CN113532280B - 可用于纳米级位移测量的液晶光尺及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可用于纳米级位移测量的液晶光尺及其制备方法。该方法包括：获取光尺初始结构；通过衍射计算得到光尺初始结构的强度分布；根据强度分布得到零点宽度、强度值，并对零点宽度、强度值及预设阈值进行比较得到比较结果；根据比较结果对光尺初始结构进行迭代优化，得到光尺优化结构；对光尺优化结构进行刻度标记精度测量，根据测量结果对光尺优化结构进行优化得到目标光尺结构；根据目标光尺结构制备等离子体超掩膜，根据等离子体超掩膜对液晶盒进行曝光、液晶填充得到液晶光尺。本申请所提供的方法通过等离子体超掩膜对可用于纳米级位移测量的液晶光尺直接进行曝光成型，以降低制备成本，并提高可用于纳米级位移测量的液晶光尺的加工效率。

Description

可用于纳米级位移测量的液晶光尺及其制备方法

技术领域

本申请涉及液晶光学器件技术领域，尤其涉及一种可用于纳米级位移测量的液晶光尺及其制备方法。

背景技术

在相关技术中，通过基于衍射光多重干涉原理的光栅尺对进行物体位移进行测量，以实现微量级位移的测量。

然而，一般的光栅尺通过聚焦离子束刻蚀沉积在玻璃基板上金膜，以制作形成。然而上述制作方式的加工时间较长，且仪器成本高昂。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法及可用于纳米级位移测量的液晶光尺。本申请所提供的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，可通过等离子体超掩膜对初始光进行转换以得到对应的偏振光场，从而对液晶取向层进行取向，从而制造纳米量级的可用于纳米级位移测量的液晶光尺。

本申请实施例第一方面提供一种可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，包括：获取光尺初始结构；通过衍射计算得到光尺初始结构的强度分布；根据强度分布得到零点宽度、强度值，并对零点宽度、强度值及预设阈值进行比较得到比较结果；根据比较结果对光尺初始结构进行迭代优化，得到光尺优化结构；对光尺优化结构进行刻度标记精度测量，根据测量结果对光尺优化结构进行优化得到目标光尺结构；根据目标光尺结构制备等离子体超掩膜，根据所述等离子体超掩膜对液晶盒进行曝光、液晶填充得到液晶光尺。其中，液晶盒已旋涂SD1取向剂(即设有取向层)。

本申请实施例中可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法包括如下技术效果：通过等离子体超掩膜对可用于纳米级位移测量的液晶光尺直接进行曝光成型，以降低制备成本，并提高超表面器件的加工效率。此外，通过等离子体超掩膜对初始光进行转换以得到对应的偏振光场，以提高对液晶层进行固化的图案分辨率。即在降低制作成本、缩减制作时长的同时，提供了一种制作纳米量级可用于纳米级位移测量的液晶光尺的方法。

在一些实施例中，所述预设阈值包括衍射极限值，所述根据所述强度分布得到零点宽度、强度值，并对所述零点宽度、所述强度值及预设阈值进行比较得到比较结果，还包括：

若所述零点宽度小于所述衍射极限值，且所述强度值为最大值，则输出第一比较结果；

其中，所述第一比较结果用于指示对所述光尺优化结构进行刻度标记精度处理；

或，若所述零点宽度大于或等于所述衍射极限值，或所述强度值不为最大值，则输出第二比较结果；其中，所述第二比较结果用于指示对所述光尺初始结构进行迭代优化。

在一些实施例中，所述对所述光尺优化结构进行刻度标记精度测量，根据测量结果对所述光尺优化结构进行优化得到目标光尺结构，包括：对所述光尺优化结构的刻度标记的相位梯度进行测量，并将所述振荡频率与波数比值分布中峰值的宽度作为测量结果；其中，所述测量结果为所述优化结构光尺的测量精度；若所述测量精度为纳米量级，则将所述光尺优化结构设为所述目标光尺结构；若所述测量精度不是纳米量级，则对所述光尺优化结构进行优化。

