一般在10μm以内，同时为了控制两片波导片的上下表面平行，波导片21内部要设计成具有一定的倾斜角，该倾斜角的大小由垫衬物的直径差以及耦合输出光栅区域长度决定。上述各种要求，使得波导片21的加工难度很大，液晶盒的制备非常困难、成品率较低、难以大规模制备生产。

发明内容

本发明提供一种聚合物分散液晶全息光栅的制备系统方法，以方便地制备衍射效率逐渐变化的聚合物分散液晶全息光栅。

本发明提供一种聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，包括：激光器，用于发射激光光束；扩束镜，用于对所述激光光束进行扩束；分光棱镜，用于将扩束后的所述激光光束分成第一分光光束和第二分光光束；第一反光镜，用于将所述第一分光光束反射至液晶盒；第二反光镜，用于将所述第二分光光束反射至所述液晶盒；所述液晶盒，接收所述第一分光光束和所述第二分光光束，所述第一分光光束和所述第二分光光束形成干涉条纹，曝光所述液晶盒内的聚合物分散液晶，形成聚合物分散液晶全息光栅；至少一个衰减片，设置在所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路上，用于沿第一设定曲线逐渐衰减经过所述衰减片的激光，使所述聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率沿第二设定曲线递减。

一个实施例中，所述系统包括两个所述衰减片；其中一个所述衰减片设置于所述第一反光镜和所述液晶盒之间的光路上，用于衰减所述第一分光光束，另一个所述衰减片设置于所述第二反光镜和所述液晶盒之间的光路上，用于衰减所述第二分光光束。

一个实施例中，所述系统包括两个所述衰减片；其中一个所述衰减片设置于所述分光棱镜和所述第一反光镜之间的光路上，用于衰减所述第一分光光束，另一个所述衰减片设置于所述分光棱镜和所述第二反光镜之间的光路上，用于衰减所述第二分光光束。

一个实施例中，所述系统包括一个所述衰减片，设置于所述扩束镜和所述分光棱镜之间的光路上，用于衰减扩束后的所述激光光束；所述系统还包括第三反光镜，设于所述分光棱镜和所述第二反射镜之间，用于将从所述分光棱镜出射的所述第二分光光束反射至所述第二反光镜；所述第一分光光束和所述第二分光光束从所述分光棱镜到所述液晶盒经历的光程相同。

一个实施例中，所述聚合物分散液晶包括：分别按照质量百分比1％：0.5％：11％：6％：45％：36.5％混合的光引发剂、协引发剂、交联剂、表面活化剂、聚合物及向列液晶。

一个实施例中，所述系统还包括至少一个步进电机，用于将所述衰减片移入或移出所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路。

一个实施例中，所述衰减片的透明度沿所述第一设定曲线逐渐减小。

一个实施例中，所述衰减片为表面沉积有厚度沿所述第一设定曲线逐渐增大的金属镀膜的透明基板。

本发明还提供一种聚合物分散液晶全息光栅的制备方法，包括：激光器发射激光光束；扩束镜对所述激光光束进行扩束；分光棱镜将扩束后的所述激光光束分成第一分光光束和第二分光光束；第一反光镜和第二反光镜分别将所述第一分光光束和所述第二分光光束反射至液晶盒；至少一个衰减片沿第一设定曲线逐渐衰减经过所述衰减片的激光，所述衰减片设置在所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路上；所述液晶盒接收所述第一分光光束和所述第二分光光束，所述第一分光光束和所述第二分光光束发生干涉形成光强沿第二设定曲线递减的干涉条纹，曝光所述液晶盒内的聚合物分散液晶，形成衍射效率沿所述第二设定曲线递减的聚合物分散液晶全息光栅。

