CN111239882A - 一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统。其中太赫兹贝塞尔光束产生器包括一液晶聚合物膜；沿第一方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°‑180°渐变分布；沿第二方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°‑180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；其中，第一方向与第二方向垂直。本发明实施例提供的太赫兹贝塞尔光束产生器，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，在太赫兹通信、传感、成像等方面有着极大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明实施例涉及太赫兹光场调控技术，尤其涉及一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统。
背景技术
太赫兹波段指的是频率介于微波和红外之间的电磁波段，通常的定义为0.1THz-10THz。这个波段有很多独特性质与应用。太赫兹波具有较低的光子能量和较高的成像分辨率，因此广泛地用于人体安检和物质无损检测。很多生物分子内和分子间振动能级处于太赫兹频段，这种现象被称之为“太赫兹指纹谱”，因此可以用作食品、药品的成分检测。另外，太赫兹波由于其较高的载波频率和良好的传播特性，在无线通信领域也有着潜在应用。目前，太赫兹产生源以及探测器已经发展得比较成熟，用以调制太赫兹波波前强度、相位和偏振的调制器还处于初级发展阶段。尤其是能调制产生各种太赫兹特种光束的调制器，成为研究领域的一大热点。利用太赫兹特殊光束独特的光场分布特点和衍射特性，可以将其应用于现代太赫兹光谱与成像技术中，以弥补传统太赫兹技术的不足，推动太赫兹技术的进一步发展。
贝塞尔光束是特种光束的一种，它是一种典型的无衍射光束，其强度分布在一定传播距离内保持聚焦且不会出现发散现象。这类光束具有主光斑尺寸小、方向性好、强度高和传输距离远的特点。贝塞尔光束的另一个重要特征是具有自修复特性，即在贝塞尔光束传播过程中放置一个障碍物，被阻碍的光波在传播一段距离后又重新恢复为原来的光场分布。因此，这类光束在光学成像、光学加工和粒子操控等领域有着十分重要的应用。在太赫兹波段，贝塞尔光束亦有许多独特应用。对于利用凸透镜或抛物面镜进行太赫兹光束聚焦的传统太赫兹成像系统，固定的聚焦长度会导致侧向分辨率(即焦斑)和轴向分辨率(即焦深)存在一个取舍平衡。太赫兹贝塞尔光束能突破这个限制，从而提高太赫兹成像的分辨率，这种技术被广泛应用于安检和材料缺陷检测中。另外，通过引入不同拓扑核的螺旋相位，还可以产生高阶的贝塞尔涡旋光束。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模式复用的大容量太赫兹通讯、激光微加工、超分辨显微成像、量子测量、编码等领域。
目前产生太赫兹贝塞尔光束的方法主要有聚合物锥透镜、设计有V型天线的超构表面、拼接不同光轴方向的半波片等。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贝塞尔光束。
发明内容
本发明实施例提供一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统，以产生太赫兹贝塞尔光束，该太赫兹贝塞尔光束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贝塞尔光束产生器，包括一液晶聚合物膜；
沿第一方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿所述第二方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；
其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
可选的，所述液晶聚合物膜的厚度d满足：
150μm≤d≤350μm。
第二方面，本发明实施例还提供一种太赫兹贝塞尔光束产生系统，包括上述任意一种太赫兹贝塞尔光束产生器，还包括：
光导天线，所述光导天线用于将太赫兹发射器出射的太赫兹光调制为线偏振太赫兹光束；
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聚焦和准直；
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束；
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；
所述太赫兹贝塞尔光束产生器用于将圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹贝塞尔光束；
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贝塞尔光束；
其中，所述斩波器、所述第一四分之一波片、所述太赫兹贝塞尔光束产生器、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贝塞尔光束产生器的制备方法，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的一侧形成光控取向膜；
在所述第一基板设置有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，以使所述光控取向膜的分子指向矢形成控制图形；
其中，所述控制图形满足：在第一方向，所述光控取向膜的分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；在第二方向，所述光控取向膜的分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；
在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶聚合物前驱体，所述控制图形控制所述液晶聚合物前驱体中液晶分子指向矢在按照所述控制图形的排布方式分布；
对所述液晶聚合物前驱体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前驱体形成液晶聚合物膜。
可选的，在对所述液晶聚合物前驱体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前驱体形成液晶聚合物膜之后，还包括：
将所述第一基板和所述第二基板分离，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清洗液超声清洗10-30分钟，再用超纯水超声清洗三次，每次各3-5分钟，然后在80℃-140℃烘箱中烘干60-90分钟，最后进行紫外光臭氧清洗40-60分钟。
可选的，所述第一基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片、聚酰亚胺中的任意一种；
所述第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片、聚酰亚胺中的任意一种。
