CN110412808A - 一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置。光束偏折器件包括相对设置的第一基板和第二基板，以及光敏胆甾相液晶层；第一基板与第二基板间设有间隔粒子，以支撑液晶层；第一基板近邻液晶层的一侧设有第一取向膜，第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°‑180°周期性渐变的第一控制图形；第二基板近邻液晶层的一侧设置有第二取向膜，第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，第二控制图形在第一基板所在平面上的垂直投影与第一控制图形重合，以使液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列。本发明的技术方案，可以解决光束偏折控制中普遍存在的偏折效率低、波段适用性窄、动态可控性差和集成度低等问题。

Description

一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置

技术领域

本发明实施例涉及光束调控技术，尤其涉及一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置。

背景技术

近年来，光场调控技术吸引了广大科研工作者的强烈兴趣。事实上，任何光子技术本质上都是对光场的各个物理参量进行多种多样的调控，包括频率、波长、时间、振幅、相位、偏振等，从而实现光信息的加载、处理和提取。其中，光束的偏折控制处于至关重要的地位，一直以来都是光学领域的研究重点，在工业、通讯、生物医疗、天文观测和国防军事等众多领域得到广泛应用。

传统的光束偏折器件主要依靠变形镜、万向节等特定机械装置，通过其转动来控制光束的偏折方向。该技术面临整体装置复杂、体积庞大、操作难度高、效率低、可控角度范围小、成本高等诸多缺点。随着现代光子技术的小型化和集成化发展，多功能、易于集成且具有动态属性的光束偏折器件是人们迫切需要的。

发明内容

本发明实施例提供一种光束偏折器件、制备方法及光束偏折检测装置，以解决光束偏折控制中普遍存在的偏折效率低、波段适用性窄、动态可控性差和集成度低等问题。

第一方面，本发明实施例提供一种光束偏折器件，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所述第二基板之间的光敏胆甾相液晶层；

其中，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述光敏胆甾相液晶层；

所述第一基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第一取向膜，所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形；

所述第二基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第二取向膜，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；

其中，所述第一方向和所述第二方向相交。

可选的，沿垂直于所述第一基板的方向，所述间隔粒子的延伸长度大于或者等于所述光敏胆甾相液晶层中螺旋结构的螺距的10倍。

可选的，所述第一取向膜和所述第二取向膜的材料包括光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的至少一种。

可选的，所述光敏胆甾相液晶层包括光控手性可翻转的手性向列相液晶材料。

可选的，所述手性向列相液晶材料包括一种单一光敏手性分子或两种手性相反的光敏/静态分子。

第二方面，本发明实施例还提供一种光束偏折检测装置，包括共光轴依次排列的光源、偏振片、光阑、分束单元、上述的光束偏折器件以及激发光源，还包括位于所述分束单元另一出光方向的图像检测单元；

所述光源发出光线的传播路径为：经过所述偏振片、所述光阑、所述分束单元透射后入射至所述光束偏折器件，在所述光束偏折器件发生偏折并反射至所述分束单元，并经过所述分束单元反射后被所述图像检测单元接收；

所述激发光源用于对所述光束偏折器件施加光照刺激，以控制偏折光束的工作波长和偏折方向。

第三方面，本发明实施例还提供一种光束偏折器件的制备方法，包括：

提供第一基板和第二基板；

在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜；

在所述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第一取向膜一侧与所述第二基板的第二取向膜一侧相对设置；

对所述第一取向膜和所述第二取向膜进行多步重叠曝光，以使所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合；

在所述第一基板和所述第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列。

可选的，在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜，包括：

将取向材料分别旋涂在所述第一基板的一侧以及所述第二基板的一侧；

对旋涂有所述取向材料的第一基板和所述第二基板进行退火，分别在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜。

可选的，对所述第一取向膜和所述第二取向膜进行多步重叠曝光，以使所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，包括：

采用数字微镜投影系统，根据曝光次序，同步控制曝光图形和偏振片角度，在所述第一取向膜和所述第二取向膜所在区域进行紫外光曝光处理，以使所述第一取向膜和所述第二取向膜分别形成所述第一控制图形和所述第二控制图形。