本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统及方法，通过衰减片控制曝光光束的光强来控制聚合物和液晶的分离程度，能够制备衍射效率沿波导传输方向递增的聚合物分散液晶全息光栅。本发明不需要改变液晶盒的形状，且衰减片容易制备，所以能够实现衍射效率按所需曲线变化的聚合物分散液晶全息光栅的大规模制备。本发明通过调节曝光光强控制光栅衍射效率的变化，而不是通过调节曝光时间控制光栅衍射效率的变化，所以可以避免控制复杂、光栅制备周期增长的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是现有技术中通过添加垫衬物实现衍射效率变化的光栅示意图；

图2是本发明一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的结构示意图；

图3是本发明另一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的结构示意图；

图4是本发明又一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的结构示意图；

图5是本发明一实施例中衰减片的结构示意图；

图6是根据本发明一实施例的方法制备的聚合物分散液晶全息光栅的剖面示意图；

图7是本发明一实施例中衰减片制备装置的结构示意图；

图8是本发明一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备方法的流程示意图；

图9是本发明一实施例中制备衰减片的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了解决现有衍射效率递增聚合物分散液晶光栅制备困难和难以规模化制备的问题，发明人考虑在不改变液晶盒的形状的情况下制备衍射效率沿同一方向递增聚合物分散液晶光栅。发明人考虑到通过改变曝光光路代替改变液晶盒的形状，实现衍射效率递增聚合物分散液晶光栅。发明人进一步考虑到可以通过改变聚合物分散液晶的曝光时间、曝光光强等，使得聚合物分散液晶光栅沿的衍射效率沿同一方向递增。发明人再进一步考虑到，沿波导传播方向上的曝光时间比较难控制，通常需要在该方向上将快门分割得非常小，控制很复杂，而且制作一个光栅的周期也很长，所以考虑通过改变曝光光强来实现衍射效率递增聚合物分散液晶光栅。在发明人的一系列创造性劳动的基础上，本发明提出一种聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，通过在曝光光路中添加衰减片，调控曝光液晶盒光斑即干涉条纹的光强分布，使光栅的衍射效率沿波导光线传播方向上逐渐增强。

本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，可包括：激光器、扩束镜、分光棱镜、第一反光镜、第二反光镜、至少一个衰减片及液晶盒。

其中，激光器用于发射激光光束；扩束镜用于对所述激光光束进行扩束；分光棱镜用于将扩束后的所述激光光束分成第一分光光束和第二分光光束；第一反光镜用于将所述第一分光光束反射至液晶盒；第二反光镜用于将所述第二分光光束反射至所述液晶盒；所述液晶盒接收所述第一分光光束和所述第二分光光束，所述第一分光光束和所述第二分光光束形成干涉条纹，曝光所述液晶盒内的聚合物分散液晶，形成聚合物分散液晶全息光栅；至少一个衰减片，设置在所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路上，用于沿第一设定曲线逐渐衰减经过所述衰减片的激光，使所述聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率沿第二设定曲线递减。

激光经过衰减片后，激光光强得到调制，激光光束沿上述第一设定曲线逐渐变化。衰减片可以设置在该扩束镜和该液晶盒之间光路上的多个不同位置，只要能够使得第一分光光束和第二分光光束两束激光汇集到液晶盒后具有同样的光强分布，且可在液晶盒处产生光强沿同一方向逐渐变化的干涉条纹即可，具体可视需要而定。例如，可以将衰减片设置在扩束镜和分光棱镜之间的光路上，或者衰减片设置在分光棱镜到反光镜(第一反光镜和第二反光镜)的光路上，或者衰减片设置在反光镜(第一反光镜和第二反光镜)到液晶盒的光路上。

本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，通过衰减片沿同一方向调制光路中激光光束的光强，能够使得液晶盒处的干涉条纹的光强沿同一方向逐渐变化，从而使得液晶盒内的聚合物分散液晶被干涉条纹曝光后，聚合物和液晶的分离程度沿同一方向逐渐变化，从而可以制备得到衍射效率沿同一方向递增或递减的聚合物分散液晶全息光栅。本实施例的制备系统，无需改变液晶盒的形状结构，仅需通过衰减片调制激光光束的光强分布，易于大规模制备衍射效率沿波导传输方向按所需曲线逐渐增大的聚合物分散液晶全息光栅。