可选的，在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶聚合物前驱体时的温度为120℃-140℃。
可选的，对所述液晶聚合物前驱体进行紫外光照射的时间设置为30-40分钟，紫外光照射的功率设置为10mW/cm2-16mW/cm2。
可选的，所述液晶聚合物前驱体中包括液晶聚合物单体和光引发剂，所述光引发剂用于催化所述液晶聚合物单体在紫外光照射下聚合。
本发明实施例提供的太赫兹贝塞尔光束产生器包括一液晶聚合物膜；沿第一方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿第二方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；其中，第一方向与第二方向垂直。通过设置在第一方向和第二方向，液晶聚合物中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性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锥透镜型相位调制，衍射出太赫兹贝塞尔光束。该太赫兹贝塞尔光束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，在太赫兹无线通信、高分辨率成像、传感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贝塞尔光束产生器中液晶分子指向矢分布的模拟示意图；
图2是本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束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贝塞尔光束产生器的相位分布模拟示意图；
图4是本发明实施例一种太赫兹贝塞尔光束产生系统的结构示意图；
图5是图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场强度分布数值模拟示意图；
图6是图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场相位分布数值模拟示意图；
图7是图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场强度分布实验测量示意图；
图8是图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场相位分布实验测量示意图；
图9是图7中传输截面上的横向(Ix)和纵向(Iy)的归一化强度分布图；
图10是图7中传输面上的横向归一化强度分布图；
图11是本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束产生器的制备方法的流程示意图；
图12是本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束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，可以根据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贝塞尔光束产生器，包括一液晶聚合物膜；沿第一方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿第二方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；其中，第一方向与第二方向垂直。
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的空间分布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、艾里光产生器、矢量光产生器等。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、制备简易、成本低、高效等特点，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贝塞尔光束产生器中液晶分子指向矢分布的模拟示意图。示例性的，参考图1，图1中每个短线表示液晶分子指向矢的指向，图1中以第一方向为x方向，第二方向为y方向为例，参考图1中第一行图形和第一列图形，以左上角第一条短线为基准，该液晶分子指向矢与第二方向y的夹角为0°，沿第一方向，第一行的液晶分子指向矢呈周期性0°-180°渐变分布，沿第二方向，第一列的液晶分子指向矢也呈周期性0°-180°渐变分布，对于其他行和其他列，符合相同的规律，仅是起始位置的液晶分子指向矢方向不同。可以理解的是，由于在第一方向(图1中示例性为行方向，并不是对本发明实施例的限定)和第二方向(图1中示例性为列方向)，液晶分子指向矢均呈周期性0°-180°渐变分布，其效果形成以中心点(图1中两条虚线的交点)为中心的同心圆环形状，液晶分子指向矢沿径向由中心向边缘呈现0°-180°的连续均匀渐变分布，图1中从最中心沿着第一方向x到最边缘液晶指向矢经历了2.5个0°-180°的变化。在径向上距离相同而角向不同的位置，液晶的指向矢方向不变。这种方向在径向连续均匀渐变分布，而在角向不变的指向矢可以形成产生贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板。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贝塞尔光束；对于入射的右旋圆偏振光，出射的左旋圆偏振成分产生的相位是锥透镜的共轭相位，不能产生贝塞尔光束。因为这种贝塞尔光束产生器具有圆偏振选择特性。在本实施例中，所设计的锥透镜相位的衍射角度为12°@1THz，这个衍射角度和锥透镜的口径共同决定了所产生贝塞尔光束的无衍射传输距离。在其他实施例中，可以设计不同的锥透镜相位的衍射角度，从而设计出不同无衍射传输距离的贝塞尔光束产生器。
图2所示为本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束产生器的正交偏光显微镜照片。参考图2，在本实施例中，照片亮度从中心沿着任意径向向边缘呈现连续均匀的亮度变化。这种强度变化是液晶指向矢连续变化的结果，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中的理论液晶指向矢分布相吻合。图3所示为本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束产生器的相位分布模拟示意图，该模拟图和图1以及图2中的结果均相吻合。
本实施例的技术方案，通过设置在第一方向和第二方向，液晶聚合物中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性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锥透镜型相位调制，衍射出太赫兹贝塞尔光束。该太赫兹贝塞尔光束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，在太赫兹无线通信、高分辨率成像、传感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≤350μm。
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(非寻常常光折射率和寻常光折射率的差)，d表示液晶聚合物膜的厚度，在特定波长λ处，当满足半波条件时才能使几何相位光学元件的工作效率达到最大效率。对于本实施例中的太赫兹贝塞尔光束产生器，膜厚d的理论优选值为1000μm，如果d小于这个值，贝塞尔光束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-350μm，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350μm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的优选值为250μm，在该厚度条件下液晶聚合物的取向效果较好，并且有较高的太赫兹贝塞尔光束产生效率。
图4所示为本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束产生系统的结构示意图。参考图4，本实施例提供的太赫兹贝塞尔光束产生系统包括上述实施例提供的太赫兹贝塞尔光束产生器5，还包括：光导天线1，光导天线1用于将太赫兹发射器(图4中未示出)出射的太赫兹光调制为线偏振太赫兹光束；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聚焦和准直；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束；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；太赫兹贝塞尔光束产生器5用于将圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹贝塞尔光束；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用于探测太赫兹贝塞尔光束；其中，斩波器3、第一四分之一波片4、太赫兹贝塞尔光束产生器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贝塞尔光束产生系统为太赫兹近场显微成像系统，其中太赫兹光束的频率范围为0.2THz-1.5THz，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。
示例性的，图5所示为图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场强度分布数值模拟示意图，其中左图为太赫兹波前传输面，右图为左图中白色虚线处太赫兹波前传输截面，对应的太赫兹频率为1THz。上述模拟结果是通过商用的电磁场仿真模拟软件Lumerical FDTD模拟得到的。具体的模拟方法为：将液晶聚合物膜分割成很小的长方体区域，每一个区域赋予一个理论的液晶指向矢，使整个模型跟实验制备的贝塞尔光束产生器相吻合，然后添加光源和监视器，就可以得到电磁波在远场的分布情况。由图5左图可以看出，在贝塞尔光束的传输面上，太赫兹电场能量沿着z方向从7mm一直到21mm位置都有着比较强的分布，而在x方向上从中心(x＝0mm)到边缘能量快速衰减，符合理论预期的比较长的无衍射距离；由图5右图可以看出，在贝塞尔光束的传输截面(z＝12mm)上，中心位置具有比较强的聚焦的高斯光斑，以及周围的逐渐减弱的环状光斑，理论上从中心到边缘太赫兹电场强度是呈现指数衰减的。
图6所示为图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场相位分布数值模拟示意图，其中左图为太赫兹波前传输面，右图为左图中白色虚线处太赫兹波前传输截面。从图6左图的太赫兹波前传输面相位示意图上可以看出，产生的贝塞尔光束的束腰大致位于z＝15mm位置；从图6右图的太赫兹波前传输截面相位示意图上可以看出，相位呈现从中间到边缘的环状渐变分布，这与锥透镜的理论远场衍射相位分布相吻合。
图7所示为图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场强度分布实验测量示意图，其中左图为太赫兹波前传输面，右图为左图中白色虚线处太赫兹波前传输截面，对应的太赫兹频率是1THz。可以看到实验测量的结果与模拟(图5)的结果基本吻合。实验的强度分布在传输截面上外围较弱的环状光斑分布不是很均匀，这可能是由于样品的制备存在液晶取向位错线，以及测试系统的固有噪声引起的测量误差。图8所示为图2中的太赫兹贝塞尔光束产生器产生的归一化太赫兹贝塞尔光束远场相位分布实验测量示意图，其中左图为太赫兹波前传输面，右图为左图中白色虚线处太赫兹波前传输截面。结果与图6的模拟结果相吻合。传输面上的相位和模拟的相位分布(图6左图)相比稍微有些倾斜，这可能是由于测试系统产生的太赫兹波束不是完美的平面波引起的。图9所示为图7中传输截面上的横向(Ix)和纵向(Iy)的归一化强度分布图。由图9可知，本实施例产生的太赫兹贝塞尔光束的强度呈中心强，周围暗环分布，符合贝塞尔光束的强度分布特点。图10所示为图7中传输面上的横向归一化强度分布图，可以看到从z＝7mm到18mm的范围内强度均大于50％，验证了贝塞尔光束无衍射距离大的特点。
本实施例提供的基于液晶聚合物的太赫兹贝塞尔光束产生器，具有小型化易集成的特点。相比于现有的聚合物、石英晶体和超构材料制备的太赫兹贝塞尔光束产生器具有明显的优势。通过灵活的曝光图案设计，可以制备出无衍射距离不同的液晶聚合物太赫兹贝塞尔光束产生器或其阵列，在太赫兹通信、成像和传感等领域有很大的应用潜力。
图11所示为本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束产生器的制备方法的流程示意图，图12所示为本发明实施例提供的一种太赫兹贝塞尔光束产生器的制备方法的结构流程示意图。本实施例提供的制备方法可以用于制备上述实施例提供的太赫兹贝塞尔光束产生器，参考图11和图12，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的一侧形成光控取向膜30。
步骤S130、在第一基板10设置有光控取向膜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，以使光控取向膜30的分子指向矢形成控制图形。
其中，控制图形满足：在第一方向，光控取向膜的分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；在第二方向，光控取向膜的分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，控制图形的形状可以参考图2。
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驱体50，控制图形控制液晶聚合物前驱体50中液晶分子指向矢在按照控制图形的排布方式分布。