可选的，在所述第一基板和所述第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列之前，还包括：

将一种单一的光敏手性分子掺入向列相液晶中，或者将两种手性相反的光敏手性分子和静态手性剂混配，掺入向列相液晶中，以形成所述光敏胆甾相液晶层。

本发明实施例提供的光束偏折器件，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光敏胆甾相液晶层；其中，第一基板与第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑光敏胆甾相液晶层；第一基板近邻光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第一取向膜，第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形；第二基板近邻光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第二取向膜，第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，第二控制图形在第一基板所在平面上的垂直投影与第一控制图形完全重合，以使光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；其中，第一方向和第二方向相交。通过相对设置的第一基板和第二基板上分别形成第一取向膜和第二取向膜，控制位于第一基板和第二基板之间的光敏胆甾相液晶的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列，构成一个基于光敏胆甾相液晶的光束偏折器件。利用胆甾相液晶对入射光的选择性反射、同时赋予反射光特定相位分布的特性，其中反射光相位分布的大小取决于胆甾相液晶螺旋结构的空间排布，反射光相位分布的符号取决于胆甾相液晶的手性。周期性渐变旋转排列会引入倾斜相位分布，故而产生反射光的偏折；左、右旋手性的胆甾相液晶产生的反射光相位分布符号相反，故而偏折方向对称。当入射光波长在胆甾相液晶的布拉格反射带内时，与胆甾相液晶手性相同的圆偏振光被反射，并且偏折到一侧；由于光敏胆甾相液晶材料在紫光或绿光照射下可发生手性的翻转，翻转前后胆甾相液晶旋性相反，因此光束偏折方向相反。伴随胆甾相液晶材料手性翻转的过程，胆甾相液晶的螺距也会不断改变，对应工作波段的连续、可逆变化。因此本发明实施例提供的光束偏折器件可实现宽波段、高效率、偏振可控、动态可调的光束偏折，改善了传统光束偏折控制中存在的效率低、波段窄、可调谐性差等不足之处。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光束偏折器件的立体结构示意图；

图2是沿图1中xoz平面的一种剖面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种光束偏折器件的第一取向膜的分子指向矢分布示意图；

图4是本发明实施例提供的一种光敏胆甾相液晶的光控手性翻转示意图；

图5是本发明实施例提供的一种光敏胆甾相液晶在不同时间紫光照射下的旋向示意图；

图6是本发明实施例提供的一种光束偏折检测装置；

图7是图6中的光束偏折器件在不同时间紫光照射下的光束偏折结果示意图；

图8是本发明实施例提供的一种光束偏折器件的制备方法的流程示意图。

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。

图1所示为本发明实施例提供的一种光束偏折器件的立体结构示意图，图2所示为沿图1中xoz平面的一种剖面结构示意图，图3所示为本发明实施例提供的一种光束偏折器件的第一取向膜的分子指向矢分布示意图。参考图1和图2，本实施例提供的光束偏折器件包括相对设置的第一基板10和第二基板20，以及位于第一基板10和第二基板20之间的光敏胆甾相液晶层30；其中，第一基板10与第二基板30之间设置有间隔粒子40，以支撑光敏胆甾相液晶层30；第一基板10近邻光敏胆甾相液晶层30的一侧设置有第一取向膜11(图1中未示出第一取向膜和第二取向膜)，参考图3，第一取向膜11具有分子指向矢沿第一方向y相同，沿第二方向x呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形；第二基板20近邻光敏胆甾相液晶层30的一侧设置有第二取向膜21，第二取向膜21的分子指向矢具有第二控制图形，第二控制图形在第一基板10所在平面上的垂直投影与第一控制图形完全重合，以使光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；其中，第一方向y和第二方向x相交。

其中，第一基板10可以为柔性基板，例如聚酰亚胺，也可以为刚性基板，例如石英基板或玻璃基板。间隔粒子40可以为石英微球或石英柱，可以设置于第一基板10和第二基板20的边界位置。光敏胆甾相液晶层30在第一控制图形和第二控制图形的作用下，形成呈周期性渐变旋转排列的螺旋结构。可以理解的是，图1中仅示意性示出沿第二方向x的一行螺旋结构，沿第一方向y，每个螺旋结构中起始(最靠近第一基板10)和终止(最靠近第二基板20)液晶分子的分子指向矢方向相同，沿第二方向x，每个螺旋结构中起始和终止液晶分子的分子指向矢方向呈0°-180°周期性渐变。