在一些实施例中，所述可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，包括：在玻璃基板的表面设置取向层，并得到第一组件、第二组件；将所述第一组件、所述第二组件设有所述取向层的一面相对设置，并通过间隔子固定两者相对位置，得到液晶盒；其中，所述相对设置为一组对边对齐设置，另一组对边为错位设置；其中，所述第一组件、所述第二组件之间设有间隙层，所述间隔子还用于封闭所述间隙层的一组对边，所述间隙层的另一组对边为开放设置。

在一些实施例中，所述根据所述等离子体超掩膜对液晶盒进行曝光、液晶填充得到液晶光尺，包括：通过等离子体超掩膜将初始光转换为偏振光，并利用所述偏振光对所述取向层图案化；对所述间隙层进行液晶填充，以形成液晶层；对所述液晶层进行紫外固化，以使得所述液晶层固化并形成液晶膜。

在一些实施例中，所述液晶层包括至少第一类液晶分域、第二类液晶分域；其中，所述第一类液晶分域中的液晶分子与所述可用于纳米级位移测量的液晶光尺的长轴方向成正45°角设置；所述第二类液晶分域中的液晶分子与所述可用于纳米级位移测量的液晶光尺的长轴方向成负45°角设置。

在一些实施例中，所述等离子体超掩膜包括：至少一个第一等离子体超掩膜单元、一个第二等离子体超掩膜单元；其中，所述第一等离子体超掩膜单元包括第一铝层、设置于所述第一铝层底面的第一二氧化硅衬底，所述第一铝层中设有第一矩形槽，且所述第一矩形槽长轴与所述第一铝层的侧边夹角设置；所述第二离子体超掩膜单元包括第二铝层、设置于所述第二铝层底面的第二二氧化硅衬底，所述第二铝层中设有第二矩形槽，且所述第二矩形槽长轴与所述第二铝层的侧边夹角设置。

在一些实施例中，至少两个所述第一等离子体超掩膜单元形成一个第一阵列，至少两个所述第二等离子体超掩膜单元形成一个第二阵列；其中，所述第一阵列、所述第二阵列对应于所述目标光尺结构矩形排列组成所述等离子体超掩膜。

在一些实施例中，所述第一类液晶分域调制相位为0，所述第二类液晶分域调制相位为π。

本申请实施例第二方面提供一种可用于纳米级位移测量的液晶光尺，通过实施上述任一实施例中的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法制备得到。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请一实施一种例可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法的流程图；

图2为本申请又一实施例液晶光尺的排布示意图；

图3为本申请再一实施例等离子体超掩膜结构的俯视示意图；

图4为本申请再一实施例等离子体超掩膜基础单元的结构示意图；

图5为本申请再一实施例等离子体超掩膜的透过率示意图；

图6为本申请再一实施例等离子体超掩膜透射的TM模和TE模对比度示意图；

图7为本申请一实施例液晶光尺的剖视示意图；

图8为本申请一实施例液晶光尺的俯视示意图。

附图标记：

100、等离子体超掩膜；110、第一等离子体超掩膜单元；120、第二等离子体超掩膜单元；111、第一铝层；112、第一二氧化硅衬底；121、第二铝层；122、第二二氧化硅衬底；200、玻璃基板；300、取向层；400、间隔子、500、液晶层；11、第一光尺基础单元；12、第二光尺基础单元。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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申请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。

在相关技术中，通过基于衍射光多重干涉原理的光栅尺对进行物体位移进行测量，以实现微量级位移的测量。

然而，一般的光栅尺通过聚焦离子束刻蚀沉积在玻璃基板上金膜，以制作形成。然而上述制作方式的加工时间较长，且仪器成本高昂。

请参照图1，本申请提供一种可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，包括：步骤S100、获取光尺初始结构；其中，光尺初始结构为随机一维数组；步骤S200、通过衍射计算得到光尺初始结构的强度分布；步骤S300、根据强度分布得到零点宽度、强度值，并对零点宽度、强度值及预设阈值进行比较得到比较结果；步骤S400、根据比较结果对光尺初始结构进行迭代优化，得到光尺优化结构；步骤S500、对光尺优化结构进行刻度标记精度测量，根据测量结果对光尺优化结构进行优化得到目标光尺结构；步骤S600、根据目标光尺结构制备等离子体超掩膜，根据等离子体超掩膜对液晶盒进行曝光、液晶填充得到液晶光尺。