步骤S160、对液晶聚合物前驱体50进行紫外光照射，以使液晶聚合物前驱体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贝塞尔光束产生器，通过设置在第一方向和第二方向，液晶聚合物中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性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锥透镜型相位调制，衍射出太赫兹贝塞尔光束。该太赫兹贝塞尔光束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，在太赫兹无线通信、高分辨率成像、传感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，在对液晶聚合物前驱体进行紫外光照射，以使液晶聚合物前驱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贝塞尔光束产生器包括上述步骤中形成的液晶聚合物膜，由于液晶聚合物前驱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薄膜。
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清洗液超声清洗10-30分钟，再用超纯水超声清洗三次，每次各3-5分钟，然后在80℃-140℃烘箱中烘干60-90分钟，最后进行紫外光臭氧清洗40-60分钟。
通过对第一基板和第二基板进行预处理清洗，可以提高光控取向薄膜的成膜质量，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、聚酰亚胺中的任意一种；第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片、聚酰亚胺中的任意一种。
本实施例中，由于需要对液晶聚合物前驱体进行紫外照射，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、聚酰亚胺中的任意一种；第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片、聚酰亚胺中的任意一种，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驱体时的温度为120℃-140℃。灌注液晶聚合物前驱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驱体选用丙烯酸酯类液晶RM257，灌注温度可以为120℃-140℃，优选为130℃。
可选的，对液晶聚合物前驱体进行紫外光照射的时间设置为30-40分钟，紫外光照射的功率设置为10mW/cm2-16mW/cm2。本实施例中，选用紫外光的中心波长为365nm。
可选的，液晶聚合物前驱体中包括液晶聚合物单体和光引发剂，光引发剂用于催化液晶聚合物单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驱体的质量配比为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)
1.一种太赫兹贝塞尔光束产生器，其特征在于，包括一液晶聚合物膜；
沿第一方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿所述第二方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；
其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的太赫兹贝塞尔光束产生器，其特征在于，所述液晶聚合物膜的厚度d满足：
150μm≤d≤350μm。
3.一种太赫兹贝塞尔光束产生系统，其特征在于，包括权利要求1或2所述的太赫兹贝塞尔光束产生器，还包括：
光导天线，所述光导天线用于将太赫兹发射器出射的太赫兹光调制为线偏振太赫兹光束；
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聚焦和准直；
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束；
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；
所述太赫兹贝塞尔光束产生器用于将圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹贝塞尔光束；
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贝塞尔光束；
其中，所述斩波器、所述第一四分之一波片、所述太赫兹贝塞尔光束产生器、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。
4.一种太赫兹贝塞尔光束产生器的制备方法，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的一侧形成光控取向膜；
在所述第一基板设置有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，以使所述光控取向膜的分子指向矢形成控制图形；
其中，所述控制图形满足：在第一方向，所述光控取向膜的分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；在第二方向，所述光控取向膜的分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；
在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶聚合物前驱体，所述控制图形控制所述液晶聚合物前驱体中液晶分子指向矢在按照所述控制图形的排布方式分布；
对所述液晶聚合物前驱体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前驱体形成液晶聚合物膜。
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驱体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前驱体形成液晶聚合物膜之后，还包括：
将所述第一基板和所述第二基板分离，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清洗液超声清洗10-30分钟，再用超纯水超声清洗三次，每次各3-5分钟，然后在80℃-140℃烘箱中烘干60-90分钟，最后进行紫外光臭氧清洗40-60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、聚酰亚胺中的任意一种；
所述第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片、聚酰亚胺中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶聚合物前驱体时的温度为120℃-140℃。
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驱体进行紫外光照射的时间设置为30-40分钟，紫外光照射的功率设置为10mW/cm2-16mW/cm2。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述液晶聚合物前驱体中包括液晶聚合物单体和光引发剂，所述光引发剂用于催化所述液晶聚合物单体在紫外光照射下聚合。
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