继续参考图1，图1还示出了本实施例提供的光束偏折器件光控可调的示意图，参考图1(a)，当采用紫光(例如可以为405nm的光)照射时，光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈右旋分布，入射到光束偏折器件的右旋圆偏振光向右侧偏折；参考图1(b)，当采用绿光(例如可以为532nm的光)照射时，光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈左旋分布，入射到光束偏折器件的左旋圆偏振光向左侧偏折。具体实施时，可以根据实际需求设计光敏胆甾相液晶的成分，从而改变光敏胆甾相液晶布拉格反射带的波长范围，使本发明实施例提供的光束偏折器件适用于任意的波长范围。

本实施例的技术方案，通过相对设置的第一基板和第二基板上分别形成第一取向膜和第二取向膜，控制位于第一基板和第二基板之间的光敏胆甾相液晶的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列，构成一个基于光敏胆甾相液晶的光束偏折器件。利用胆甾相液晶对入射光的选择性反射、同时赋予反射光特定相位分布的特性，其中反射光相位分布的大小取决于胆甾相液晶螺旋结构的空间排布，反射光相位分布的符号取决于胆甾相液晶的手性。周期性渐变旋转排列会引入倾斜相位分布，故而产生反射光的偏折；左、右旋手性的胆甾相液晶产生的反射光相位分布符号相反，故而偏折方向对称。当入射光波长在胆甾相液晶的布拉格反射带内时，与胆甾相液晶手性相同的圆偏振光被反射，并且偏折到一侧；由于光敏胆甾相液晶材料在紫光或绿光照射下可发生手性的翻转，翻转前后胆甾相液晶旋性相反，因此光束偏折方向相反。伴随胆甾相液晶材料手性翻转的过程，胆甾相液晶的螺距也会不断改变，对应工作波段的连续、可逆变化。因此本发明实施例提供的光束偏折器件可实现宽波段、高效率、偏振可控、动态可调的光束偏折，改善了传统光束偏折控制中存在的效率低、波段窄、可调谐性差等不足之处。

在上述技术方案的基础上，可选的，沿垂直于第一基板的方向，间隔粒子的延伸长度大于或者等于光敏胆甾相液晶层中螺旋结构的螺距的10倍。

可以理解的是，通过设置间隔粒子在垂直于第一基板的方向的延伸长度大于或者等于光敏胆甾相液晶层中螺旋结构的螺距的10倍，从而使得液晶盒的厚度达到胆甾相液晶发生圆偏振选择性布拉格反射的条件。

可选的，第一取向膜和第二取向膜的材料包括光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的至少一种。

可以理解的是，第一取向膜和第二取向膜都采用光控取向材料，用于在紫外线偏振光照射下发生物理或化学反应，产生各向异性的表面作用力，进而诱导液晶分子定向排列。需要说明的是，本发明实施例仅示例性的示出了上述三种取向膜材料，但并非对本发明的限定，在其他实施方式中，可根据具体需求，可以采用其他的光控取向材料，实现对液晶分子取向的控制。可选的，光致顺反异构材料包括偶氮类光控取向材料SD1。

可选的，光敏胆甾相液晶层包括光控手性可翻转的手性向列相液晶材料。

可选的，手性向列相液晶材料包括一种单一光敏手性分子或两种手性相反的光敏/静态分子。

示例性的，图4所示本发明实施例提供的一种光敏胆甾相液晶的光控手性翻转示意图，本实施例提供的光敏胆甾相液晶引入具有相反旋性的光敏手性分子开关和静态手性剂，形成一种手性可翻转的胆甾相液晶超结构。通过光照刺激，其螺距可连续调节，且旋性可逆翻转。基本原理如图4所示，在向列相液晶母体中掺入质量浓度为3.1％的右旋手性剂R5011和12％的左旋偶氮苯手性分子开关ChAD-3C-S，从而配得所需的光敏胆甾相液晶材料。在紫光照射下，ChAD-3C-S分子逐渐从棒状的反式构型发生光致异构化反应变为弯曲的顺式构型，在这一光致异构化的过程中，对应的螺旋扭曲能渐渐减小。去除光照刺激后，相反的顺式-反式的异构化过程是相当慢的，但可通过升高温度或照射绿光大大加快反应速度。该胆甾相液晶材料整体显示出的手性来自这两种手性剂的组合贡献。在初始状态，胆甾相液晶是左旋的，其中反式-ChAD-3C-S占主导地位；在紫光照射下，ChAD-3C-S的螺旋扭曲能不断减小，使得螺旋结构逐渐伸长。当两种手性剂的作用相互抵消时，即螺距为无穷大，得到非扭曲的临界状态。继续光照，ChAD-3C-S的螺旋扭曲能的进一步减小导致手性的翻转，紧接着，螺距渐渐减小，此时R5011占主导，整体呈现出右旋性。

