CN111273500A - 一种液晶聚合物偏振光栅及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶聚合物偏振光栅及其制备方法和应用，尤其涉及一种液晶聚合物偏振光栅及制备方法、包括液晶聚合物偏振光栅的组合级联及在二维光学扫描中的应用、包括组合级联的光学相控阵雷达及其应用；所述液晶聚合物偏振光栅包括：光控取向膜以及设置在光控取向膜一侧的液晶聚合物薄膜；所述光控取向膜的分子指向矢方向呈周期性渐变分布；所述液晶聚合物薄膜中靠近所述光取向膜的一层液晶分子的指向矢分布于所述光控取向膜的分子指向矢分布相同；该液晶聚合物偏振光栅具有较小的面积以及较高的集成度，其制备的光学相阵控雷达具有体积小、成本低、响应速度快以及控制过程简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于雷达领域，涉及一种液晶聚合物偏振光栅及其制备方法和应用，尤其涉及一种液晶聚合物偏振光栅及制备方法、包括液晶聚合物偏振光栅的组合级联及在二维光学扫描中的应用、包括组合级联的光学相控阵雷达及其应用。
背景技术
光学雷达是一种通过向目标物体照射激光，通过测量接收到的激光信号来测量目标的距离参数。同时光学雷达在无人驾驶领域有着广阔的应用前景，光学雷达可以作为无人驾驶的传感器，实现对实时路况的判断。并且光学雷达在无人机以及空间测绘等领域也有着非常广泛的应用。
传统的雷达使用的是万向节结构，通过机械扫描的方向改变光束的发射角。与传统雷达不同，相控阵雷达利用电磁波的干涉，通过改变移相器之间的相位差来调节电磁波的衍射角。与传统雷达相比，相控阵雷达的响应时间更短可以实现更快速的扫描，可以实现对于多个目标的扫描，并且具有更强抗干扰性等优点。
目前，光学相控阵雷达普遍造价相对高昂，并且为了实现大角度的精密扫描其所需的天线数量较多，致使目前光学相控阵雷达的体积相对较大，不利于其作为无人驾驶汽车的车载光学扫描原件。
因此，本发明设计了一种液晶聚合物光学相控阵雷达，一方面能够对上述问题有所改进，另一方面还具有低能耗、易集成等优点。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种液晶聚合物偏振光栅及其制备方法和应用，该液晶聚合物偏振光栅具有较小的面积以及较高的集成度，其制备的光学相阵控雷达具有体积小、成本低、响应速度快以及控制过程简单等优点。
本发明的目的之一在于提供一种液晶聚合物偏振光栅，所述液晶聚合物偏振光栅包括：光控取向膜以及设置在光控取向膜一侧的液晶聚合物薄膜；
所述光控取向膜的分子指向矢方向呈周期性渐变分布；
所述液晶聚合物薄膜分子的指向矢分布于所述光控取向膜的分子指向矢分布相垂直。
在本发明中，所述液晶聚合物偏振光栅包括透明基板、设置在透明基板一侧的光控取向膜，以及设置在光控取向膜远离透明基板一侧的液晶聚合物薄膜。
优选地，所述透明基板的透过率不低于99％，例如99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％、99.8％、99.9％、100％等。
优选地，所述光控取向膜的厚度为100-110nm，例如100nm、101nm、102nm、103nm、104nm、105nm、106nm、107nm、108nm、109nm、110nm等。
优选地，所述液晶聚合物薄膜的厚度为1.85-1.92μm，例如1.85μm、1.86μm、1.87μm、1.88μm、1.89μm、1.90μm、1.91μm、1.92μm等。
在本发明中，所述光控取向膜的分子指向矢方向沿水平方向周期性渐变，沿垂直方向保持不变。
在本发明中，所述液晶聚合物偏振光栅包括三个衍射级次。
在本发明中，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射角与入射光的偏振态相关。
在本发明中，所述液晶聚合物偏振光栅对不同偏振态的入射光的衍射角不同。
优选地，当所述入射光为左旋圆偏振光时，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射级次为正1级，且衍射光向左偏折。