上述第一设定曲线和上述第二设定曲线可以是各种曲线，具体可视光栅的衍射效率变化情况需要而定。例如，上述第一设定曲线和上述第二设定曲线可均为线性曲线，所制得的聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率可沿某一方向均匀递减或均匀递增。

图2是本发明一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的结构示意图。如图2所示，聚合物分散液晶全息光栅的制备系统可包括两个衰减片，例如包括衰减片510和衰减片520。

激光器100发射激光光束，扩束镜200对该激光光束进行扩束，分光棱镜300将扩束后的该激光光束分成第一分光光束和第二分光光束。第一反光镜410可以将该第一分光光束反射至液晶盒600上。第二反光镜420可以将该第二分光光束反射至该液晶盒600上。该液晶盒600接收该第一分光光束和该第二分光光束，该第一分光光束和该第二分光光束可以在该液晶盒600处发生干涉形成干涉条纹。该干涉条纹曝光该液晶盒600内的聚合物分散液晶，可使聚合物分散液晶内的聚合物和液晶相分离，形成聚合物分散液晶全息光栅。

其中一个衰减片510可设置于第一反光镜410和液晶盒600之间的光路上，用于调制例如衰减上述第一分光光束。另一个衰减片520可设置于第二反光镜420和液晶盒600之间的光路上，用于调制例如衰减上述第二分光光束。

经过衰减片510的第一分光光束的激光光强沿第一设定曲线A→B逐渐衰减，经过衰减片520的第二分光光束的激光光强沿第一设定曲线A→B逐渐衰减。衰减后的第一分光光束和衰减后的第二分光光束在液晶盒600处汇集并发生干涉，形成光强沿第二设定曲线A'→B'逐渐减小的干涉条纹。该干涉条纹可将液晶盒600内的聚合物分散液晶曝光成衍射效率沿第二设定曲线A'→B'递减的聚合物分散液晶光栅。

激光被衰减所沿的第一设定曲线A→B一般与衰减片对光线光强的衰减方向一致。本实施例中，衰减片的放置方向一致，所以第一分光光束的激光和第二分光光束的激光被衰减的方向均为第一设定曲线A→B的变化方向。第一分光光束和第二分光光束由于分别经过第一反光镜和第二反光镜反射，所以入射到液晶盒600上的第一分光光束的光强和第二分光光束的光强沿同一方向(第二设定曲线的变化方向)变化，即光强分布一致，从而第一分光光束和第二分光光束能够形成光强沿第二设定曲线A'→B'逐渐变化例如递减的干涉条纹。干涉条纹曝光液晶盒600内的聚合物分散液晶，使其形成衍射效率沿第二设定曲线A'→B'逐渐变化例如递减的聚合物分散液晶光栅。第二设定曲线A'→B'实质上可与第一设定曲线A→B相对应，换言之，第一设定曲线A→B可以决定第二设定曲线A'→B'。

图3是本发明另一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的结构示意图。如图3所示，本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统可包括两个衰减片，例如包括衰减片510和衰减520。本实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统与图2所示聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的区别主要在于，衰减片510和衰减片520所在光路的位置不同。具体而言，其中一个衰减片510不是设置于第一反光镜410和液晶盒600之间的光路上，而是设置于分光棱镜300和第一反光镜410之间的光路上，用于衰减上述第一分光光束。另一个衰减片520不是设置于第二反光镜420和液晶盒600之间的光路上，而是设置于分光棱镜300和第二反光镜420之间的光路上，用于衰减上述第二分光光束。

