CN110320672A - 一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统 - Google Patents

一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110320672A
CN110320672A CN201910609381.6A CN201910609381A CN110320672A CN 110320672 A CN110320672 A CN 110320672A CN 201910609381 A CN201910609381 A CN 201910609381A CN 110320672 A CN110320672 A CN 110320672A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
terahertz
liquid crystal
vortex
photogenerator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910609381.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110320672B (zh
Inventor
胡伟
沈志雄
葛士军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Ningzhi Optical Technology Co Ltd
Suzhou Crystal Optical Technology Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Ningzhi Optical Technology Co Ltd
Suzhou Crystal Optical Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Ningzhi Optical Technology Co Ltd, Suzhou Crystal Optical Technology Co Ltd filed Critical Nanjing Ningzhi Optical Technology Co Ltd
Priority to CN201910609381.6A priority Critical patent/CN110320672B/zh
Publication of CN110320672A publication Critical patent/CN110320672A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110320672B publication Critical patent/CN110320672B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3016—Polarising elements involving passive liquid crystal elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统。其中太赫兹涡旋光产生器包括一液晶聚合物膜；液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°‑180°渐变分布，以形成产生涡旋光所需要的螺旋相位模板。本发明实施例提供的太赫兹涡旋光产生器，具有宽波段适用、小型化易集成、高效简便、成本低、轻薄化的特点，在太赫兹模式复用通信等方面有着极大的应用潜力。

Description

一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统
技术领域
本发明实施例涉及太赫兹光电子技术，尤其涉及一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统。
背景技术
涡旋光束是一种具有螺旋型波前和中心相位奇点的特殊光束。光束围绕相位奇点呈现的螺旋型波前特性可以用拓扑核数m表示，m的大小对应沿着光束传播方向一个光学波长内相位旋转的圈数。近年来，涡旋光束因其独特性质和广阔应用前景受到了极大地关注。这种携带有轨道角动量(OAM)的特殊光束可以用于粒子操控光镊、基于OAM模式复用的大容量光通讯、激光微加工、超分辨显微成像、量子测量、编码等领域。
近几年来，无线通信端的数据传输量出现了爆炸式增长，预计到2020年会达到每个月41艾字节(EB)的量级。现今商用的微波通信技术，由于通信频段较窄，逐渐无法满足如此巨大的数据传输量需求，因此通信频段不可避免地向长波段(例如太赫兹波段)移动。太赫兹波是频率在0.1-10THz(对应波长为30μm-3000μm)之间的电磁波，因其独特的性质，使得太赫兹技术在安全检查、生物医学和高速无线通信等诸多领域具有广阔的应用前景。使用模分复用技术(MDM)能极大地提高通信容量，太赫兹涡旋光束由于其具有理论上无限的OAM模式数量在太赫兹无线通信上具有广阔的应用前景。目前产生太赫兹涡旋光束的方法有几种，例如聚合物螺旋相位板、设计有V型天线的超颖表面、拼接不同光轴方向的半波片以及液晶q波片等。这些产生方法的弊端在于器件的大型化、加工困难、效率低等方面，迫切地需要一种高效简便、低成本、轻薄化的器件产生太赫兹涡旋光束。
发明内容