优选地，当所述入射光为右旋圆偏振光时，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射级次为负1级，且衍射光向右偏折。
优选地，当所述入射光为线偏振光入射时，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射级次包括正1级和负1级，其中正1级的衍射光的偏振态为左旋圆偏振光，负1级的衍射光的偏振态为右旋圆偏振光。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的液晶聚合物偏振光栅的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在透明基板的一侧形成光控取向膜；
(2)对所述光控取向膜进行取向处理，使所述光控取向膜的分子指向矢呈预设分布；
(3)在进行所述取向处理之后的光控取向膜上涂布形成液晶聚合物前体薄膜；
(4)所述液晶聚合物前体薄膜在紫外光作用下发生分子指向矢的变化，形成液晶聚合物薄膜，去除或不去除透明基板，得到所述液晶聚合物偏振光栅。
在本发明中，为增加光控取向膜与透明基板的浸润性和粘附性，在进行步骤(1)之前，对透明基板进行清洗。
优选地，所述清洗的方法包括：将所述透明基板用洗液超声清洗20-40分钟(例如20分钟、22分钟、25分钟、28分钟、30分钟、32分钟、35分钟、38分钟、40分钟等)，再用超纯水超声清洗两次，每次各8-10分钟(例如8分钟、9分钟、10分钟等)，然后在100-120℃(例如100℃、102℃、105℃、107℃、110℃、112℃、115℃、117℃、120℃等)烘箱中烘干40-60分钟(例如40分钟、42分钟、45分钟、48分钟、50分钟、52分钟、55分钟、58分钟、60分钟等)，最后进行紫外光臭氧清洗30-45分钟(例如30分钟、32分钟、35分钟、37分钟、40分钟、42分钟、45分钟等)。
优选地，所述洗液为丙酮和/或乙醇。
在本发明中，步骤(1)所述形成光控取向膜的方法包括：在透明基板的一侧表面旋涂光取向剂，退火，形成所述光取向膜。
优选地，所述旋涂光取向剂的方法包括：用旋涂仪在500-800r/min(例如500r/min、520r/min、550r/min、580r/min、600r/min、620r/min、650r/min、680r/min、700r/min、720r/min、750r/min、780r/min、800r/min等)的转速下旋涂光取向剂5-10s(例如5s、6s、7s、8s、9s、10s等)，然后在2500-3500r/min(例如2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min、3000r/min、3100r/min、3200r/min、3300r/min、3400r/min、3500r/min等)的转速下旋涂光取向剂50-60s(例如50s、51s、52s、53s、54s、55s、56s、57s、58s、59s、60s等)。
优选地，所述退火的温度为100-120℃(例如100℃、102℃、105℃、107℃、110℃、112℃、115℃、117℃、120℃等)，退火的时间为10-12min(例如10min、10.5min、11min、11.5min、12min等)。
在本发明中，步骤(2)所述取向处理的方法为多步重叠曝光法。
优选地，所述多步重叠曝光法包括：
采用无掩模动态投影曝光系统，根据曝光次序，选择对应的曝光图形，以及对应的诱导光偏振方向，依次进行曝光；
其中，相邻曝光步骤的曝光图形的曝光区域部分重叠，所述诱导光偏振方向随曝光次序沿顺时针或逆时针旋转。