图5所示为本发明实施例提供的一种光敏胆甾相液晶在不同时间紫光照射下的旋向示意图。将按上述比例配制的光敏胆甾相液晶材料灌入6μm厚的标准液晶空盒中，其上下基板内侧覆盖有反向平行摩擦的聚酰亚胺层，进而形成均一排列的胆甾相液晶，用以探索光驱动的光子带隙。在紫光的刺激下，起初，反射式光子带隙发生红移，在20s内从中心波长为橙色的可见光范围移动至近红外区域，展现出大面积均匀、明亮的颜色，与实时的光子带隙一致。在20s时，达到临界态，因液晶材料的解旋，布拉格反射不复存在，光子带隙消失。这一非扭曲的相态具有空间均匀的液晶分子排布，类似向列相。但该状态是非常不稳定的，转瞬即逝。继续照射紫光，再次转变为平面织构，证明了胆甾相液晶螺旋超结构的手性翻转。光子带隙重现，并逐渐蓝移至绿色的可见光区域，总计获得了超过1000nm的光子带隙变化。值得注意的是，此处手性翻转和光子带隙移动都是可逆的，通过选择紫光或绿光照射，可控制其变化方向，当紫光撤去，再采用绿光照射时，胆甾相液晶的螺旋结构从右旋变化为左旋，且布拉格反射带也移动覆盖了近红外区域。

需要说明的是，图4和图5中仅示例性的示出了一种光敏胆甾相液晶的示意图，但并非对本发明实施例采用的胆甾相液晶材料的限制。在其他实施方式中，可根据实际需求选择胆甾相液晶材料，从而改变光敏胆甾相液晶布拉格反射带的波长范围，使本发明实施例提供的光束偏折器件适用于任意的波长范围。

图6所示为本发明实施例提供的一种光束偏折检测装置，参考图6，本实施例提供的光束偏折检测装置包括共光轴依次排列的光源1、偏振片2、光阑3、分束单元4、上述实施例提供的任意一种光束偏折器件5以及激发光源6，还包括位于分束单元4另一出光方向的图像检测单元7；光源1发出光线的传播路径为：经过偏振片2、光阑3、分束单元4透射后入射至光束偏折器件5，在光束偏折器件5发生偏折并反射至分束单元4，并经过分束单元4反射后被图像检测单元7接收；激发光源6用于对光束偏折器件施加光照刺激，以控制偏折光束的工作波长和偏折方向。

其中，光源1可以为激光器，示例性的，在本实施例中选用650nm的红光激光器。偏振片2用于将光源1产生的光束变为线偏振光，分束单元4可以为分束棱镜，图像检测单元7可以为相机，线偏振光经过分束棱镜时，一半透射即为入射到光束偏折器件5的入射光，当照射在光束偏折器件5上的入射光的波长落在光敏胆甾相液晶材料的实时布拉格反射带内时，由于胆甾相液晶的圆偏振选择性的布拉格反射作用，与胆甾相液晶的旋性相同的圆偏振成分被反射并偏折到一侧，经分束棱镜照射到相机上，形成衍射光斑。激发光源6可以发出405nm的紫光或532nm的绿光，用于对光束偏折器件5施加光照刺激，以控制偏折光束的工作波长和偏折方向。