本发明实施例提供一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统，以产生太赫兹涡旋光束，该太赫兹涡旋光产生器具有宽波段适用、小型化易集成、高效简便、成本低、轻薄化的特点。
第一方面，本发明实施例提供一种太赫兹涡旋光产生器，包括一液晶聚合物膜；
所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生涡旋光所需要的螺旋相位模板。
可选的，所述液晶聚合物膜的厚度d满足：
150μm≤d≤500μm。
第二方面，本发明实施例还提供一种太赫兹涡旋光产生系统，包括上述的太赫兹涡旋光产生器，还包括：
光导天线，所述光导天线用于产生线偏振太赫兹光束；
金属抛物面镜，所述金属抛物面镜的镜面位于所述光导天线的出射光路上，所述金属抛物面镜用于对所述线偏振太赫兹光束进行汇聚和准直；
斩波器，所述斩波器用于将线偏振太赫兹光束转换为脉冲光；
第一四分之一波片，所述第一四分之一波片用于将线偏振太赫兹光束转换成圆偏振太赫兹光束；
所述太赫兹涡旋光产生器用于将所述圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹涡旋光束；
第二四分之一波片，所述第二四分之一波片用于将圆偏振太赫兹光束转换为线偏振太赫兹光束；
光导天线探针，所述光导天线探针用于探测太赫兹涡旋光束；
其中，所述斩波器、所述第一四分之一波片、所述太赫兹涡旋光产生器、所述第二四分之一波片以及所述光导天线探针与所述金属抛物面镜共光轴，且沿所述金属抛物面镜出射光方向依次排列。
第三方面，本发明实施例还提供一种太赫兹涡旋光产生器的制备方法，包括：
提供第一基板和第二基板；
分别在所述第一基板一侧和所述第二基板一侧形成光控取向膜；
在所述第一基板设置所述光控取向膜的一侧形成间隔子，并将所述第二基板与所述第一基板封装，所述第二基板设置有所述光控取向膜的一侧朝向所述第一基板；
对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成具有分子指向矢在角方向呈周期性0°-180°连续渐变分布的控制图形；
在所述第一基板和第二基板之间灌注液晶聚合物前体，所述控制图形控制所述液晶聚合物前体中液晶分子指向矢在角方向呈周期性0°-180°连续渐变分布；
对所述液晶聚合物前体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前体形成所述液晶聚合物膜。
可选的，在对所述液晶聚合物前体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前体形成所述液晶聚合物膜之后，还包括：
将所述第一基板和第二基板分离，取出所述液晶聚合物膜。
可选的，分别在所述第一基板一侧和所述第二基板一侧形成光控取向膜之前，还包括：
对所述第一基板和所述第二基板进行预处理；
所述预处理包括：将所述第一基板和所述第二基板用洗液超声清洗20-40分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各8-10分钟，然后在100℃-120℃烘箱中烘干40-60分钟，最后进行紫外光臭氧清洗30-45分钟。
可选的，所述第一基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种；
所述第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种。
可选的，在所述第一基板和第二基板之间灌注液晶聚合物前体时的温度为130℃-150℃。
可选的，对所述液晶聚合物前体进行紫外光照射的时间为20-30分钟，紫外光的功率为12mW/cm2-15mW/cm2。
可选的，所述液晶聚合物前体还包括光引发剂，所述光引发剂用于催化所述液晶聚合物前体在紫外光照射下聚合。
本发明实施例提供的太赫兹涡旋光产生器，包括一液晶聚合物膜；液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生涡旋光所需要的螺旋相位模板。通过使液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°-180°渐变分布，入射的圆偏振太赫兹光经过该液晶聚合物膜后，出射的正交圆偏振太赫兹光会产生螺旋型相位调制，衍射出太赫兹涡旋光，并且该调制效果可以覆盖较宽的太赫兹频率范围。该太赫兹涡旋光产生器具有宽波段适用、小型化易集成、高效简便、成本低、轻薄化的特点，在太赫兹模式复用通信等方面有着极大的应用潜力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器中液晶分子指向矢分布模拟示意图；
图2是本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的正交偏光显微镜照片；
图3是本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的相位分布模拟示意图；
图4是本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生系统的结构示意图；
图5是图2中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布示意图；
图6是图5中白色虚线标示出的横向(Ix)和纵向(Iy)的强度分布图；
图7是图2中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹远场相位分布图；
图8是图7中白色虚线圆圈标示出的角向的相位变化分布图；