经过衰减片510调制的第一分光光束经由第一反光镜410反射到达液晶盒600，经过衰减片520调制的第二分光光束经由第二反光镜420反射到达液晶盒600，两光束在液晶盒600处汇集，同样可以形成光强沿第二设定曲线递减的干涉光束。

本实施例中，由于衰减片510、520设置在反光镜(第一反光镜410、4第二反光镜20)的前方，若要使得制备的聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率的递减方向仍沿第二设定曲线A'→B'，如图2和图3所示，图3中衰减片510、520的衰减方向相对于图2中衰减片510、520的衰减方向有所调整，例如衰减方向相反放置。

本发明各实施例中的衰减片510、520的衰减方向可以根据需要设置，只要能够使得分别经过衰减片510和衰减片520的两束激光在液晶盒600处的光强分布一致即可，例如均沿第二设定曲线A'→B'的曲线变化方向递减，或均沿第二设定曲线A'→B'的曲线变化方向的相反方向递减等。

图4是本发明又一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的结构示意图。如图4所示，本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统可仅包括一个衰减片530。该衰减片530可设置于扩束镜200和分光棱镜300之间的光路上，用于衰减扩束后的激光光束。再如图4所示，该聚合物分散液晶全息光栅的制备系统还包括第三反光镜430。该第三反光镜430设于分光棱镜300和第二反射镜420之间，用于将从分光棱镜300出射的第二分光光束反射至该第二反光镜420。该第一分光光束和该第二分光光束从分光棱镜300到液晶盒300经历的光程相同。

扩束后的激光光束可沿第一设定曲线A→B被逐渐衰减，衰减后的激光光束被分光棱镜300分成被衰减的第一分光光束和被衰减的第二分光光束。由于分光棱镜300的分光原理可知，沿同一方向衰减的激光光束被分光棱镜300分成的两束光的光强衰减方向不同。若被衰减的第二分光光束不经过第三反光镜430，而直接经由第二反光镜420反射至液晶盒600，此时，到达液晶盒600处的第二分光光束的光强的递减方向与经由第一反光镜410反射至液晶盒600的第一分光光束的光强的递减方向相反。例如，第二分光光束的光强递减方向为第二设定曲线A'→B'的曲线变化方向，而第一分光光束的光强递减方向为第二设定曲线A'→B'的曲线变化方向的反方向B'→A'。所以，本实施例中，利用第三反光镜430可调整第二分光光束的衰减方向及光强递减方向，以与第一分光光束的衰减方向一致。此外，可适当调整各反光镜(第一反光镜410、第二反光镜420、第三反光镜430)的位置，以使该第一分光光束和该第二分光光束从分光棱镜300到液晶盒300经历的光程相同，从而使该第一分光光束和该第二分光光束在液晶盒600处发生干涉。

在另一个实施例中，第三反光镜430可以设于分光棱镜300和第一反光镜410之间，将分光棱镜300出射的第一风光光束反射至第一反光镜410，此时，可在液晶盒上形成光强沿第二设定曲线A'→B'的曲线变化方向的相反方向递减的干涉条纹。

再一个实施例中，通过同时调换衰减片510和衰减片520的衰减方向，可以改变液晶盒600处干涉光束的光强递减方向，从而改变聚合物分散液晶光栅的衍射效率递减方向。

一个实施例中，上述聚合物分散液晶可包括：分别按照质量百分比1％：0.5％：11％：6％：45％：36.5％混合的光引发剂、协引发剂、交联剂、表面活化剂、聚合物及向列液晶。本实施例中，将光引发剂、协引发剂、交联剂、表面活化剂、聚合物、向列液晶等原材料按照质量百分比：1％：0.5％：11％：6％：45％：36.5％进行混合，并注入到两片透明导电玻璃中，可制得液晶盒。本发明实施例的液晶盒可以是现有的液晶盒，液晶盒形状无需发生变化，从而可以降低液晶盒的制备难度。