示例性的，图7所示为图6中的光束偏折器件在不同时间紫光照射下的光束偏折结果示意图，参考图7，实验中，选择了手性翻转前后两个不同的紫光照射时间(分别为紫光照射2s和45s)，以获得相似的光子带隙。入射650nm线偏振光，其左旋圆偏振成分被赋予沿图1所示的x方向线性递减的相位分布，因此，该部分光会被反射到左侧，如图7(a)所示。在经历紫光照射45s后，胆甾相液晶由左旋变成右旋，此时，入射光中的右旋圆偏振成分被赋予与之前共轭的相位分布，即沿x方向线性递增，故被反射到相反的方向，也就是右侧，如图7(b)所示。这里，光束偏折的效率定义为目标偏折级次相对于总反射光的强度比，实验测得高达76％。不仅如此，胆甾相液晶螺旋超结构的光致手性翻转过程是可逆的，因而这种高效率、动态可调的光束偏折器也可实现逆向变换，照射紫光或绿光可控制光束偏折的方向。

图8为本发明实施例提供的一种光束偏折器件的制备方法的流程示意图，本实施例提供的制备方法包括：

步骤S110、提供第一基板和第二基板。

其中，第一基板和第二基板可采用光透过率较高(大于或等于85％)的柔性基板或刚性基板。示例性的，第一基板和第二基板材料可包括柔性的聚酰亚胺或刚性的石英玻璃、普通玻璃，基板的厚度可以为1mm-2mm。

步骤S120、在第一基板的一侧形成第一取向膜，在第二基板的一侧形成第二取向膜。

可选的，第一取向膜和第二取向膜的厚度可以为30nm-50nm。

可选的，在第一基板的一侧形成第一取向膜，在第二基板的一侧形成第二取向膜，包括：

将取向材料分别旋涂在第一基板的一侧以及第二基板的一侧；

对旋涂有取向材料的第一基板和第二基板进行退火，分别在第一基板的一侧形成第一取向膜，在第二基板的一侧形成第二取向膜。

取向材料可以为光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的至少一种，具体实施时，取向材料是溶解在某种溶剂中，退火可使溶剂蒸发，形成取向材料薄膜。

示例性的，旋涂工艺可以包括：首先调节旋涂仪转速为600-900转/分钟，控制第一旋涂时间为5-10秒，使取向材料在被旋涂的基板表面分布均匀；而后调节旋涂仪转速至2500-3500转/分钟，控制第二旋涂时间为30-50秒，使取向材料涂开。

示例性的，退火工艺可包括：退火氛围为空气中，退火温度为80℃-120℃，退火时间为8-12分钟。

需要说明的是，上述转速及旋涂及退火方式仅为示例性的说明，在其他实施方式中，可根据实际需求调节旋涂及退火参数，使得取向膜可控制光敏胆甾相液晶分子取向即可。

步骤S130、在第一基板上设置间隔粒子，并与第二基板封装，其中第一基板的第一取向膜一侧与第二基板的第二取向膜一侧相对设置。

其中，间隔粒子可以为石英微球或石英柱，可以设置于第一基板和第二基板的边界位置。封装可以用封装胶涂在第一基板和第二基板的两侧。

步骤S140、对第一取向膜和第二取向膜进行多步重叠曝光，以使第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，第二控制图形在第一基板所在平面上的垂直投影与第一控制图形完全重合。

可选的，对第一取向膜和第二取向膜进行多步重叠曝光，以使第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，第二控制图形在第一基板所在平面上的垂直投影与第一控制图形完全重合，包括：

采用数字微镜投影系统，根据曝光次序，同步控制曝光图形和偏振片角度，在第一取向膜和第二取向膜所在区域进行紫外光曝光处理，以使第一取向膜和第二取向膜分别形成第一控制图形和第二控制图形。