图9是图2中的太赫兹涡旋光产生器在不同太赫兹频率下产生涡旋光的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布图；
图10是图2中的太赫兹涡旋光产生器在不同太赫兹频率下产生涡旋光的归一化太赫兹远场相位分布图；
图11是本发明实施例提供的一种能够产生拓扑核数m＝2的太赫兹涡旋光产生器的正交偏光显微镜照片；
图12是图11中的太赫兹涡旋光产生器的相位和液晶指向失分布模拟图；
图13是图11中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布图；
图14是图11中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场相位分布图；
图15是本发明实施例例提供的一种能够产生拓扑核数m＝4的太赫兹涡旋光产生器的正交偏光显微镜照片；
图16是图15中的太赫兹涡旋光产生器的相位和液晶指向失分布模拟图；
图17是图15中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布图；
图18是图15中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场相位分布图；
图19是本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的制备方法的流程示意图；
图20是本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的制备方法的结构流程示意图。
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。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种太赫兹涡旋光产生器，包括一液晶聚合物膜；液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生涡旋光所需要的螺旋相位模板。
可以理解的是，液晶聚合物是一种可聚合的液晶材料，它的内部液晶分子指向矢在紫外光照聚合之后可以保留固定下来，形成各种特定功能的几何相位型光学元件，例如透镜、光栅、涡旋光产生器等。同时，液晶的双折射具有宽波段的特性，从可见光波段一直延伸到太赫兹甚至微波波段，为基于液晶聚合物的太赫兹功能器件的开发提供了可能性。这类太赫兹功能器件具有平面化、柔性等特点，能够实现高集成度的同时具有可调性的功能设计。
示例性的，图1所示为本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器中液晶分子指向矢分布模拟示意图。参考图1，液晶分子指向矢沿角方向θ呈周期性0°-180°渐变分布，图1中示例性的示出了一个周期的0°-180°渐变，以x方向为起始，液晶分子指向矢与x方向夹角为0°，沿逆时针方向，液晶分子指向矢与x方向夹角逐渐增大，逆时针旋转一周(360°)时，液晶分子指向矢与x方向夹角为180°，这种方向在角向连续渐变分布的指向失可以形成产生涡旋光所需要的螺旋相位模板。在本实施例中，对于入射的左旋圆偏振光，出射的右旋圆偏振成分会产生拓扑核数为正的涡旋光束；对于入射的右旋圆偏振光，出射的左旋圆偏振成分会产生拓扑核数为负的涡旋光束。在本实施例中，所设计的拓扑核数m＝±1。在其他实施例中，可以设计角方向旋转一周时液晶分子指向矢呈多个周期从0°-180°渐变分布，从而设计出高阶拓扑核数的太赫兹涡旋光产生器。
图2所示为本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的正交偏光显微镜照片。参考图2，在本实施例中，照片亮度随着方位角θ方向在360°内呈现连续的亮度变化。这种强度变化是液晶指向失连续变化的结果，图2中由暗到亮再到暗表示液晶指向矢方向从0°渐变为90°。整个强度的变化和图1中的理论液晶指向失分布相吻合。图3所示为本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的相位分布模拟示意图，该模拟图和图1以及图2中的结果相吻合。
本实施例的技术方案，通过使液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°-180°渐变分布，入射的圆偏振太赫兹光经过该液晶聚合物膜后，出射的正交圆偏振太赫兹光会产生螺旋型相位调制，衍射出太赫兹涡旋光，并且该调制效果可以覆盖较宽的太赫兹频率范围。该太赫兹涡旋光产生器具有宽波段适用、小型化易集成、高效简便、成本低、轻薄化的特点，在太赫兹模式复用通信等方面有着极大的应用潜力。
在上述技术方案的基础上，可选的，液晶聚合物膜的厚度d满足：
150μm≤d≤500μm。
可以理解的是，由于相位延迟条件其中Δn表示液晶分子的双折射率差，d表示液晶聚合物膜的厚度，在特定波长λ处，需要满足半波条件才能使几何相位光学元件的工作效率达到最大。对于本实施例中的太赫兹涡旋光产生器，膜厚度d的理论优选值为1000μm，如果d小于这个值，涡旋产生效率会逐渐降低。然而在1000μm厚度下液晶层的取向效果会变得较差，因此在本实施例中，液晶聚合物膜的厚度可设计在150μm-500μm，当d小于150μm时，由于经过该器件的太赫兹波的相位累积远远未达到太赫兹波段的半波条件，器件的效率很低；当d大于500μm时，厚度太大会导致中间层液晶的取向效果较差，影响器件使用。进一步的，液晶聚合物膜厚度d的优选值350μm，在该厚度下取向效果较好，并且有较高的涡旋光产生效率。