通过将随机一维数组对光尺初始长轴不同的液晶指向矢区域间距分布进行表示，例如，随机一维数组为N＝[10011001]。其中，0对应于几何相位延迟为0的光栅结构，1对应于几何相位延迟为π的光栅结构。其中，光尺结构的调控是通过BPSO算法优化不同液晶指向矢间距分布间距进行调节，且长轴与液晶指向矢相对应。

通过矢量瑞利索末菲衍射计算得到光尺初始结构的强度分布，根据强度分布得到与光尺初始结构对应的零点宽度、强度值。

根据预设阈值对零点宽度、强度值进行比较判断，得到对应的判断结果。其中，比较结果可用于指示当前的光尺结构是否符合预设阈值。若符合预设阈值，则进行刻度标记精度测量；若不符合预设阈值，则对光尺初始结构或者当前的光尺结构进行迭代优化。

通过对光尺初始结构或者当前的光尺结构进行迭代优化，得到参数符合预设阈值的光尺优化结构。

通过对光尺优化结构进行刻度标记精度测量，以测量对应的光尺结构的测量精度。根据测量精度生成测量结果，若测量结果表示光尺优化结构的测量精度未达到预设的测量精度，则输出对应的光尺结构。其中，对应的光尺结构为目标光尺结构。

根据目标光尺结构制备对应的等离子体超掩膜，并使用等离子体超掩膜对液晶盒子进行曝光，以对液晶盒子中的取向层进行图案化。通过对取向层图案化，以使得填充的液晶分子具有特定的取向图案，从而制备对应的光尺。

通过随机一维数组表征长轴液晶不同指向矢区域间距分布的分布状态，并通过BPSO算法优化随机一维数组，所对应得到的具有一定厚度的液晶光栅结构为光尺结构。其中，光尺初始结构的厚度决定动态相位的延迟，间隔液晶分子指向矢分布决定几何相位的延迟。

可以理解地，通过算法优化设计得到目标光尺结构，并通过制作液晶盒子以完成前置处理。根据目标光尺结构制备等离子体超掩膜，该等离子体超掩膜用于对液晶层曝光取向。且等离子体超掩膜具有较高的透过率，并对TM模、TE模具有较高偏振对比度。根据等离子体超掩膜对液晶盒进行曝光、液晶填充以得到对应的液晶光尺。

在一些实施例中，预设阈值包括衍射极限值，根据强度分布得到零点宽度、强度值，并对零点宽度、强度值及预设阈值进行比较得到比较结果，还包括：若零点宽度小于衍射极限值，且强度值为最大值，则输出第一比较结果；其中，第一比较结果用于指示对光尺优化结构进行刻度标记精度处理；或，若零点宽度大于或等于衍射极限值，或强度值不为最大值，则输出第二比较结果；其中，第二比较结果用于指示对光尺初始结构进行迭代优化。

可以理解地，预设阈值中至少包括衍射极限值。若零点宽度小于衍射极限值，且强度分布所对应强度值为最大值，则输出第一比较结果。第一比较结果为指示光尺优化结构已经达到预设阈值要求，并需对光尺优化结构进行下一步的测量处理。其中，下一步的测量处理为刻度标记精度处理，用于判断对应的光尺结构是否达到预设精度要求。

若零点宽度大于或等于衍射极限值，或强度值不为最大值，则输出第二比较结果。即零点宽度或强度分布的强度值中任一个条件不满足预设要求，均执行光尺初始结构的迭代优化步骤，以对光尺的结构进行迭代优化，并得到对应的光尺优化结构。

其中，迭代优化为一个循环步骤，其停止条件为：零点宽度小于衍射极限值，且强度分布所对应强度值为最大值。

在一些实施例中，对光尺优化结构进行刻度标记精度测量，根据测量结果对光尺优化结构进行优化得到目标光尺结构，包括：对光尺优化结构的刻度标记的相位梯度进行测量，并根据振荡频率与波数比值分布中峰值的宽度得到测量结果；其中，测量结果包括光尺优化结构的测量精度；若测量精度为纳米量级，则将光尺优化结构设为目标光尺结构；若测量精度不是纳米量级，则对光尺优化结构进行优化。

当光尺优化结构的零点宽度小于衍射极限值，且强度分布所对应强度值为最大值，则根据相位梯度的振荡频率与波数对光尺优化结构的精度进行测量，并得到对应的测量结果。

例如，通过验证光尺优化结构中长轴(x轴)方向的场分布的相位梯度变化，相位梯度变化用于表征位移测量刻度标记的精度。具体地，以相位梯度变化中的振荡频率k_x与波数k₀的倍率80％处的宽度进行表征光尺优化结构的测量精度。

进一步地，若测量精度为纳米量级，则对光尺优化结构为目标光尺结构；若测量精度不是纳米量级，则对光尺优化结构进行优化。若测量精度不是纳米量级，则对光尺优化结构进行优化，并重新对优化后得到的光尺优化结构的强度分布所对应的零点宽度、强度值进行比较。

其中，光尺优化结构进行优化为调节与光尺结构对应的随机一维数组中不同位置的数值，并得到新的随机一维数组。新的随机一维数组与新的光尺优化结构相对应，通过对新的光尺优化结构进行重新验证，直至得到符合要求的光尺优化结构，则为目标光尺结构。

请参照图2，如图所示，通过可用于纳米级位移测量的液晶光尺被预设计为长度是300μm，且宽度是150μm的矩形结构。通过算法对宽度为0.5μm的液晶指向矢为+45°的基础单元、液晶指向矢为-45°的基础单元进行优化而得到。其中，第一光尺基础单元11对应于液晶指向矢为+45°的基础单元，第二光尺基础单元12对应于液晶指向矢为-45°的基础单元。

例如，由实验可得，设定入射波长为632.8nm，并经光尺结构优化得到目标光尺结构。且在距离目标光尺结构50μm的焦距处的焦点超越阿贝-瑞利衍射极限，其光强为零的半宽为0.53λ，处于超分辨区域；且以相位突变为标记刻度分辨率达到1.2nm，即得到可用于纳米级位移测量的目标光尺结构。

请参照图3、图4，在一些实施例中，等离子体超掩膜100包括：至少一个第一等离子体超掩膜单元110、一个第二等离子体超掩膜单元120；其中，第一等离子体超掩膜单元110包括第一二氧化硅衬底112、设置于第一二氧化硅衬底112的第一铝层111，第一铝层111中设有第一矩形槽，且第一矩形槽长轴与第一铝层的侧边夹角设置；第二等离子体超掩膜单元120包括第二二氧化硅衬底122、设置于第二二氧化硅衬底122的第二铝层121，第二铝层121中设有第二矩形槽，且第二矩形槽长轴与第二铝层的侧边夹角设置。

例如，当液晶分子用取向层的取向角度为-45°时，其照射光为+45°的线偏振光，且第二矩形槽长轴与第二铝层的侧边夹角，夹角大小为-45°、

可以理解地，当可用于纳米级位移测量的液晶光尺中液晶分的取向角度为±45°，等离子体超掩膜100中第一矩形槽、第二矩形槽的夹角设置角度对应地被设置为±45°。沿着等离子体超掩膜的短轴方向，多个相同的第一矩形槽或第二矩形槽可划分为带状分区。

如图所示，第一等离子体超掩膜单元110、第二等离子体超掩膜单元120均包括对应的二氧化硅衬底，且位于二氧化硅衬底上设有对应的铝层厚。

通过设置与取向角度对应的第一等离子体超掩膜单元110、第二等离子体超掩膜单元120，以构建等离子体超掩膜100。通过制备具有高透射率和高偏振对比度的超掩膜，其中，超掩膜的结构对应于可用于纳米级位移测量的液晶光尺中几何相位延迟为0或π的基础单元排列方式。即图案化所用的等离子体超掩膜为等离子体超等离子体超掩膜。

当等离子体超掩膜被宽频带的非偏振光照射时，编码在等离子体超掩膜中的纳米孔由于具有特殊空间排列，而使得出射光将产生带有光强、偏振、相位的图案。通过将该图案施加于光控取向层，以将该图案转移至后填充的液晶层。可以理解地，等离子体超掩膜的铝膜上设有纳米孔径阵列。第一矩形槽、第二矩形槽所组成的阵列即为所指的纳米孔径阵列。

请一并参照图3、图4，在一些实施例中，至少两个第一等离子体超掩膜单元形成一个第一阵列，至少两个第二等离子体超掩膜单元形成一个第二阵列；其中，第一阵列、第二阵列对应于目标光尺结构矩形排列组成等离子体超掩膜。

如图所示，等离子体超掩膜可被设计为矩形结构，且第一矩形槽、第二矩形槽的长均为180nm、宽均为70nm。通过将第一矩形槽、第二矩形槽进行周期排布，以产生与矩形孔长轴方向相垂直的偏振态。在实际应用中，铝层在空气中会被氧化，通过将10nm厚的三氧化二铝纳入超等离子体超掩膜的仿真设计中。

请参照图5、图6，图5横坐标为波长(单位为nm)、纵坐标为透过率；图6横坐标为波长(单位为nm)、纵坐标为偏振对比度。如图所示，当被设计的等离子体超掩膜与SD1光取向剂匹配在430nm-450nm波段时，TM模透过率处于26％-28％之间，TE模透过率低于2.9％。由于偏振对比度的范围是9～15倍，能够很好的实现通过偏振态取向对取向层进行取向，以图案化液晶层，以此制备光尺。

请再参照图3、图4，在一些本实施例中，为了等离子体超掩膜与可用于纳米级位移测量的液晶光尺整体尺寸的投影曝光比例为1:1。液晶层中的液晶分子包括多个被取向条带区域，且每一个被取向条带区域的宽度为0.5um。每一个被取向条带区域对应两个第一类液晶分域或者两个第二类液晶分域。且等离子体超掩膜中一个第一矩形槽或者第二矩形槽的周期对应为0.25um。

且为了降低加工难度，并增加±45°的间距，将一个第一矩形槽与相邻的两个第二矩形槽设置为中心呈等腰三角形。即等离子体超掩膜中的矩形槽可被理解为中心呈等腰三角形晶格交错排布。

具体的等离子体超掩膜结构参数可为二氧化硅衬底的厚度为1mm、长为1cm、宽为1cm。铝层厚度为100nm、长为1cm、宽为1cm。且刻蚀孔径分布在中心处的长为300um、宽为150um的矩形范围内。

为实现等离子体超等离子体超掩膜与可用于纳米级位移测量的液晶光尺整体尺寸1:1的投影曝光比例，液晶分子同样取向的条带区域基本单元为0.5um，对应等离子体超等离子体超掩膜条带排布2个周期为0.25um的铝孔。且为了降低加工难度，增加±45°的间距，将其相邻处设置为中心呈等腰三角形晶格交错排布。光尺的等离子体超等离子体超掩膜俯视结构如图8所示，参数如下：二氧化硅衬底材料80，厚度1mm，长1cm，宽1cm。刻蚀材料为铝膜70，厚度100nm，长1cm，宽1cm，其上刻蚀孔径分布在中心处的长为300um，宽为150um的矩形范围内。

请参照图7，在一些实施例中，可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，包括：在玻璃基板的表面200设置取向层300，并得到第一组件、第二组件；将第一组件、第二组件设有取向层300的一面相对设置，并通过间隔子400固定两者相对位置，得到液晶盒；其中，相对设置为一组对边对齐设置，另一组对边为错位设置；其中，第一组件、第二组件之间设有间隙层，间隔子400还用于封闭间隙层的一组对边，间隙层的另一组对边为开放设置。

此外，由于液晶层500本身所具有的厚度，使得两者固定后，两者之间留有间隙层。例如，通过将直径10μm的硅球、UV胶，以质量比1：99配置成胶状溶液。通过将胶状溶液均匀地点在第一组件的四个边角区域的表面上，将第二组件与第一组件相对设置，并通过紫外光对胶状溶液进行紫外固化，以使得胶状溶液固化形成液晶层500并限定间隙层的厚度。

此外，对玻璃基板的表面进行设置取向层之前，还包括预处理步骤。其中，预处理步骤包括对玻璃基板200进行清洁处理、亲水性优化步骤。

具体地，通过将使用5-10MPa的氮气对玻璃基板200待设置取向层300的表面进行洁净处理，以除去表面的杂质。进一步地，通过紫外臭氧清洗机对洁净处理后的玻璃基板200进行二次清洗，其中，二次清洗的时长可为20分钟。

通过对玻璃基板200进行洁净处理、二次清洗，以在除去表面的杂质、有机物的同时，对玻璃基板200的表面进行改质，并使得玻璃基板的表面获得较好的亲水性。

对玻璃基板200的表面进行设置取向层，并得到第一组件、第二组件，具体如下：将预处理步骤之后的玻璃基板转移至旋涂机上，并使用10ul的移液枪将浓度为0.3％的SD1光取向剂蘸取至玻璃基板的中心。

以10秒低速(800转/分)、40秒高速(3000转/分)的方式进行旋涂操作，以使玻璃基板200的涂布SD1光取向剂。将涂布后的玻璃基板200放置于升温至110℃热台中，并通入氮气，以使得氮气覆盖玻璃基板200。通过以110℃的条件对涂布后的玻璃基板进行20分钟的加热处理，并退火至室温，以使得SD1光取向剂在玻璃基板的表面形成取向层。

通过重新升温热台，并将使液晶盒子、液晶材料升温到清亮点之上(80C)。进一步地，将液晶材料均匀的滴定在两块玻璃基板的交界处，通过毛细作用自动填充至液晶盒的间隙层中。此外，液晶材料的配置方法为：009液晶25％、020液晶25％、021液晶49.2％、819光引发剂0.8％(均为质量分数)。

在一些实施例中，根据等离子体超掩膜对液晶盒进行曝光得到可用于纳米级位移测量的液晶光尺，包括：通过等离子体超掩膜将初始光转换为偏振光，并利用偏振光对取向层图案化；对间隙层进行液晶填充，以形成液晶层；对液晶层进行紫外固化，以使得液晶层固化，并形成液晶膜。

通过等离子体超掩膜对将初始光转换为偏振光，以得到具有取向图案的偏振场。通过偏振光对取向层图案化，以使得取向层具有特定的液晶取向图案。通过对间隙层进行液晶填充，以形成具有特定液晶指向矢的液晶层。通过对液晶层进行紫外固化，以使得液晶层固化并形成具有固定调光效果的液晶膜。其中，等离子体超掩膜为等离子体超等离子体超掩膜。

例如，当液晶被填充完成后，通过将热台温度降至50℃，并将热台和液晶盒子转移到紫外灯箱内。通过1％强度的紫外光照射液晶盒，照射时长约为10分钟，以使得液晶层发生紫外聚合，并聚合过程持续10分钟，最终进行退火。

请参照图8，在一些实施例中，液晶层包括至少第一类液晶分域、第二类液晶分域；其中，第一类液晶分域中的液晶分子与可用于纳米级位移测量的液晶光尺的长轴方向成正45°角设置；第二类液晶分域中的液晶分子与可用于纳米级位移测量的液晶光尺的长轴方向成负45°角设置。即，第一类液晶分域调制相位为0，第二类液晶分域调制相位为π。

可以理解地，可用于纳米级位移测量的液晶光尺为基于液晶双折射特性，并通过调节液晶分子指向矢分布，产生纳米级位移测量光尺所需的几何相位。

当液晶盒厚满足半波条件，液晶分子的光轴与入射光偏振矢量之间的角度为α，可用于纳米级位移测量的液晶光尺的对入射光的作用，可用表示为琼斯矩阵：

当液晶分子的光轴与入射光偏振矢量之间的角度为+45°，琼斯矩为:

当入射光为x方向线偏振光时，其琼斯矩为：

则液晶指向矢为+45°时，其出射y偏振光实现0的几何相位延迟：

同理，x方向线偏正光入射液晶指向矢为-45°时，其出射光y偏振光实现π的几何相位延迟：

通过以几何相位为0或者π对应的液晶分域作为基础单元(微纳结构)，并通过二元粒子群优化算法对基础单元进行结构排布设计。

可用于纳米级位移测量的液晶光尺由于几何相位延迟为0或π的亚波长条带结构组成，其液晶指向矢为±45°，每条带状的液晶分域内的液晶取向一致。

可以理解地，本申请所提供的一种具体的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法方法，可通过等离子体超掩膜对可用于纳米级位移测量的液晶光尺直接进行曝光成型，以降低制备成本，并提高可用于纳米级位移测量的液晶光尺的加工效率。其中，可用于纳米级位移测量的液晶光尺的辨率可达到1.2nm，以为纳米位移的测量提供了一种可用的可用于纳米级位移测量的液晶光尺。

本申请提供一种可用于纳米级位移测量的液晶光尺，通过实施上述任一实施例中的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法制备得到。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，其特征在于，包括：

获取光尺初始结构；

通过衍射计算得到所述光尺初始结构的强度分布；

根据所述强度分布得到零点宽度、强度值，并对所述零点宽度、所述强度值及预设阈值进行比较得到比较结果；

根据所述比较结果对所述光尺初始结构进行迭代优化，得到光尺优化结构；

对所述光尺优化结构进行刻度标记精度测量，根据测量结果对所述光尺优化结构进行优化得到目标光尺结构；

在玻璃基板的表面设置取向层，并得到第一组件、第二组件；

将所述第一组件、所述第二组件设有所述取向层的一面相对设置，并通过间隔子固定两者相对位置，得到液晶盒；其中，所述相对设置为一组对边对齐设置，另一组对边为错位设置；

其中，所述第一组件、所述第二组件之间设有间隙层，所述间隔子还用于封闭所述间隙层的一组对边，所述间隙层的另一组对边为开放设置；

根据所述目标光尺结构制备等离子体超掩膜；

通过等离子体超掩膜将初始光转换为偏振光，并利用所述偏振光对所述取向层图案化；

对所述间隙层进行液晶填充，以形成液晶层；

对所述液晶层进行紫外固化，以使得所述液晶层固化并形成液晶膜，得到液晶光尺。

2.根据权利要求1所述的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，其特征在于，所述预设阈值包括衍射极限值，所述根据所述强度分布得到零点宽度、强度值，并对所述零点宽度、所述强度值及预设阈值进行比较得到比较结果，还包括：

若所述零点宽度小于所述衍射极限值，且所述强度值为最大值，则输出第一比较结果；

其中，所述第一比较结果用于指示对所述光尺优化结构进行刻度标记精度处理；

或，若所述零点宽度大于或等于所述衍射极限值，或所述强度值不为最大值，则输出第二比较结果；

其中，所述第二比较结果用于指示对所述光尺初始结构进行迭代优化。

3.根据权利要求2所述的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，其特征在于，所述对所述光尺优化结构进行刻度标记精度测量，根据测量结果对所述光尺优化结构进行优化得到目标光尺结构，包括：

对所述光尺优化结构的刻度标记的相位梯度进行测量，并将振荡频率与波数比值分布中峰值的宽度作为测量结果；其中，所述测量结果为所述光尺优化结构的测量精度；

若所述测量精度为纳米量级，则将所述光尺优化结构设为所述目标光尺结构；

若所述测量精度不是纳米量级，则对所述光尺优化结构进行优化。

4.根据权利要求1所述的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，其特征在于，所述液晶层包括至少第一类液晶分域、第二类液晶分域；

其中，所述第一类液晶分域中的液晶分子与所述可用于纳米级位移测量的液晶光尺的长轴方向成正45°角设置；所述第二类液晶分域中的液晶分子与所述可用于纳米级位移测量的液晶光尺的长轴方向成负45°角设置。

5.根据权利要求1所述的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，其特征在于，所述等离子体超掩膜包括：至少一个第一等离子体超掩膜单元、一个第二等离子体超掩膜单元；

其中，所述第一等离子体超掩膜单元包括第一铝层、设置于所述第一铝层底面的第一二氧化硅衬底，所述第一铝层中设有第一矩形槽，且所述第一矩形槽长轴与所述第一铝层的侧边夹角设置；所述第二等 离子体超掩膜单元包括第二铝层、设置于所述第二铝层底面的第二二氧化硅衬底，所述第二铝层中设有第二矩形槽，且所述第二矩形槽长轴与所述第二铝层的侧边夹角设置。

6.根据权利要求5所述的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，其特征在于，至少两个所述第一等离子体超掩膜单元形成一个第一阵列，至少两个所述第二等离子体超掩膜单元形成一个第二阵列；

其中，所述第一阵列、所述第二阵列对应于所述目标光尺结构矩形排列组成所述等离子体超掩膜。

7.根据权利要求4所述的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法，其特征在于，所述第一类液晶分域调制相位为0，所述第二类液晶分域调制相位为π。

8.可用于纳米级位移测量的液晶光尺，其特征在于，通过实施权利要求1至7中任一项所述的可用于纳米级位移测量的液晶光尺制备方法制备得到。

Images