可以理解的是，采用先封装后曝光的顺序，可以保证第一取向膜的第一控制图形和第二控制图形完全对应一致。

步骤S150、在第一基板和第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列。

可选的，在第一基板和第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列之前，还包括：

将一种单一的光敏手性分子掺入向列相液晶中，或者将两种手性相反的光敏手性分子和静态手性剂混配，掺入向列相液晶中，以形成光敏胆甾相液晶层。

本实施例制备的光束偏折器件，通过相对设置的第一基板和第二基板上分别形成第一取向膜和第二取向膜，控制位于第一基板和第二基板之间的光敏胆甾相液晶的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列，构成一个基于光敏胆甾相液晶的光束偏折器件。利用胆甾相液晶对入射光的选择性反射、同时赋予反射光特定相位分布的特性，其中反射光相位分布的大小取决于胆甾相液晶螺旋结构的空间排布，反射光相位分布的符号取决于胆甾相液晶的手性。周期性渐变旋转排列会引入倾斜相位分布，故而产生反射光的偏折；左、右旋手性的胆甾相液晶产生的反射光相位分布符号相反，故而偏折方向对称。当入射光波长在胆甾相液晶的布拉格反射带内时，与胆甾相液晶手性相同的圆偏振光被反射，并且偏折到一侧；由于光敏胆甾相液晶材料在紫光或绿光照射下可发生手性的翻转，翻转前后胆甾相液晶旋性相反，因此光束偏折方向相反。伴随胆甾相液晶材料手性翻转的过程，胆甾相液晶的螺距也会不断改变，对应工作波段的连续、可逆变化。因此本发明实施例提供的光束偏折器件可实现宽波段、高效率、偏振可控、动态可调的光束偏折，改善了传统光束偏折控制中存在的效率低、波段窄、可调谐性差等不足之处。

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)

1.一种光束偏折器件，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所述第二基板之间的光敏胆甾相液晶层；

其中，所述第一基板与所述第二基板之间设置有间隔粒子，以支撑所述光敏胆甾相液晶层；

所述第一基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第一取向膜，所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形；

所述第二基板近邻所述光敏胆甾相液晶层的一侧设置有第二取向膜，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列；

其中，所述第一方向和所述第二方向相交。

2.根据权利要求1所述的光束偏折器件，其特征在于，沿垂直于所述第一基板的方向，所述间隔粒子的延伸长度大于或者等于所述光敏胆甾相液晶层中螺旋结构的螺距的10倍。

3.根据权利要求1所述的光束偏折器件，其特征在于，所述第一取向膜和所述第二取向膜的材料包括光交联材料、光降解材料或光致顺反异构材料中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的光束偏折器件，其特征在于，所述光敏胆甾相液晶层包括光控手性可翻转的手性向列相液晶材料。

5.根据权利要求4所述的光束偏折器件，其特征在于，所述手性向列相液晶材料包括一种单一光敏手性分子或两种手性相反的光敏/静态分子。

6.一种光束偏折检测装置，其特征在于，包括共光轴依次排列的光源、偏振片、光阑、分束单元、如权利要求1-5任一所述的光束偏折器件以及激发光源，还包括位于所述分束单元另一出光方向的图像检测单元；

所述光源发出光线的传播路径为：经过所述偏振片、所述光阑、所述分束单元透射后入射至所述光束偏折器件，在所述光束偏折器件发生偏折并反射至所述分束单元，并经过所述分束单元反射后被所述图像检测单元接收；

所述激发光源用于对所述光束偏折器件施加光照刺激，以控制偏折光束的工作波长和偏折方向。

7.一种光束偏折器件的制备方法，其特征在于，包括：

提供第一基板和第二基板；

在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜；

在所述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第一取向膜一侧与所述第二基板的第二取向膜一侧相对设置；

对所述第一取向膜和所述第二取向膜进行多步重叠曝光，以使所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合；

在所述第一基板和所述第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜，包括：

将取向材料分别旋涂在所述第一基板的一侧以及所述第二基板的一侧；

对旋涂有所述取向材料的第一基板和所述第二基板进行退火，分别在所述第一基板的一侧形成第一取向膜，在所述第二基板的一侧形成第二取向膜。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对所述第一取向膜和所述第二取向膜进行多步重叠曝光，以使所述第一取向膜具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°周期性渐变分布的第一控制图形，所述第二取向膜的分子指向矢具有第二控制图形，所述第二控制图形在所述第一基板所在平面上的垂直投影与所述第一控制图形完全重合，包括：

采用数字微镜投影系统，根据曝光次序，同步控制曝光图形和偏振片角度，在所述第一取向膜和所述第二取向膜所在区域进行紫外光曝光处理，以使所述第一取向膜和所述第二取向膜分别形成所述第一控制图形和所述第二控制图形。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述第一基板和所述第二基板之间灌注光敏胆甾相液晶层，以使所述光敏胆甾相液晶层的螺旋结构呈周期性渐变旋转排列之前，还包括：

将一种单一的光敏手性分子掺入向列相液晶中，或者将两种手性相反的光敏手性分子和静态手性剂混配，掺入向列相液晶中，以形成所述光敏胆甾相液晶层。