图4所示为本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生系统的结构示意图。参考图4，本实施例提供的太赫兹涡旋光产生系统包括上述实施例提供的太赫兹涡旋光产生器5，还包括：光导天线1，光导天线1用于产生线偏振太赫兹光束；金属抛物面镜2，金属抛物面镜2的镜面位于光导天线1的出射光路上，金属抛物面镜2用于对线偏振太赫兹光束进行汇聚和准直；斩波器3，斩波器3用于将线偏振太赫兹光束转换为脉冲光；第一四分之一波片4，第一四分之一波片4用于将线偏振太赫兹光束转换成圆偏振太赫兹光束；太赫兹涡旋光产生器5用于将圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹涡旋光束；第二四分之一波片6，第二四分之一波片6用于将圆偏振太赫兹光束转换为线偏振太赫兹光束；光导天线探针7，光导天线探针7用于探测太赫兹涡旋光束；其中，斩波器3、第一四分之一波片4、太赫兹涡旋光产生器5、第二四分之一波片6以及光导天线探针7与金属抛物面镜2共光轴，且沿金属抛物面镜2出射光方向依次排列。
本实施例提供的太赫兹涡旋光产生系统为太赫兹近场显微成像系统，斩波器3的工作频率可以为375Hz，用于将线偏振太赫兹光束转换为脉冲光，从而使光导天线探针7多次测量，提高测量准确性。
以下为通过图4所示的太赫兹涡旋光产生系统测量结果，图5所示图2中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布示意图，图6为图5中白色虚线标示出的横向(Ix)和纵向(Iy)的强度分布图。图5中对应的太赫兹频率为1.0THz，由图5可知，本实施例产生的太赫兹涡旋光束的强度呈环形分布，中心强度由于相位奇点的存在呈明显的暗斑，符合涡旋光束的强度分布特点。
图7所示为图2中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹远场相位分布图，图8为图7中白色虚线圆圈标示出的角向的相位变化分布图。图7中对应的太赫兹频率为1.0THz，由图7可知，本实施例产生的太赫兹涡旋光束的相位在角向连续渐变分布，由0°变化到180°，与设计的拓扑核数m＝1相吻合。图8定量地给出了角向连续变化的相位分布，与理论上的线性变化关系基本吻合。
图9所示为图2中的太赫兹涡旋光产生器在不同太赫兹频率下产生涡旋光的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布图，图9中(a)、(b)、(c)、(d)对应的太赫兹频率依次为0.6THz、0.8THz、1.0THz和1.2THz。由图9可知，涡旋光的产生表现出宽波段的特性，这是由于液晶的宽波段双折射特性带来的螺旋相位调制具有频率无依赖的特点。在本实施例中液晶聚合物的厚度固定为350μm，因此对不同频率太赫兹光束的产生涡旋光的效率不同，在低频时效率较低，这解释了图9中0.6THz产生的涡旋质量较差，而频率升高后涡旋质量逐渐趋近于理想情况。由图9还可以观察到随着频率的增大，涡旋的半径逐渐减小，这是由于频率增大时，该器件的衍射角逐渐减小所致。
图10所示为图2中的太赫兹涡旋光产生器在不同太赫兹频率下产生涡旋光的归一化太赫兹远场相位分布图，图10中(a)、(b)、(c)、(d)对应的太赫兹频率依次为0.6THz、0.8THz、1.0THz和1.2THz。由图10可知，在宽波段内产生的太赫兹涡旋光束的相位在角向连续渐变分布，由0°变化到180°，与设计的拓扑核数m＝1相吻合。
本发明实施例还提供一种可以产生高阶拓扑核数的太赫兹涡旋光产生器。由于可以对光控取向层进行灵活的取向设计，因此能制备任意拓扑核数的太赫兹涡旋光产生器(例如m＝2、3、4、5……)。示例性的，在本实施例中，提供了m＝2和m＝4两种不同拓扑核的太赫兹涡旋产生器示例。
图11所示为本发明实施例提供的一种能够产生拓扑核数m＝2的太赫兹涡旋光产生器的正交偏光显微镜照片，图12所示为图11中的太赫兹涡旋光产生器的相位和液晶指向失分布模拟图，图13所示为图11中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布图，图14所示为图11中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场相位分布图，图13和图14对应的太赫兹频率为1.0THz。图12中短线表示液晶分子指向矢方向，由图11和图12可知，液晶的取向方向分布和理论情况基本吻合。由图13和图14可知，测得的强度和相位图也验证了拓扑核数m＝2的涡旋光束的基本特征。在图13所示强度图中，环形的光斑存在一个缺口，可能是实验制备上该区域液晶存在位错线引起的。
图15所示为本发明实施例提供的一种能够产生拓扑核数m＝4的太赫兹涡旋光产生器的正交偏光显微镜照片，图16所示为图15中的太赫兹涡旋光产生器的相位和液晶指向失分布模拟图，图17所示为图15中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场强度分布图，图18所示为图15中的太赫兹涡旋光产生器产生的归一化太赫兹涡旋光远场相位分布图，图17和图18对应的太赫兹频率为1.0THz。由图15和图16可知，液晶的取向方向分布和理论情况基本吻合。由图17和图18可知，测得的强度和相位图也验证了拓扑核数m＝4的涡旋光束的基本特征。
本实施例提供的基于液晶聚合物的宽波段适用的太赫兹涡旋光产生器，具有宽波段适用、小型化易集成的特点。相比于现有的聚合物、石英晶体和超颖材料制备的太赫兹涡旋光产生器具有明显的优势。通过灵活的曝光图案设计，可以制备出不同拓扑核数的液晶聚合物太赫兹涡旋光产生器或其阵列，在太赫兹无线通讯等领域有很大的应用潜力。