将液晶盒中的聚合物分散液晶置于具有衰减片的激光干涉光场中进行曝光，可以实现聚合物分散液晶中的液晶和聚合物的两相分离，液晶和聚合物的两相分离程度不同，可使聚合物分散液晶光栅的衍射效率不同。

一个实施例中，上述激光器可为各种波长的激光器。

一个实施例中，上述聚合物分散液晶全息光栅的制备系统还可包括至少一个步进电机，该步进电机可用于将上述衰减片移入或移出扩束镜和液晶盒之间的光路。各衰减片可使用各自的步进电机进行移动。例如，图2和图3所示的两块衰减片510和530可分别安装在两个步进电机上，驱动两个步进电机可将衰减片510、530移入或移出光路。当需要曝光制备耦合输入光栅时，不需要光栅衍射效率发生变化，可以利用步进电机将衰减片移出光路，从而使聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率一致。当需要曝光制备耦合输出光栅时，需要光栅的衍射效率沿波导传输方向均匀增加，此时，可利用步进电机将衰减片移入光路，从而使聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率沿上述第二设定曲线递减。该第二设定曲线的曲线变化方向可以是波导传输方向的反方向，具体可通过调整液晶盒曝光或使用时的放置方向，达到光栅衍射效率沿波导传输方向均匀增加的目的。

本实施例中，通过步进电机将衰减片移入或移出扩束镜和液晶盒之间的光路，可使得本发明的系统能够满足不同聚合物分散液晶全息光栅的制备，适用范围广。

一个实施例中，上述衰减片的透明度可沿上述第一设定曲线逐渐减小。通过设置透明度沿第一设定曲线逐渐减小的衰减片，可沿该第一设定曲线调制经过衰减片的激光光束，使得激光光束的光强第一设定曲线逐渐减小。

图5是本发明一实施例中衰减片的结构示意图。如图5所示，衰减片(510、520、530)可为表面沉积有厚度沿第一设定曲线A→B逐渐增大的金属镀膜501的透明基板502，例如石英玻璃。该金属镀膜501可以是各种一种或多种金属的镀膜，例如Fe、Ti、Ni等金属的镀膜。本实施例中，通过改变衰减片上金属膜的厚度可以调节衰减片对激光光束的衰减情况，例如衰减程度、衰减方向等。可通过溅射或者热蒸发等方法在透明基板502上沉积一层或者多层镀膜，例如金属膜层，激光通过衰减片的光强衰减量可由金属膜的厚度决定。

本发明各实施例中的衰减片涵盖各种能够沿特定方向调制激光光束按设定曲线逐渐变化的可见光衰减器。

图6是根据本发明一实施例的系统制备的聚合物分散液晶全息光栅的剖面示意图。经过如图5所示的衰减片衰减后的两束激光光束在液晶盒600处形成光强沿第二设定曲线A'→B'递减的干涉光，利用该干涉光曝光液晶盒600内的聚合物分散液晶，如图6所示，可使聚合物601和液晶602的分离程度沿第二设定曲线A'→B'逐渐减小，聚合物601可表示富聚合物区，液晶602可表示富液晶区602。

图7是本发明一实施例中衰减片制备装置的结构示意图。如图7所示，本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统还可包括衰减片制备装置。该衰减片制备装置可包括步进电机701和该掩膜板702。其中，该步进电机701用于带动衰减片的基板502沿上述第一设定曲线移动；该掩膜板702上设有沉积孔721，用于在基板502上沉积相应镀膜图案。根据预定的衰减片光线透过率曲线方程，可以确定沉积孔721在基板502上方各位置停留的时间，从而确定基板502上每个区域的镀膜时间，并由步进电机701带动基板721移动，使沉积孔721位于基板502上方的各个位置。

上述各实施例中，如图2至图7所示的第一设定曲线A→B和第二设定曲线A'→B'仅用带箭头直线示意性说明曲线的变化方向，并非限定第一设定曲线A→B和第二设定曲线A'→B'为线性变化曲线。在其他实施例中，第一设定曲线A→B和第二设定曲线A'→B'可以其他变化曲线，例如双曲线。

基于与图1所示的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统相同的发明构思，本发明还提供一种聚合物分散液晶全息光栅的制备方法。该聚合物分散液晶全息光栅的制备方法的实施方式和聚合物分散液晶全息光栅的制备系统的实施方式可相互参照，重复之处不再赘述。

图8是本发明一实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备方法的流程示意图。如图8所示，本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备方法，可包括步骤：

S110：激光器发射激光光束；

S120：扩束镜对所述激光光束进行扩束；

S130：分光棱镜将扩束后的所述激光光束分成第一分光光束和第二分光光束；

S140：第一反光镜和第二反光镜分别将所述第一分光光束和所述第二分光光束反射至液晶盒；

S160：至少一个衰减片沿第一设定曲线逐渐衰减经过所述衰减片的激光，所述衰减片设置在所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路上；

S170：所述液晶盒接收所述第一分光光束和所述第二分光光束，所述第一分光光束和所述第二分光光束发生干涉形成光强沿第二设定曲线递减的干涉条纹，曝光所述液晶盒内的聚合物分散液晶，形成衍射效率沿所述第二设定曲线递减的聚合物分散液晶全息光栅。

在上述步骤S160中，衰减片的个数可根据需要选择。衰减片可以设置在该扩束镜和该液晶盒之间光路上的多个不同位置，只要能够使得第一分光光束和第二分光光束两束激光汇集到液晶盒后具有同样的光强分布，且可在液晶盒处产生光强沿同一方向按设定曲线逐渐变化的干涉条纹即可，具体可视需要而定。例如，可以将衰减片设置在扩束镜和分光棱镜之间的光路上，或者衰减片设置在分光棱镜到反光镜(第一反光镜和第二反光镜)的光路上，或者衰减片设置在反光镜(第一反光镜和第二反光镜)到液晶盒的光路上。

在上述步骤S170中，上述第一设定曲线可根据衰减片的光强衰减方向确定。上述第二设定曲线与干涉光束的光强递减方向及制备得到的光栅的衍射效率递减方向一致，与上述第一设定曲线相对应。

一个实施例中，上述衰减片可以利用步进电机移入或移出光路，以分别制备衍射效率均匀或衍射效率沿同一方向递减或按设定曲线递减的光栅，可分别作为耦合输入光栅和耦合输出光栅。

图9是本发明一实施例中制备衰减片的方法流程示意图。如图9所示，制备衰减片的方法，可包括步骤：

S210：根据预定光线透过率曲线方程确定透明基板上多个沉积位置在掩膜板沉积孔下方的停留时间；

S220：利用步进电机移动所述透明基板，以使所述沉积位置到达所述掩膜板沉积孔下方；

S230：根据所述停留时间，利用溅射或热蒸发方法在所述沉积位置沉积金属膜层。

另一个实施例中，在步骤S220之前，可先在透明基板的两面镀上增透膜，再镀金属膜层，以此可保证衰减片对经过其的光线0dB的衰减。

在透明基本例如玻璃基底上，通过溅射或者热蒸发一层或者多层金属膜可制备得到衰减片，衰减片对光线的衰减量由金属膜的厚度决定。一个实施例中，可选择钛靶溅射沉积在1550nm附近具有较小色散的钛金属膜层作为光衰减层，基板可为玻璃片，材质一般可为石英，被仔细清洗后可在两面镀上增透膜以保证0dB的衰减。根据预想的透过率曲线方程，来决定在每个区域金属镀膜的时间，玻璃基底可由步进电机来带动移动。