计算获得光控取向膜的指向矢方向在一个区域内的分布，指向矢方向在一个区域内0°-180°变化。一个区域内每个0°-180°变化的区域被平均分36个子区域，并被赋予一个单一的方向，从0°到175°，间隔5°。然后，将方向为0°的子区域与相邻的4个子区域(-10°到10°，共5个子区域)组合成第一曝光图形。随后的曝光图形相对于前一个曝光图形，5个子区域沿顺时针方向移过一个子区域。以此类推，获得第二到第三十六张曝光图形。第一次曝光时，采用无掩模动态投影曝光系统选择第一曝光图形。第一次曝光对应的诱导光偏振方向为206°。第一次曝光完成后，更换第二曝光图形。对应的诱导光偏振方向相对于第一次曝光对应的诱导光偏振方向顺时针转过5°，为201°。以此类推，每次曝光对应的诱导光偏振方向相对于前一次曝光对应的诱导光偏振方向顺时针转过5°。最后，在经历36次曝光过程后，所有区域均被曝光五次，光控取向膜的指向矢方向介于所经历的多次曝光的偏振角度的中间态。因此，多步重叠曝光后，光控取向膜上会产生形成排布渐变的取向。
光控取向膜具体的取向结构由多步重叠曝光的方法控制，光控取向膜的取向决定最终液晶聚合物中液晶聚合物的分子指向。
在本发明中，步骤(3)所述液晶聚合物前体薄膜是通过将液晶聚合物前体溶液旋涂在取向处理之后的光控取向膜的表面，而后退火形成的。
优选地，所述液晶聚合物前体溶液的溶质为UCL-017(大日本油墨公司生产)，溶剂为有机溶剂，优选甲苯、苯甲醚或丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述液晶聚合物前体溶液中溶质的质量百分含量为40-50％(例如40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％等)。
优选地，所述旋涂液晶聚合物前体溶液的方法包括：用旋涂仪在2500-3500r/min(例如2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min、3000r/min、3100r/min、3200r/min、3300r/min、3400r/min、3500r/min等)的转速下旋涂液晶聚合物前体溶液40-60s(例如40s、42s、45s、47s、50s、52s、55s、57s、60s等)。
本发明中，液晶聚合物前体薄膜的厚度可以通过调整旋涂液晶聚合物前体溶液的转速和液晶聚合物前体溶液的浓度进行控制。
优选地，所述退火的温度为80-100℃(例如80℃、82℃、85℃、87℃、90℃、92℃、95℃、97℃、100℃等)，退火的时间为1-2min(例如1min、1.1min、1.2min、1.3min、1.4min、1.5min、1.6min、1.7min、1.8min、1.9min、2min等)。
在本发明中，步骤(4)所述紫外光的光照时间为2-3min(例如2min、2.1min、2.2min、2.3min、2.4min、2.5min、2.6min、2.7min、2.8min、2.9min、3min等)，紫光外的功率为12-15mW/cm2(例如12mW/cm2、12.2mW/cm2、12.5mW/cm2、12.8mW/cm2、13mW/cm2、13.2mW/cm2、13.5mW/cm2、13.8mW/cm2、14mW/cm2、14.2mW/cm2、14.5mW/cm2、14.8mW/cm2、15mW/cm2等)。
本发明的目的之三在于提供一种组合级联，所述组合级联包括层叠设置的液晶波片和目的之一所述的液晶聚合物偏振光栅。
优选地，所述液晶波片的个数为和液晶聚合物偏振光栅的个数相同，均取值为n个，n≥1，优选n为2或3。
在本发明中，液晶波片的个数为和液晶聚合物偏振光栅的个数需要保持一致，n的个数越多能够产生更多的扫描点，扫描点的个数即为m，m为2的n次方，理论上n可以为任意的整数，但是n的取值越大实现的难度也越大，优选n为2或3。
本发明中，利用偏振光栅衍射角对入射光偏振态敏感的特性，当入射光入射沿x方向的偏振光栅，通过改变入射光偏振态可以得到x方向的两个衍射级次。两个衍射级次的衍射光的偏振态则可以通过偏振光栅之间的液晶波片进行偏振态的调节。
当得到的衍射光入射沿y方向的偏振光栅，由于入射光不存在y方向的入射角，可以得到两个大小相等、方向相反的沿y方向的两个衍射级次。由于x、y方向的衍射角之间具有独立性。因此，通过不同方向偏振光栅级联得到光学相控阵雷达具有良好独立调节特性。
由于入射角相同的入射光通过偏振光栅可以产生两个衍射级次，所以每增加一级偏振光栅数量可以使得最终衍射光数量翻倍。因此，随着偏振光栅的增加，光学扫描的能力增加显著。
本发明的目的之四在于提供一种如目的之三所述的组合级联在二维光学扫描方法中的应用。
在本发明中，所述应用包括：对组合级联中的液晶波片施加电压改变光束通过液晶波片的位相延迟量，实现对入射光偏振态的调制，进而通过改变各液晶波片的外加电压，改变光束通过各液晶聚合物偏振光栅的偏振态，实现对光束的扫描。
本发明的目的之五在于提供一种光学相控阵雷达，所述光学相控阵雷达包括金属线栅偏振片、对应于波长为633nm的光的四分之一波片以及目的之三所述的组合级联。
优选地，所述光学相控阵雷达的光学扫描方法包括如下步骤：
S1、利用金属线栅偏振片将633nm激光发射器发射的高斯光转化为线偏振光；
S2、利用对应于波长为633nm的光的四分之一波片将线偏振光转化为圆偏振光；
S3、通过调节组合级联中前置液晶波片外加电压调节入射光的偏振态，进而通过改变各液晶波片的外加电压，改变光束通过各液晶聚合物偏振光栅的偏振态，实现了光学相控阵雷达对光束的扫描。
优选地，所述液晶聚合物偏振光栅的厚度达到了实验中所使用的633nm波长的半波条件时，液晶聚合物偏振光栅的衍射效率最大从而可以抑制零级衍射。
本发明的目的之六在于提供一种如目的之五所述的光学相控阵雷达作为传感器在无人机或空间测绘中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明中液晶聚合物偏振光栅具有较小的面积以及较高的集成度，其制备的光学相阵控雷达具有体积小、成本低、响应速度快以及控制过程简单等优点；本发明中的液晶聚合物偏振光栅和光学相阵控雷达均能够实现对光束的二维扫描。
附图说明
图1是实施例1中液晶聚合物偏振光栅的结构示意图；
其中，100为透明基板，200为光控取向膜，300为液晶聚合物薄膜。
图2为本发明实施例1提供的基于液晶聚合物光学相控阵雷达的指向矢分布结构示意图。
图3为本实施例1提供的液晶聚合物偏振光栅的液晶指向矢分布模拟图。
图4为本实施例1提供的液晶聚合物偏振光栅的制备方法；
其中，31为清洁的玻璃基板，32为光控取向膜，33为紫外偏振光，34为液晶聚合物前体薄膜，35为紫外光。
图5为本发明实施例1提供的液晶聚合物偏振光栅在正交偏光显微镜下的显微照。
图6为实施例1提供的光学相控阵雷达的结构示意图；
其中，51为入射的633nm激光器光源，52为金属线栅偏振片，53为633nm的四分之一波片，54为可调液晶波片，55为液晶聚合物偏振光栅，56为光学显示屏。
图7为实施例2提供的基于液晶聚合物光学相控阵雷达得到的四个衍射级次。
图8为实施例2提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的单个目标扫描的左上角衍射级次。
图9为实施例2提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的单个目标扫描的左下角衍射级次。
图10为实施例2提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的单个目标扫描的右上角衍射级次。
图11为实施例2提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的单个目标扫描的右下角衍射级次。
图12为实施例3提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的两个目标扫描的左侧两个衍射级次。
图13为实施例3提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的两个目标扫描的右侧两个衍射级次。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种液晶聚合物偏振光栅，如图1所示，液晶聚合物偏振光栅包括透明基板100、设置在于透明基板100一侧表面的光控取向膜200，以及设置在光控取向膜200远离透明基板100一侧表面的液晶聚合物薄膜300。
本发明中，液晶聚合物薄膜中靠近所述光取向膜的一层液晶聚合物分子的指向矢分布与光控取向膜的分子指向矢分布相垂直，也就是液晶聚合物薄膜的分子的指向矢分布相对于光控取向膜的分子指向矢分布平移半个周期。
图2为液晶聚合物薄膜中靠近光取向膜的一层液晶聚合物分子的指向矢分布示意图，需要明确的是，图2仅只表现出单一层液晶聚合物的分子指向，没有表现取向剂分子以及其它层液晶聚合物分子取向情况。由于锚定作用，液晶聚合物分子在z方向(是指垂直于纸面的方向，如后文中有出现z方向，指代的意义均与此处相同)上指向矢方向一致。
图3为液晶聚合物偏振光栅的液晶指向矢分布模拟图，能够较严格的反映液晶聚合物分子排布的变化。
本实施例还提供一种液晶聚合物偏振光栅的制备方法，如图4所示，包括如下步骤：
(1)对透明基板进行预处理：将玻璃基板用酒精和丙酮的混合洗液超声清洗30分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各10分钟，然后在120℃烘箱中烘干40分钟，最后进行UVO清洗30分钟，得到清洁的玻璃基板31；
(2)在预处理后透明基板的一侧旋涂光控取向剂，旋涂方法为：用旋涂仪在600转/分钟的转速下旋涂5秒，然后在3000转/分钟的转速下旋涂60秒，然后在100℃下退火10分钟，在透明基板上形成光控取向膜32；
(3)对步骤(2)得到的透明基板上的光控取向膜进行多步重叠曝光，利用结构化的紫外偏振光33，得到具有预设取向的光控取向膜；
其中，多步重叠曝光的步骤为：
光控取向膜的指向矢方向在一个圆周内0°-180°的变化次数为2。计算获得光控取向膜的指向矢方向在取向区域内的分布。一个取向区域内每个0°-180°变化的区域被平均分成36个子区域，并被赋予一个单一的方向，从0°到175°，间隔5°。然后，将方向为0°的子区域与相邻的4个子区域(-10°到10°，共5个子区域)组合成第一曝光图形。随后的曝光图形相对于前一个曝光图形，5个子区域沿顺时针方向移过一个子区域。以此类推，获得第二到第十八曝光图形。第一次曝光时，采用无掩模动态投影曝光系统选择第一曝光图形。第一次曝光对应的诱导光偏振方向为206°。第一次曝光完成后，更换第二曝光图形。对应的诱导光偏振方向相对于第一次曝光对应的诱导光偏振方向顺时针转过5°，为201°。以此类推，每次曝光对应的诱导光偏振方向相对于前一次曝光对应的诱导光偏振方向顺时针转过5°。最后，在经历36次曝光过程后，所有区域均被曝光五次，光控取向膜的指向矢方向介于所经历的多次曝光的偏振角度的中间态。因此，多步重叠曝光后，光控取向膜上会产生形成排布渐变的取向；
(4)在步骤(3)得到的具有预设取向的光控取向膜上旋涂质量百分含量为52％的液晶聚合物前体的甲苯溶液，旋涂方法为：用旋涂仪在3000转/分钟的转速下旋涂40秒，然后在80℃下退火1分钟，形成液晶聚合物前体薄膜34；
(5)将步骤(4)得到的预制品在功率为15mW/cm2的紫外光35照射3min，得到液晶聚合物偏振光栅。
图5为液晶聚合物偏振光栅在正交偏光显微镜(型号Nikon 50i,Japan)下的显微照，图5中液晶聚合物分子指向与检偏器平行或垂直的区域最暗，与检偏器呈45°的区域最亮，整体呈周期性的亮暗交替渐变，与液晶聚合物分子指向矢发生180°的周期变化规律相吻合，并且与图3的模拟图相同。
本实施例还提供一种光学相控阵雷达，如图6所示，入射的633nm激光器光源51，通过金属线栅偏振片52，633nm的四分之一波片53，得到入射的圆偏振光。通过可调液晶波片54改变入射光的偏振态，通过液晶聚合物偏振光栅55得到衍射光。通过可调液晶波片与液晶聚合物偏振光栅的级联可以实现二维光学扫描。并最终在光学显示屏56得到衍射光束。
本实施例中，基于光透过一组液晶波片和液晶聚合物的光透过率可以达到98％以上，说明基于液晶聚合物的光学相控阵雷达具有较低的能耗，且一组组合级联的厚度为0.8mm，平面面积低于3mm2，重复组合级联的个数也仅增加厚度，说明基于液晶聚合物的光学相控阵雷达具有较小的体积；因此，本实施例得到的基于液晶聚合物的光学相控阵雷达具有流程简单、价格低廉、体积小、能耗低等优势。
实施例2
本实施例提供一种基于液晶聚合物光学相控阵雷达的二维光学扫描，在实施例1的实验基础上，通过改变可调液晶波片的外加电压，改变入射光的偏振态，实现单个目标的扫描。
图7为本实施例提供的基于液晶聚合物光学相控阵雷达得到的四个衍射级次。在两个x、y方向(以从左往右的方向记为x方向，从下往上的方向记为y方向，如后文有出现x方向和y方向，指代的意义均与此处相同)的偏振光栅级联之后，改变入射光的偏振态使得通过可调液晶波片得到的都是线偏振光。当线偏振光通过第一个x方向的偏振光栅时，得到x方向的两个衍射级次。并且两束衍射光都是圆偏振光，且旋性相反。调节第二个可调液晶波片的外加电压使得其位相延迟量等同于633nm的四分之一波片。使得两束x方向的衍射光的圆偏振光变为线偏振光。并最终同时得到四个衍射级次。
图8、图9、图10和图11均为本实施例提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的单个目标扫描的结果。以图8为例，调节第一个可调液晶波片使得入射光的偏振态为左旋圆偏振光，使得通过第一个x方向的偏振光栅得到一个向左偏折的衍射光，并且衍射光的偏振态为右旋圆偏振光。同时调节第二个可调液晶波片，使得其相当于633nm的半波片。因此，衍射光通过第二个液晶波片得到了左旋圆偏振光。左旋圆偏振光通过第一个y方向的偏振光栅得到一个向上偏折的衍射光。并最终得到了图7中所对应的位于左上角的衍射光。之后依次改变两个可调液晶波片的电压，使得对于两个偏振光栅的入射圆偏振光的旋性依次变化，可以依次得到图9-11所对应的衍射级次，实现单个目标的扫描。由于得到单个衍射级次，所以图8较之图7中的衍射光光强更强。
实施例3
本实施例提供一种基于液晶聚合物光学相控阵雷达的二维光学扫描，在实施例1的实验基础上，通过改变可调液晶波片的外加电压，改变入射光的偏振态，实现两个目标的扫描。
图12、图13为本实施例提供的液晶聚合物光学相控阵雷达得到的两个目标扫描的结果。以图12为例，调节第一个可调液晶波片使得入射光的偏振态为左旋圆偏振光，使得通过第一个x方向的偏振光栅得到一个向左偏折的衍射光，并且衍射光的偏振态为右旋圆偏振光。同时调节第二个可调液晶波片，使得其相当于633nm的四分之一波片。因此，衍射光通过第二个液晶波片得到了线偏振光。线偏振光通过第一个y方向的偏振光栅得到两个y方向的衍射光。并最终得到了图12中所对应的位于左侧的两束衍射光。之后改变第一个可调液晶波片的外加电压，使得通过第一个可调液晶波片得到右旋圆偏振光，则得到图13所对应的衍射光束。从而实现两个目标的扫描。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种液晶聚合物偏振光栅，其特征在于，所述液晶聚合物偏振光栅包括：光控取向膜以及设置在光控取向膜一侧的液晶聚合物薄膜；
所述光控取向膜的分子指向矢方向呈周期性渐变分布；
所述液晶聚合物薄膜分子的指向矢分布与所述光控取向膜的分子指向矢分布相垂直。
2.根据权利要求1所述的液晶聚合物偏振光栅，其特征在于，所述液晶聚合物偏振光栅包括透明基板、设置在透明基板一侧的光控取向膜，以及设置在光控取向膜远离透明基板一侧的液晶聚合物薄膜；
优选地，所述透明基板的透过率不低于99％；
优选地，所述光控取向膜的厚度为100-110nm；
优选地，所述液晶聚合物薄膜的厚度为1.85-1.92μm；
优选地，所述光控取向膜的分子指向矢方向沿水平方向周期性渐变，沿垂直方向保持不变。
3.根据权利要求1或2所述的液晶聚合物偏振光栅，其特征在于，所述液晶聚合物偏振光栅包括三个衍射级次；
优选地，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射角与入射光的偏振态相关；
优选地，所述液晶聚合物偏振光栅对不同偏振态的入射光的衍射角不同；
优选地，所述入射光为左旋圆偏振光，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射级次为正1级，且衍射光向左偏折；
优选地，所述入射光为右旋圆偏振光，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射级次为负1级，且衍射光向右偏折；
优选地，所述入射光为线偏振光入射，所述液晶聚合物偏振光栅的衍射级次包括正1级和负1级，其中正1级的衍射光的偏振态为左旋圆偏振光，负1级的衍射光的偏振态为右旋圆偏振光。
4.根据权利要求1-3任一项所述的液晶聚合物偏振光栅的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在透明基板的一侧形成光控取向膜；
(2)对所述光控取向膜进行取向处理，使所述光控取向膜的分子指向矢呈预设分布；
(3)在进行所述取向处理之后的光控取向膜上涂布形成液晶聚合物前体薄膜；
(4)所述液晶聚合物前体薄膜在紫外光作用下发生分子指向矢的变化，形成液晶聚合物薄膜，去除或不去除透明基板，得到所述液晶聚合物偏振光栅。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在进行步骤(1)之前，对透明基板进行清洗；
优选地，所述清洗的方法包括：将所述透明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；
优选地，所述洗液为丙酮和/或乙醇；
优选地，步骤(1)所述形成光控取向膜的方法包括：在透明基板的一侧表面旋涂光取向剂，退火，形成所述光取向膜；
优选地，所述旋涂光取向剂的方法包括：用旋涂仪在500-800r/min的转速下旋涂光取向剂5-10s，然后在2500-3500r/min的转速下旋涂光取向剂50-60s；
优选地，所述退火的温度为100-120℃，退火的时间为10-12min。
6.根据权利要求4所述的液晶聚合物偏振光栅的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述取向处理的方法为多步重叠曝光法；
优选地，所述多步重叠曝光法包括：
采用无掩模动态投影曝光系统，根据曝光次序，选择对应的曝光图形，以及对应的诱导光偏振方向，依次进行曝光；
其中，相邻曝光步骤的曝光图形的曝光区域部分重叠，所述诱导光偏振方向随曝光次序沿顺时针或逆时针旋转；
优选地，步骤(3)所述液晶聚合物前体薄膜是通过将液晶聚合物前体溶液旋涂在取向处理之后的光控取向膜的表面，而后退火形成的；
优选地，所述液晶聚合物前体溶液的溶质为UCL-017，溶剂为有机溶剂，优选甲苯、苯甲醚或丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述液晶聚合物前体溶液中溶质的质量百分含量为40-50％；
优选地，所述旋涂液晶聚合物前体溶液的方法包括：用旋涂仪在2500-3500r/min的转速下旋涂液晶聚合物前体溶液40-60s；
优选地，所述退火的温度为80-100℃，退火的时间为1-2min；
优选地，步骤(4)所述紫外光的光照时间为2-3min，紫光外的功率为12-15mW/cm2。
7.一种组合级联，其特征在于，所述组合级联包括层叠设置的液晶波片和权利要求1-3任一项所述的液晶聚合物偏振光栅；
优选地，所述液晶波片的个数为和液晶聚合物偏振光栅的个数相同，均取值为n个，n≥1，优选n为2或3。
8.根据权利要求7所述的组合级联在二维光学扫描方法中的应用；
优选地，所述应用包括：对组合级联中的液晶波片施加电压改变光束通过液晶波片的位相延迟量，实现对入射光偏振态的调制，进而通过改变各液晶波片的外加电压，改变光束通过各液晶聚合物偏振光栅的偏振态，实现对光束的扫描。
9.一种光学相控阵雷达，其特征在于，所述光学相控阵雷达包括金属线栅偏振片、对应于波长为633nm的光的四分之一波片以及权利要求7所述的组合级联；
优选地，所述光学相控阵雷达的光学扫描方法包括如下步骤：
S1、利用金属线栅偏振片将633nm激光发射器发射的高斯光转化为线偏振光；
S2、利用对应于波长为633nm的光的四分之一波片将线偏振光转化为圆偏振光；
S3、通过调节组合级联中前置液晶波片外加电压调节入射光的偏振态，进而通过改变各液晶波片的外加电压，改变光束通过各液晶聚合物偏振光栅的偏振态，实现了光学相控阵雷达对光束的扫描。
10.根据权利要求9所述的光学相控阵雷达作为传感器在无人机或空间测绘中的应用。
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