图19所示为本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的制备方法的流程示意图，图20所示为本发明实施例提供的一种太赫兹涡旋光产生器的制备方法的结构流程示意图。参考图19和图20，本实施例提供的制备方法包括：
步骤S110、提供第一基板10和第二基板20。
步骤S120、分别在第一基板10一侧和第二基板20一侧形成光控取向膜30。
步骤S130、在第一基板10设置光控取向膜30的一侧形成间隔子40，并将第二基板20与第一基板10封装，第二基板20设置有光控取向膜30的一侧朝向第一基板10。
步骤S140、对光控取向膜30进行多步重叠曝光，以形成具有指向矢在角方向呈周期性0°-180°连续渐变分布的控制图形。
步骤S150、在第一基板10和第二基板20之间灌注液晶聚合物前体50，控制图形控制液晶聚合物前体50中液晶分子指向矢在角方向呈周期性0°-180°连续渐变分布。
步骤S160、对液晶聚合物前体50进行紫外光照射，以使液晶聚合物前体50形成液晶聚合物膜。
本实施例提供的制备方法制备的太赫兹涡旋光产生器，通过使液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°-180°渐变分布，入射的圆偏振太赫兹光经过该液晶聚合物膜后，出射的正交圆偏振太赫兹光会产生螺旋型相位调制，衍射出太赫兹涡旋光，并且该调制效果可以覆盖较宽的太赫兹频率范围。该太赫兹涡旋光产生器具有宽波段适用、小型化易集成、高效简便、成本低、轻薄化的特点，在太赫兹模式复用通信等方面有着极大的应用潜力。
在上述技术方案的基础上，可选的，在对液晶聚合物前体进行紫外光照射，以使液晶聚合物前体形成液晶聚合物膜之后，还包括：
将第一基板和第二基板分离，取出液晶聚合物膜。
可以理解的是，本发明实施例提供的太赫兹涡旋光产生器包括上述步骤中形成的液晶聚合物膜，由于液晶聚合物前体聚合时液晶分子按照控制图形的分子指向矢排列并固定，因此可以去除第一基板、第二基板以及光控取向膜。
可选的，分别在第一基板一侧和第二基板一侧形成光控取向膜之前，还包括：
对第一基板和第二基板进行预处理；其中预处理包括：将第一基板和第二基板用洗液超声清洗20-40分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各8-10分钟，然后在100℃-120℃烘箱中烘干40-60分钟，最后进行紫外光臭氧清洗30-45分钟。
通过对第一基板和第二基板进行预处理清洗，可以提高光控取向膜的成膜质量，在本实施例中，可选的，清洗第一基板和第二基板的洗液可以为丙酮和/或酒精。
可选的，第一基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种；第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种。
本实施例中，由于需要对液晶聚合物前体进行紫外照射，需要选用对紫外光具有高透射率的基板，第一基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种；第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种，优选为石英玻璃。
可选的，在第一基板和第二基板之间灌注液晶聚合物前体时的温度为130℃-150℃。灌注液晶聚合物前体时需要液晶聚合物前体具有良好的流动性，本实施例中液晶聚合物前体选用丙烯酸酯类液晶RM257，灌注温度可以为130℃-150℃，优选为140℃。
可选的，对液晶聚合物前体进行紫外光照射的时间为20-30分钟，紫外光的功率为12mW/cm2-15mW/cm2。本实施例中，选用紫外光的中心波长为365nm。
可选的，液晶聚合物前体还包括光引发剂，光引发剂用于催化液晶聚合物前体在紫外光照射下聚合。本实施例中，光引发剂选用二苯甲酮，光引发剂和液晶聚合物前体的质量配比为1％:99％。
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)

1.一种太赫兹涡旋光产生器，其特征在于，包括一液晶聚合物膜；
所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢沿角方向呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生涡旋光所需要的螺旋相位模板。
2.根据权利要求1所述的太赫兹涡旋光产生器，其特征在于，所述液晶聚合物膜的厚度d满足：
150μm≤d≤500μm。
3.一种太赫兹涡旋光产生系统，其特征在于，包括权利要求1或2所述的太赫兹涡旋光产生器，还包括：
光导天线，所述光导天线用于产生线偏振太赫兹光束；
金属抛物面镜，所述金属抛物面镜的镜面位于所述光导天线的出射光路上，所述金属抛物面镜用于对所述线偏振太赫兹光束进行汇聚和准直；
斩波器，所述斩波器用于将线偏振太赫兹光束转换为脉冲光；
第一四分之一波片，所述第一四分之一波片用于将线偏振太赫兹光束转换成圆偏振太赫兹光束；
所述太赫兹涡旋光产生器用于将所述圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹涡旋光束；
第二四分之一波片，所述第二四分之一波片用于将圆偏振太赫兹光束转换为线偏振太赫兹光束；
光导天线探针，所述光导天线探针用于探测太赫兹涡旋光束；