本发明实施例的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统及方法，通过衰减片控制曝光光束的光强来控制聚合物和液晶的分离程度，能够制备衍射效率沿波导传输方向递增的聚合物分散液晶全息光栅。本发明不需要改变液晶盒的形状，且衰减片容易制备，所以能够实现衍射效率按设定曲线逐渐变化的聚合物分散液晶全息光栅的大规模制备。本发明通过调节曝光光强控制光栅衍射效率的变化，而不是通过调节曝光时间控制光栅衍射效率的变化，所以可以避免控制复杂、光栅制备周期增长的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

以上所述的具体实施例，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例而已，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 (9)

1.一种聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，包括：

激光器，用于发射激光光束；

扩束镜，用于对所述激光光束进行扩束；

分光棱镜，用于将扩束后的所述激光光束分成第一分光光束和第二分光光束；

第一反光镜，用于将所述第一分光光束反射至液晶盒；

第二反光镜，用于将所述第二分光光束反射至所述液晶盒；

所述液晶盒，接收所述第一分光光束和所述第二分光光束，所述第一分光光束和所述第二分光光束形成干涉条纹，曝光所述液晶盒内的聚合物分散液晶，形成聚合物分散液晶全息光栅；

至少一个衰减片，设置在所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路上，用于沿第一设定曲线逐渐衰减经过所述衰减片的激光，使所述聚合物分散液晶全息光栅的衍射效率沿第二设定曲线递减。

2.如权利要求1所述的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，所述系统包括两个所述衰减片；其中一个所述衰减片设置于所述第一反光镜和所述液晶盒之间的光路上，用于衰减所述第一分光光束，另一个所述衰减片设置于所述第二反光镜和所述液晶盒之间的光路上，用于衰减所述第二分光光束。

3.如权利要求1所述的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，所述系统包括两个所述衰减片；其中一个所述衰减片设置于所述分光棱镜和所述第一反光镜之间的光路上，用于衰减所述第一分光光束，另一个所述衰减片设置于所述分光棱镜和所述第二反光镜之间的光路上，用于衰减所述第二分光光束。

4.如权利要求1所述的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，所述系统包括一个所述衰减片，设置于所述扩束镜和所述分光棱镜之间的光路上，用于衰减扩束后的所述激光光束；所述系统还包括第三反光镜，设于所述分光棱镜和所述第二反射镜之间，用于将从所述分光棱镜出射的所述第二分光光束反射至所述第二反光镜；所述第一分光光束和所述第二分光光束从所述分光棱镜到所述液晶盒经历的光程相同。

5.如权利要求1所述的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，所述聚合物分散液晶包括：分别按照质量百分比1％：0.5％：11％：6％：45％：36.5％混合的光引发剂、协引发剂、交联剂、表面活化剂、聚合物及向列液晶。

6.如权利要求1所述的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个步进电机，用于将所述衰减片移入或移出所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路。

7.如权利要求1所述的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，所述衰减片的透明度沿所述第一设定曲线逐渐减小。

8.如权利要求7所述的聚合物分散液晶全息光栅的制备系统，其特征在于，所述衰减片为表面沉积有厚度沿所述第一设定曲线逐渐增大的金属镀膜的透明基板。

9.一种聚合物分散液晶全息光栅的制备方法，其特征在于，包括：

激光器发射激光光束；

扩束镜对所述激光光束进行扩束；

分光棱镜将扩束后的所述激光光束分成第一分光光束和第二分光光束；

第一反光镜和第二反光镜分别将所述第一分光光束和所述第二分光光束反射至液晶盒；

至少一个衰减片沿第一设定曲线逐渐衰减经过所述衰减片的激光，所述衰减片设置在所述扩束镜和所述液晶盒之间的光路上；

所述液晶盒接收所述第一分光光束和所述第二分光光束，所述第一分光光束和所述第二分光光束发生干涉形成光强沿第二设定曲线递减的干涉条纹，曝光所述液晶盒内的聚合物分散液晶，形成衍射效率沿所述第二设定曲线递减的聚合物分散液晶全息光栅。