其中，所述斩波器、所述第一四分之一波片、所述太赫兹涡旋光产生器、所述第二四分之一波片以及所述光导天线探针与所述金属抛物面镜共光轴，且沿所述金属抛物面镜出射光方向依次排列。
4.一种太赫兹涡旋光产生器的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一基板和第二基板；
分别在所述第一基板一侧和所述第二基板一侧形成光控取向膜；
在所述第一基板设置所述光控取向膜的一侧形成间隔子，并将所述第二基板与所述第一基板封装，所述第二基板设置有所述光控取向膜的一侧朝向所述第一基板；
对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成具有分子指向矢在角方向呈周期性0°-180°连续渐变分布的控制图形；
在所述第一基板和第二基板之间灌注液晶聚合物前体，所述控制图形控制所述液晶聚合物前体中液晶分子指向矢在角方向呈周期性0°-180°连续渐变分布；
对所述液晶聚合物前体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前体形成所述液晶聚合物膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在对所述液晶聚合物前体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前体形成所述液晶聚合物膜之后，还包括：
将所述第一基板和第二基板分离，取出所述液晶聚合物膜。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，分别在所述第一基板一侧和所述第二基板一侧形成光控取向膜之前，还包括：
对所述第一基板和所述第二基板进行预处理；
所述预处理包括：将所述第一基板和所述第二基板用洗液超声清洗20-40分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各8-10分钟，然后在100℃-120℃烘箱中烘干40-60分钟，最后进行紫外光臭氧清洗30-45分钟。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种；
所述第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述第一基板和第二基板之间灌注液晶聚合物前体时的温度为130℃-150℃。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对所述液晶聚合物前体进行紫外光照射的时间为20-30分钟，紫外光的功率为12mW/cm2-15mW/cm2。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述液晶聚合物前体还包括光引发剂，所述光引发剂用于催化所述液晶聚合物前体在紫外光照射下聚合。
CN201910609381.6A 2019-07-08 2019-07-08 一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统 Active CN110320672B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910609381.6A CN110320672B (zh) 2019-07-08 2019-07-08 一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910609381.6A CN110320672B (zh) 2019-07-08 2019-07-08 一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110320672A true CN110320672A (zh) 2019-10-11
CN110320672B CN110320672B (zh) 2022-05-17

Family

ID=68123052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910609381.6A Active CN110320672B (zh) 2019-07-08 2019-07-08 一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110320672B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111239882A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 南京大学 一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统
CN111399262A (zh) * 2020-04-27 2020-07-10 南京南辉智能光学感控研究院有限公司 一种可调太赫兹透镜及其制备方法和应用
CN112909721A (zh) * 2021-01-25 2021-06-04 北京理工大学 一种腔内同时调控激光横模和纵模的方法与系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030090618A1 (en) * 2000-12-20 2003-05-15 Keiji Kashima Circularly-polarized-light extraction optical element and method of manufacturing the optical element
US20080226844A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-18 Jds Uniphase Corporation Space-Variant Liquid Crystal Waveplate
US20160107888A1 (en) * 2013-05-10 2016-04-21 National University Corporation Chiba University Method for producing organic helical structure, and organic helical structure produced using said method
CN106533574A (zh) * 2016-12-26 2017-03-22 华中科技大学 一种太赫兹涡旋光束轨道角动量态的解调装置和方法
CN107085309A (zh) * 2017-05-03 2017-08-22 中国人民解放军陆军军官学院 基于一螺旋波片板产生多种高功率柱矢量偏振光束的方法
CN108535931A (zh) * 2018-03-30 2018-09-14 西北工业大学 液晶相位板、制备方法和艾里涡旋矢量光产生测试系统
CN109164643A (zh) * 2018-09-21 2019-01-08 苏州晶萃光学科技有限公司 一种完美涡旋光产生器及其制备方法
US10323934B1 (en) * 2018-04-02 2019-06-18 Northrop Grumman Systems Corporation Optical protractor to measure roll angle on a static surface and rotating surface

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030090618A1 (en) * 2000-12-20 2003-05-15 Keiji Kashima Circularly-polarized-light extraction optical element and method of manufacturing the optical element
US20080226844A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-18 Jds Uniphase Corporation Space-Variant Liquid Crystal Waveplate
US20160107888A1 (en) * 2013-05-10 2016-04-21 National University Corporation Chiba University Method for producing organic helical structure, and organic helical structure produced using said method
CN106533574A (zh) * 2016-12-26 2017-03-22 华中科技大学 一种太赫兹涡旋光束轨道角动量态的解调装置和方法
CN107085309A (zh) * 2017-05-03 2017-08-22 中国人民解放军陆军军官学院 基于一螺旋波片板产生多种高功率柱矢量偏振光束的方法
CN108535931A (zh) * 2018-03-30 2018-09-14 西北工业大学 液晶相位板、制备方法和艾里涡旋矢量光产生测试系统
US10323934B1 (en) * 2018-04-02 2019-06-18 Northrop Grumman Systems Corporation Optical protractor to measure roll angle on a static surface and rotating surface
CN109164643A (zh) * 2018-09-21 2019-01-08 苏州晶萃光学科技有限公司 一种完美涡旋光产生器及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111239882A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 南京大学 一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统
CN111239882B (zh) * 2020-01-15 2021-09-28 南京大学 一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统
CN111399262A (zh) * 2020-04-27 2020-07-10 南京南辉智能光学感控研究院有限公司 一种可调太赫兹透镜及其制备方法和应用
CN111399262B (zh) * 2020-04-27 2023-10-31 南京南辉智能光学感控研究院有限公司 一种可调太赫兹透镜及其制备方法和应用
CN112909721A (zh) * 2021-01-25 2021-06-04 北京理工大学 一种腔内同时调控激光横模和纵模的方法与系统
CN112909721B (zh) * 2021-01-25 2022-01-04 北京理工大学 一种腔内同时调控激光横模和纵模的方法与系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110320672B (zh) 2022-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110320672A (zh) 一种太赫兹涡旋光产生器、制备方法及产生系统
CN105629364B (zh) 一种波长选择型超表面器件
CN108957876A (zh) 一种可调太赫兹波前调制器及其制备方法
Ju et al. Ultra‐broadband high‐efficiency Airy optical beams generated with all‐silicon metasurfaces
CN108535931B (zh) 液晶相位板、制备方法和艾里涡旋矢量光产生测试系统
Gallacher et al. Optical modulation of millimeter-wave beams using a semiconductor substrate
Liu et al. Conformal polarization conversion metasurface for omni-directional circular polarization antenna application
CN109167171B (zh) 基于pb结构的高效透射型涡旋光产生器的设计方法
CN110196462A (zh) 一种太赫兹透镜、其制备方法及包含其的太赫兹光学系统
CN113381277A (zh) 手性超材料的圆偏振激光器
Wang et al. Selective excitation of resonances in gammadion metamaterials for terahertz wave manipulation
CN113378372A (zh) 一种太赫兹涡旋处理器的设计方法及其所得产品与应用
Cueff et al. Tailoring the local density of optical states and directionality of light emission by symmetry breaking
WO2016054803A1 (zh) 涡旋光束产生方法、器件及其制备方法
Yi et al. All-dielectric transformed material for microwave broadband orbital angular momentum vortex beam
Li et al. High-purity multi-mode vortex beam generation with full complex-amplitude-controllable metasurface
RU184941U1 (ru) Диэлектрическая отражательная антенная решетка
JP2004538630A (ja) ＴＨｚ放射の発生デバイス
WO2022088203A1 (zh) 一种可调太赫兹信号偏折器及其制备方法
CN111239882B (zh) 一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统
Guo et al. Analysis and design of a broadband metasurface-based vortex beam generator
CN207234145U (zh) 间距可调的双等离子体产生高强度太赫兹波的系统
Sun et al. Controlling conical beam carrying orbital angular momentum with transmissive metasurface
Fan et al. Terahertz meta-polarizers for simultaneous control of the amplitude, phase, and polarization
CN112968292B (zh) 可调太赫兹器件及可调天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 211100 room 1218, 12 / F, building B, qiaomeng garden, Nanjing, Jiangsu, No. 100, Tianjiao Road, Qilin science and Technology Innovation Park, Nanjing, Jiangsu

Applicant after: Nanjing jingcui Optical Technology Co.,Ltd.

Applicant after: Nanjing ningcui Optical Technology Co., Ltd

Address before: 215500 No. 128 Huangpujiang Road, Changshu High-tech Industrial Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant before: SUZHOU JINGCUI OPTICAL TECHNOLOGY CO.,LTD.

Applicant before: Nanjing ningcui Optical Technology Co., Ltd

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant