DE4041098A1

DE4041098A1 - Gradient-index-fluessigkristallvorrichtungen und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE4041098A1
Application number: DE4041098A
Authority: DE
Inventors: Jae-Cheul Lee; Stephen Jacobs
Original assignee: University of Rochester
Current assignee: University of Rochester
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1991-07-11
Also published as: GB2240402A; JPH08101365A; FR2656117A1; FR2656117B1; US5061046A; GB9027006D0; GB2240402B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Apparate und insbesondere auf Apparate, welche Flüssigkristalle ver wenden, die Gradient-Index optische Effekte zum Formen des räumlichen Intensitätsprofils von optischen Strahlen mit bestimmten Wellenlängen vorsieht und auf Methoden, um dieselben herzustellen.

Laserstrahlapodisation ist seit den frühen 70er Jahren ein Ziel des Festkörperlaserprogramms gewesen. Apodisation ist das Formen des räumlichen Strahlprofils, um den Füllfaktor (fill factor) durch das Verstärkungsmedium (gain medium) zu erhöhen. Dies ermöglicht, daß mehr Energie aus dem Verstärkungsmedium herausgezogen wird und reduziert außerdem lineare und nicht lineare Kantenbeugungseffekte, welche selbstfokusierende Spit zen bewirken. Ein Strahlapodisierer bestimmt zu einem großen Maße die endgültige Leistung eines Hochleistungslasersystems.

Mehrere Techniken zum Apodisieren von Laserstrahlen wurden berichtet. Siehe Referenzen (1) bis (11), die unten angegeben sind. Apodisierer, die auf Absorption basieren, sind unvor teilhaft, da der Brechungsindex des absorbierenden Mediums (normalerweise Glas oder dünne Filme (Schichten)) verändert wird. Das Verändern des Brechungsindex verhindert das Erhalten einer gleichförmigen Wellenfrontqualität und kann Fresnel Beugungseffekte bewirken. Apodisation durch selektive Re flexion (ein verteilter Bragg-Effekt) von cholesterischen Flüssigkristallen führt nicht zur Absorption wie in absorbie renden Medien. S.D. Jacobs et al haben einen neuen Apo disierer, der auf Flüssigkristall-Technologie basiert, ent wickelt, der Eigenschaften demonstriert hat, die denen eines perfekten Apodisierers ähnlich sind. Siehe Referenz (12) und Jacobs et al. U.S.-Patent No. 46 79 911. Der Jacobs et al. Apodisierer arbeitet am besten für kleine klare Öffnungen, z. B. bis etwa 8 mm und in einigen Ausführungsbeispielen wird das Schleifen von präzisen flachen Oberflächen von optischen Elementen benötigt, welches die Herstellung schwierig macht.

Es ist eine Eigenschaft der Erfindung, einen Laserstrahl apodisierer vorzusehen, der Flüssigkristalle benutzt, welche verwendet werden können zur Strahlapodisation eines länglichen (im Querschnitt) Strahles, der insbesondere geeignet ist zur Verwendung mit Slab-Geometrielaser-Verstärkern oder Dioden lasern und außerdem zur Strahlapodisation von kreisförmigen Strahlen, insbesondere geeignet mit Stablaserverstärkern mit großen (z. B. 10 mm oder mehr) klaren Öffnungen.

Die Erfindung ist insbesondere geeignet zur Verwendung im Vorsehen einer weichen Öffnung zum Formen der Intensität von Laserstrahlen unter Benutzung der Eigenschaften von choles terischen Flüssigkristallen (CLC). Der Begriff "Flüssigkris talle", wie er hier verwendet wird, umfaßt Kristalle in der festen und der Strömungs (fluid) Form. Der Begriff "choles terisch" wird im umfassenden Sinne verwendet, um Flüssig kristalle, welche Chiralität besitzen, zu bedeuten unabhängig davon, ob es sich um reine cholesterische Verbindungen oder nematische Materialien, welche mit chiralen Additiven gemischt sind, handelt.

CLC′s besitzen eine spiralförmige geschichtete Anordnung oder Organisation, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Normalerweise wird eine CLC-Zelle zwischen zwei Glassubstraten präpariert.

Innerhalb jeder einzelnen Schicht der Struktur richten sich Moleküle in einer parallelen Konfiguration wie Nematische aus. Die durchschnittliche Orientierung der länglichen Flüssig kristallmoleküle wird als der "Direktor" (Richtungsgeber) definiert. In benachbarten Schichten, sind hervorstehende Seitengruppen von Atomen an jedem Molekül befestigt und zwingen, daß der Direktor gedreht wird. Die Rotation der Schichten durch das Strömungsmittel (Fluid) bewirkt eine spiralförmige (Schraubenlinienförmige) Struktur. Eine volle 360°-Rotation des Direktors wird als eine "Pitch"-Länge (Steigungslänge) P_o definiert. Diese spiralförmige Struktur führt zu den wichtigen optischen Eigenschaften von selektiver Reflexion in kreisförmiger Polarisation und Wellenlänge. Siehe Referenz (13).

Man nehme eine rechtshändige CLC-Zelle, wie in Fig. 1 gezeigt, dessen Spiralachse entlang der z-Achse orientiert ist. Zwischen der rechtshändigen spiralförmigen Struktur des CLC und dem links kreisförmig polarisierten Lichte, welches sich durch die Struktur fortpflanzt, tritt keine gegenwärtige Beeinflussung auf. Jedoch, wenn rechts kreisförmig polarisiertes Licht mit der Wellenlänge (lambda) λ entlang der z-Achse bei normalem Einfall propagiert, ist die Reflektivität R gegeben durch

wobei

ist der Kupplungskoeffizient;

ist der Verstellparameter; λ₀=n_av · P₀ ist die Spitzenwellenlänge der selektiven Reflexionsbandes; und L ist die CLC-Strömungsmitteldicke. Siehe Referenz (14). Δn=(n_e-n₀) und n_av = (n_e+n₀)/2 repräsentiert die optische Doppelbrechung bzw. den durchschnittlichen Brechungsindex. Wenn λ=λ₀, ist die CLC-Struktur mit der Eingangswellenlänge gut phasenangepaßt und die Reflektivität ist gleich

R = tanh² (₀L) . (2)

Es wurde berichtet (siehe Referenz 1), daß ein idealer Strahlapodisierer die folgenden Eigenschaften besitzt:

1. Die Steigung (Neigung) der Übertragungsfunktion zwischen 90% und 10% der Übertragungspunkte ist mindestens 3λ L/D, wobei λ die Laserwellenlänge, L der Fortpflanzungsabstand, über dem die Intensitätsmodulation minimal sein sollte, und D der Strahldurchmesser ist. Eine der Übertragungsfunktionen, welche sich dieser Bedingung annähert, ist eine super-Gauss′sche Kurve der N-ten Ordnung, das heißt: T(r) = exp [-(r/r₀)^N] (3)wobei die radiale, klare Öffnung ro ausgesucht ist, ba sierend auf der Bedingung, daß T(r₁) = 10^-3, wobei 2r₁ die Eintrittsöffnung der optischen Vorrichtung (z. B. ein Laserverstärker) ist, die dem Apodisierer folgt. Die Übertragung entspricht einer Gauss′sche Kurve, wenn N = 2.
2. Die Wellenfrontqualität über der klaren Öffnung und in die weiche Kante ist eine glatte Funktion mit kontinuierlichen ersten Ableitungen.
3. Das Spitze- zu Minimumübertragungsverhältnis ist mindestens 1000 : 1.
4. Einen hohen Laserbeschädigungsschwellwert bei der vorgesehenen Wellenlänge und Pulsbreite.
5. Umgebungsstabilität.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Eigenschaft der Erfindung CLC′s zu verwenden, welche eine Mischung von nematischen Flüssigkristallen und chiralen Additivmaterialien sind, wobei die selektive Reflexionspitzenwellenlänge eingestellt wird durch Verändern des Mischungsverhältnisses (oder relative Konzentration) dieser Materialien. Beim Mischen erhöht das Hinzufügen von mehr nematischen Flüssigkristall die Pitch-Länge P_o und Hinzu fügen von mehr chiralem Additiv verringert P_o. Gradient- Index optische Effekte, welche eine weiche Öffnung liefern, werden in einer Region produziert, wo CLC′s mit unterschiedlichen P_o überlappen (die Überlappungsregion - OLR), wobei es ermöglicht wird, Laserstrahlen zu formen oder zu apodisieren.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm der molekularen Ordnung in einem cholesterischen Flüssigkristall.

Fig. 2 ist eine Kurve der Reflektivität R, gemessen bei λ = 1064 nm, als eine Funktion der Dicke L, und zwar für eine CLC-Mischung von E7 und CB15, die so eingestellt ist, daß sie eine selektive Spitze bei λ_o = 1064 nm besitzt. Die Mischung besitzt einen Kupplungskoeffizient K_o = 0,5439. Die durchgezogene Kurve repräsentiert das Ergebnis von theoretischen Berechnungen und die Kreise repräsentieren die experimentellen Daten.

Fig. 3 ist eine Kurve der Reflektivität R für die gleiche CLC-Mischung wie in Fig. 2, und zwar als eine Funktion der normalisierten Wellenlänge λ/λ_o für KL = 4,59.

Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm eines Gradient-Index cholesterischen Flüssigkristallelementes (GCLC) mit zwei CLC′s, CLC1 und CLC2 und dem Reflektivitätsprofil eines Gradient-cholesterischen Flüssigkristall elementes. Die Region, wo CLC1 und CLC2 überlappen und mischen, um eine Pitch-Gradienten zu erzeugen, resultiert in dem gezeigten glatt variierenden Reflektivitätsprofil, wie dies durch die horizontale Schraffierung gezeigt ist.

Fig. 5 sind Kurven, die die individuellen selektiven Reflexionsbänder für die zwei unterschiedlichen cholesterischen Flüssigkristalle, welche in der Herstellung der GCLC-Elemente verwendet werden, zeigt.

Fig. 6(a) zeigt schematisch den Apparat, der verwendet wird zur Messung des Übertragungsprofils der erfindungs gemäßen Apodisiervorrichtungen.

Fig. 6(b) sind Kurven. die die Übertragungsprofile für drei Gradient-GCLC-Elemente zeigen, und zwar als eine Funktion der Stellung nach Anlaßperioden von 1 Stunde, 2 Stunden und 4 Stunden in der isotropen Phase.

Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines ein-dimensionalen Strahlapodisierers mit einem ge stapelten Paar von zwei komplementären GCLC-Elementen, und die Profile des einfallenden Strahles und der apodisierten Strahlen, die aus dem Apodisierer austreten. Eine Variation in der lateralen Position der Elemente relativ zueinander ermöglicht die Einstellung der klaren Öffnung. In dieser Darstellung repräsentiert R die Reflexion des einfallenden Strahles, und T repräsentiert die Übertragung. Der schattierte Bereich repräsentiert die Mischungs- oder Überlappregion in jedem Element, wo ein Pitch-Gradient und Gradient-Index existiert.

Fig. 8 ist eine schematische im Querschnittsansicht, welche den Apodisierer gemäß Fig. 7 im größeren Detail zeigt. Die Enge der Spiralen zeigt schematisch den Pitch der CLC′s an. Eng verdrehte Regionen entsprechen kurzem Pitch; lose verdrehte Regionen entsprechen langem Pitch; und Regionen von dazwischenliegender Verdrehung entsprechen der Strömungsmittelüberlappungsregion, OLR, wo eine räumlicher Gradient in dem Pitch existiert.

Fig. 9 ist ein Übertragungsprofil des ein-dimensionalen Apo disierers gemäß den Fig. 7 und 8, wo deren zwei GCLC-Elemente in der isotropen Phase für 1 bzw. 2 Stunden angelassen wurden.

Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Querschnitt eines 1064 nm CLC-Kreis (Circular) (zwei-dimensionalen) Strahlapodisierers zeigt, der aus plan-konkav/konvex-Linsen (p = 1033,4 und p′ = 1197,5) hergestellt und mit einem homogenen Strömungsmittel (Mischung aus E7 und CB15) gefüllt ist. Das schematische Diagramm zeigt die Anordnungsorientierung und die resultierende Beziehung für die Strömungs mittellücke L als eine Funktion der radialen Dimension r an.

Fig. 11 sind Kurven, die die berechneten Kantenübertragungspro file für zwei CLC-Strahlapodisierer der Art gemäß Fig. 10 mit p/p′ = 0,863 und p/p′ = 0,9 (zwei durchgezogene Linien) zeigen. Die gestrichelten Linien repräsentieren super-Gauss′sche Kurvenanpassungen für jeden Apodisierer.

Fig. 12 ist eine Kurve, die das Übertragungsprofil bei λ 1064 nm für den Kreis CLC-Apodisierer gemäß Fig. 10 zeigt. Die durchgezogene Linie ist das berechnete Übertragungsprofil für einen Idealfall, die Kreise sind die experimentellen Ergebnisse, und die gestrichelten Linien repräsentieren die beste super-Gauss′sche Kurvenanpassung an die Daten (N = 3,51).

Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Quer schnitt eines 1064 nm Kreis GCLC-Strahlapodisierers zeigt, der eine Mischung von CB15 in ZLI1167 (eingestellt auf 910 nm) als CLC1 verwendet und eine Mischung aus CB15 in E7 (eingestellt auf 1064 nm) als CLC2 verwendet.

Fig. 14 ist eine Kurve, die das Übertragungsprofil des GCLC- Apodisierers gemäß Fig. 13 bei λ = 1064 nm zeigt. Die Kreise sind die experimentellen Ergebnisse und die ge strichelten Linien repräsentieren die beste super- Gauss′sche Kurvenanpassunge zu den Daten (N = 8,3; r_o = 12,4 mm). Die Anlaßperiode war 1 Stunde.

Fig. 15 sind Kurven, die die Veränderung in der selektiven Re flexionspitzenwellenlänge als eine Funktion der Tempe ratur für ZLI1167 + CB15 (Quadrate) und E7 + CB15-Mi schungen (Kreise) zeigt.

Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm eines ringförmigen Strahlapodisierers, der zwei Kreiselemente des Typs gemäß Fig. 13 verwendet, und zwar zum Erzeugen eines ringförmigen (im Querschnitt) Strahles.

Die Vorrichtungen, welche durch die Erfindung vorgesehen sind, verwenden Mischungen von nematischen Flüssigkristallmateria lien und chiralen Additiven, deren Chemiesche Zusammensetzung und Quellen sind in dem oben genannten Jacobs et al.-Artikel und Patent beschrieben. Weitere Beschreibung der Chemieschen Zusammensetzung ist in der Herstellerprodukt-Literatur vor gesehen und ist in der Technik gut bekannt. Als ein Beispiel kann die Mischung eines nematischen Flüssigkristalls E7 und chiralem Additiv CB15 so eingestellt (abgestimmt) werden, daß es eine selektive Reflexionssspitze bei λ = 1064 nm besitzt. Diese Flüssigkristallmaterialien sind erhältlich von EM Chemicals, Hawthorne, NJ USA. Für das CLC-Strömungsmittel, hergestellt durch Mischen in ihren isotropen Zuständen, E7 hatte 21,36 Gew.% und CB15 hatte 78,64 Gew.%, wurden die folgenden Werte mit einem Abb-Refraktometer (22°C, λ = 1053 nm) bestimmt: n_o, n = 1,4172, n_e, n = 1,6014, n = 0,1842 und n_av = 1,5093. Bei λ = 1064 nm war der errechnete Kupplungskoeffizient K = 0,5439. Für diese CLC-Mischung ist die Reflektivität als eine Funktion der Dicke in Fig. 2 gezeigt. Das nahe Übereinstimmen der theoretischen und experimentellen Daten unterstützt die Gültigkeit der Gleichung (3).

Ein Graph der Reflektivität R als eine Funktion von λ/λ_o für KL = 4,59 ist in Fig. 3 gezeigt. Man kann sehen, daß die Re flektivität des CLC gegen Null geht, wenn λ/Λ_o = 1,076. Die Unebenheiten in Fig. 3 kommen aus Phasenfehlanpassung. In der Herstellung der im Folgenden beschriebenen Elemente werden alle mit Substraten (die das CLC-Material trennen) mit schwacher Oberflächenhaftung zusammengesetzt. Solche Haftung (Verankerung) verhindert Abneigungen (disinklinationen), was Beugungseffekte bewirkt und das Erzeugen von glatten Gradien ten verhindert. Siehe Referenz (19) für eine Besprechung der Abneigungen. Diese schwache Oberflächenhaftung ist sehr wichtig für die Apodisierer dieser Erfindung, weil sie jede Diskontinuität in der Struktur und begleitende Abweichungen von einem glatten Reflektivitätsprofil verhindert. Siehe auch Referenz (15). Schwache Haftung wird erreicht durch Substratoberflächenpräparierung (ein Beispiel wird unten besprochen) vor dem Zusammensetzen, um Linien oder Nuten zu verhindern, an denen sich die CLC-Moleküle relativ zu der Substratoberfläche orientieren können. Eine beispielhafte Technik zur Sicherstellung von schwacher Haftung geht folgendermassen: die Substrate werden gereinigt durch Reiben mit deagglomerierter Tonerde (zum Beispiel Gamma Micropolish II, Buehler) und durch Ultraschallreinigung für 2 bis 3 Minuten, gefolgt von Durchspülen mit entionisiertem Wasser. Wenn die Substrate sauber sind, werden sie mit gefiltertem Sauerstoff trocken geblasen und mit einer antistatischen Pistole behandelt, um statische Ladung zu beseitigen. Die Substrate werden durch Mylar-Abstandshalter getrennt, um die Dicke des Strömungsmittels zu definieren. Dann wird choles terisches Flüssigkristall durch Kapillarwirkung eingefüllt. Grandjean-Ausrichtung wird durch Schertechniken erreicht, d. h., laterales Bewegen der Substrate über ein paar Milli meter in Bezug zueinander bei Raumtemperatur.

Ein räumlicher Gradient in der selektiven Reflexionsspit zenwellenlänge kann induziert werden durch Füllen einer Zellenvorrichtung mit Mischungen von zwei CLC-Flüssigkeiten, CLC1 und CLC2 mit verschiedenen selektiven Reflexionsbändern als ein Resultat von unterschiedlichen Prozenten (relativen Konzentrationen) eines chiralen Additivs in jeder Mischung, und zwar von entgegengesetzten Seiten einer Zelle, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die fluidähnlichen Eigenschaften von Flüssig kristallen ermöglichen es ihnen sich in einer Überlappungs region 3 zusammenzumischen. Die Vorrichtung ist in Fig. 4 schematisch gezeigt und es wird auf sie Bezug genommen als eine Gradient-CLC (GCLC)-Vorrichtung oder Element. Das Mischungsverhältnis (relative Konzentration) von chiralen Additiven in dem nematischen Flüssigkristallgastgeber (host) variiert linear in Region 3 von der Region 1 Seite zu der Region 2 Seite. Da die spiralen Wellennummer, q_o des CLC q_o = 2π /P_o proportional zu der Konzentration ist, siehe Referenz (16), δ in Gleichung (1) kann umgeschrieben werden als

wobei

die Wellennummer in dem Flüssigkristallmedium ist. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß der durchschnitt liche Brechungsindex und Doppelbrechung in den interessanten Wellenlängenregionen konstant ist. Dann ändert sich λ/λ_o linear als eine Funktion der Position. Wenn zwei CLC′s ausgewählt sind, so daß CLC2 eine normalisierte Wellenlänge besitzt, was zu einer hohen Reflektivität führt und CLC1 λ/λ_o = 1,076 besitzt, kann ein glattes Kantenprofil in der Überlappungsregion erzeugt werden, wie dies in der Reflektivi tätskurve gemäß Fig. 4 gezeigt ist. Nimmt man an, daß die Breite der Überlappungsregion Konstant gehalten wird, so kann die Steigung der Übertragungsfunktion über die Überlappungsre gion variiert werden durch Einstellen von λ/λ_o des CLC2, welches für hohe Reflexion in Region 2 gemäß Fig. 4 verwendet wird. Wenn sich λ/λ_o in Region 2 1,076 annähert, so ist die Steigung über der Überlappungsregion (Region 3) reduziert, was in einem weicheren Reflektivitätskantenprofil für die Vor richtung resultiert.

Es gibt mehrere Wege, um geformte Gradienten in Δn und n_av zu erzeugen:

1) Durch Verwenden desselben nematischen Gastgebers mit verschiedenen Konzentrationen desselben chiralen Additivs, was in zwei deutlich unterschiediiche selektive Reflexionsbände mit ähnlichem Δn resultiert, wie dies oben besprochen wurde;
2) durch Verwenden verschiedener nematischer Gastgeber (Erlaubt Variabilität in der Viskosität und Doppelbrechung) mit demselben chiralen Additiv; und
3) durch Verwenden verschiedener nematischer Gastgeber mit verschiedenen chiralen Additiven. Es ist weiterhin wichtig, daß die Brechungsindices der Substrate im wesentlichen den durchschnittlichen Brechungsindices der CLC-Materialien angepaßt sind, wo die Erhaltung der Wellenfrontqualität von Interesse ist.

Gemäß den Fig. 5 bis 9 wird es durch das folgende Beispiel deutlicher, wie ein ein-dimensionaler Apodisierer hergestellt werden kann. Drei gereinigte, unbeschichtete, beinahe identi sche 38 mm Durchmesser GCLC-Zellen werden zusammengesetzt von Borosilikaten-Glas (BK-7) Subtraten, welche einen Brechungsin dex besitzen, der dem n_av des GCLC-Materials angepaßt ist. BK-7 (MIL Code 517-642) besitzt einen Index von 1,509 bei λ = 1064 nm. CLC1 und CLC2 haben Indices von 1,5093 und 1,5099 bei λ = 1064 nm. Andere Substrate, welche verwendet werden können, sind K3 (MIL-Code 518-590) und PK2 (MIL-Code 518-651) transparentes Glas. Für jede Zelle wurde die Lückendicke mit Mylar (R) Folienabstandshaltern mit 13 µm eingestellt. Drei Abstandshalter (Folien) sind in der Nähe der Kanten der Substrate mit 120° Abstand angeordnet, um die Zelle zu bilden. Nach dem Füllen und Scheren kann die Zelle mit einer Epoxy führung um die Kante der Zelle oder mit einer Dichtungs manschette abgedichtet werden. Jedoch kann das Abdichten unnötig sein, da die CLC-Materialien recht viskos sind. Die Substratoberflächen an gegenüberliegenden Seiten der Lücke sind flach und planar. Die Abwesenheit einer Verkeilung wird deutlich durch Interferenzmuster oder Streifen von weißem Licht, welche unter Raumbeleuchtung sichtbar sind und sie sollten weit auseinanderliegen, um die planare Natur der Substratoberflächen zu zeigen. Das Füllen geschieht vorzugsweise durch Kapillarwirkung bei 60°C, über der isotropen Übergangstemperatur von nematischen E7, mit zwei unterschiedlichen rechtshändigen CLC-Mischungen, wobei jede eine unterschiedliche Menge des chiralen Additivs CB15 besitzt, und zwar von gegenüberliegenden Seiten der Zelle. Tröpfchen von CLC1 und CLC2 werden einzeln injiziert mit Spritzen, die Filter (0,45 Mikronen Porengröße) besitzen, um letztlich alle Restpartikel zu filtern, und zwar unter einer laminaren Fließ (Klasse 100)-Haube. Es wird darauf achtge geben, Blasen zu vermeiden. Genügend CLC2 wird injiziert, um einen größeren Bereich der Lücke einzunehmen, als durch CLCl eingenommen wird, wie dies gemäß Fig. 8 gezeigt ist. CLC1 hat te 21,36 Gew.-% von E7 und 78,64 Gew.-% von CB15. CLC2 hatte 26,48 Gew.-% von E7 und 73,52 Gew.-% von CB15. CLC1 war durch Mischen so eingestellt, daß es eine selektive Reflexionsspitze bei λ_o = 1064 nm bei 22°C hatte. CLC2 war so eingestellt, um eine selektive Reflexionsspitze bei λ_o = 820 nm bei 22°C vorsah. Eine fast Grandjean-Struktur wurde erzeugt durch die konventionelle Methode des Scherens. Fig. 5 gibt Reflexions spektren in der Form von optischer Dichte für jede CLC-Mi schung in dem sichtbaren und nahem Infrarotbereich bei 22°C. Diese spektralen Abtastungen wurden mit unpolarisierter optischer Strahlung in einem Spektrophotometer (Perkin-Elmer Lambda-9) genommen. Wie schon vorher gesagt, treten die Seitennasen (oder Unebenheiten) nicht auf in Spektren unter Bedingungen der schwachen Haftung, und zwar infolge der Nicht uniformitäten der Spiralwellennummer der Moleküle in der Masse. Die leichte Neigung der flachen oberen Region und die asymmetrischen selektiven Reflexionsspitzenformen in diesen Abtastungen kommen von leichten Neigungen in der Grandjean- Struktur, welche durch Inner-Substratoberflächeneffekte indu ziert wird. Der Grad der selektiven Reflexion, wie durch die Größe der Veränderung in optischer Dichte angezeigt ist, Δ O. D, von der Basislinie ist gleich bis ungefähr 0,29, was gute Ausrichtung zeigt. (Der theoretische limitierende Wert ist gleich log 2 = 0,3.).

Der experimentelle Aufbau, der verwendet wurde, um die Apodi sierer-Übertragungsprofile zu messen, ist in Fig. 6(a) ge zeigt. Der Ausgang eines diodengepumpten ND:YAG-Laser (Amoco Micro Laser 1064 nm) wird umgewandelt in rechts-kreisförmig polarisiertes Licht, kollimiert (gebündelt) und fokussiert auf eine GCLC-Zelle (Punktgröße; ungefähr 500 µm). Die Zelle wird abgetastet, indem sie durch den Strahl auf eine Übersetzungs bühne durchgeführt wird. Die übertragene Lichtintensität wird mit einem Photodiodendetektor (United Detector Technologies, UDT-10) gemessen. Fig. 6(b) zeigt die Übertragungsprofile von drei GCLC-Zeilen mit unterschiedlichen Anlaßzeiten, genommen bei T = 22°C. Die Größe der Zwischenfläche oder Überlappungs region wird bestimmt und kann durch die Länge der Zeit, in der die gefüllte Vorrichtung angelassen wird (siehe Fig. 6(b)) gesteuert werden, und zwar bei einer Temperatur über der isotropen Phasenübergangstemperatur der Mischung (z. B. 90°C) .

Dies hält die Fluidviskosität gering und ermöglicht, daß Mischung in-situ in der Überlappungsregion auftritt. Die Übertragungsprofile bekommen eine geringere Ordnung der Super-Gauss′schen Kurve desto länger die Anlaßzeiten.

Das Konzept von gesteuerter Flüssigkeitsmischung zum Erzeugen eines linearen optischen Gradienten kann ausgenutzt werden, um einen ein-dimensionalen Strahlapodisierer gemäß den Fig. 7 und 8 herzustellen. Diese Vorrichtung ist aufgebaut durch Nehmen von zwei beinahe identischen GCLC-Zellen, dessen Herstellung oben beschrieben ist, und indem sie mit CLC1 und CLC2 in ent gegengesetzter Ordnung beschichtet werden, wie dies in Fig. 7 und 8 gezeigt ist. In Fig. 8 sind die Moleküle der CLC1 und CLC2 als Spiralen mit unterschiedlichem Pitch gezeigt. Der Pitch-Gradient wird auch durch den variierenden Pitch der Spi ralen in der Überlappungsregion gezeigt. In dieser Konfigura tion wird das Licht nur in der Region übertragen, wo Übertra gung (T) in beiden Zellen auftritt. In den (R)-Regionen wird das Licht durch selektive Reflexion abgeblockt. Die einfallen den und herauskommenden Strahlenprofile sind durch 13 bzw. 15 gemäß Fig. 7 gekennzeichnet. Das Übertragungsprofil über einen solchen Apodisierer ist in Fig. 9 gezeigt. Die klare Öffnung ist effektiv ein-dimensional. Die klare Öffnung der Vorrich tung kann eingestellt werden, und zwar durch mechanische relativ Verschiebung der zwei GCLC-Elemente zueinander. Die externen Oberflächen der Subsrrate sind vorzugweise nicht-re flektierend (AR) beschichtet. Die Zellen können nebeneinander angeordnet sein. AR-Beschichten der Oberflächen der Zellen (23 und 25, Fig. 8) kann eliminiert werden, wenn die Zellen in einer isotropen Flüssigkeit ist, welche dem Brechungsindex des Substrates angepaßt ist. Solch eine Flüssigkeit ermöglicht den Zellen verschoben (vertikal in Fig. 8) zu werden, um die Breite der klaren Öffnung zu verändern.

Gemäß den Fig. 10 bis 12 wird die Herstellung von Ring (zwei-dimensionalen)-Strahlapodisierern mit großer klarer Offnung deutlicher werden. Geometrische Einschränkungen für Flüssigkristall-Apodisierkonstruktionen, welche frühere De signs verwenden (siehe Referenz 12 und das Jacobs et al Patent) machen das Vergrößern der Öffnung auf mehr als 8 mm schwierig. Diese Schwierigkeiten werden durch den Apodisierer gemäß Fig. 10 eliminiert, welches aus einem einzelnen homoge nen CLC-Fluid zwischen einer plan-konvexen Linse 20 mit einem Krümmungsradius p und einer plan-konkaven Linse 22 mit Krümmungsradius p′ besteht. Die zwei Substrate besitzen etwas unterschiedliche innere Krümmungsradien. Die Lückendicke vari iert, so daß mindestens 10 bis 20 Pitch-Längen an dem äußeren Umfang aufgenommen werden. Folienabstandshalter werden verwen det, um die Lücke an dem Umfang einzustellen. Radiale Symme trie der zwei Substrate kann überprüft werden durch Beobachten von symmetrischen weiße Lichtringinterferenz-Mustern, welche eine ringförmige Form besitzen. Indexanpassung zwischen Flüs sigkeit und Substratlinsenelementen ist wichtig, um Fokusieren zu beseitigen. Dies setzt voraus, daß der durchschnittliche Brechungsindex des Substrates n_av der CLC-Flüssigkeit ist. (Siehe Referenz 12). Die Lückendicke zwischen den zwei Sub straten ist gegeben durch

Die Übertragungsprofile für p/p′ = 0,863 und p/p′ = 0,9 mit p = 1033,4 mm sind in Fig. 11 als zwei durchgezogene Linien gezeigt. Wenn sich p/p′ erhöht, d. h., wenn der Kurvenradius für die zwei Substrate einander annähern, vergrößert sich die klare Öffnung des Apodisierers. In dieser Figur repräsentieren die gepunkteten Linien eine Super-Gauss′sche Kurvenanpassung an die Übertragungsprofile. Beide Anpassungen zeigen, daß die Ordnung der Super-Gauss′schen Kurve N = 3,51 ist. So lange wie die CLC-Flüssigkeitsdicke gemäß der Gleichung (5) variiert wird, ist die Ordnung des Apodisierers gleichbleibend und gleich zu N = 3,51 für das in Fig. 11 gezeigte Beispiel.

In einem Beispiel eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß Fig. 10 wurden zwei Substrate mit 50,8 mm Durchmesser mit p = 1033,4 mm und p′ = 1197,5 mm erhalten und zusammenge setzt in eine Zelle, wobei die gekrümmten Oberflächen als innere Wände verwendet wurden. Die Luftlücke (Luftspalt) wurde durch Kapillarwirkung bei 60°C mit einer homogenen Mischung aus E7 und CB15, welche auf 1064 nm eingestellt war, gefüllt. Die prozentuale Gewichtsverteilung von E7 und CB15 kann die selbe sein, wie für das oben angegebene CLC1. Die gemessene (Kreise) Übertragung für die Vorrichtung bei 22°C und die berechneten (durchgezogene Linie) Profile als eine Funktion des Radius sind in Fig. 12 gezeigt. Super-Gauss′sche Kurven anpassungen an beide Kurven (gestrichelte Linien) geben N = 3,51 (r_o = 8,5 mm) für die theoretischen Daten und N = 3,52 (r_o = 9,9 mm) für die experimentellen Daten. Örtliche Fehl-Ausrichtung von Molekülen in dem CLC bewirken, daß der Kopplungskoeffizient geringer ist als der theoretische Wert, was die obige Diskrepanz erklärt. Um die Ausgangsenergie zu maximieren, wird in Hochleistungslaser-Anwendungen im allge meinen ein Super-Gauss′scher Apodisierer der Ordnung größer als 3,51 benötigt. Dies kann nicht mit dem einfachen, oben beschriebnen Einzelfluidkonzept erreicht werden, weil die Ordnung N der Super-Gauss′schen Kurve nicht variiert werden kann. Das Hinzufügen eines Gradient-Index-Effektes jedoch ermöglicht, daß Ordnungen größer als 3,51 konstruriert werden können.

Ein Gradient-Index-circular (zwei-dimensionaler) Apodisierer, gemäß der Erfindung, wird durch die Fig. 13 bis 16 verdeut licht, wobei nicht nur eine Variation in der Dicke des CLC-Strömungsmittels, sondern weiterhin ein Pitch-Gradient verwendet wird. Mit der Kombination Dicke und Pitch-Gradient sehen die circular-Apodisierer einen weiteren Bereich von Profilen, der auch Super-Gauss′sche Kurven umfaßt, als in dem obigen Fall der variablen Dicke gemäß Fig. 10 vor. In Fig. 13, wo Spiralen mit verschiedenem Pitch verschiedene CLC-Materia lien illustrieren, besitzt CLC1 eine hohe Übertragung (T) und CLC2 eine hohe Reflexion (R) bei der Konstruktionswellen länge. Die fluidähnlichen Eigenschaften von CLC′s erlauben ihnen sich zusammenzumischen und eine Pitch-Gradienten-Über lappungsregion zu bilden, wo sich die Reflektivität von 0 bis 1 radial nach außen von der Mitte der Vorrichtung verändert, wie dies durch die Variation des Pitches der Spiralen über die Region gezeigt ist. Gute kreisförmige Symmetrie wird erreicht durch Verwendung von leicht unterschiedlichen Krümmumngsradien für die stützenden Substrate, so daß CLC1 durch radiale Kapil larwirkung in das schmale Lückengebiet in der Mitte gezogen wird.

In einen Beispiel wurden zwei Substrate 24 und 26 mit 50,8mm Durchmesser und mit p = 1033,4 mm und p′ = 1197,5 mm in eine Zelle angeordnet. Abstandshalter, die 120° auseinander sind, definieren die Lückendicke an dem Umfang. Interferenzmuster können beobachtet werden, um die radiale Symmetrie, wie oben beschrieben, zu überprüfen. Mischungen aus ZLI167 (21,18 Gew.-%) und CB15 (78,82 Gew.-%) (isotrop bei 90°C, eingestellt auf 910 nm) und E7 (21,36 Gew.-%) und CB15 (78,82 Gew.-%) (isotrop bei 60°C, eingestellt auf 1064 nm) wurden verwendet als CLC1 bzw. ClC2 (diese Materialien sind erhältlich von EM in Hawthorne, N.J., USA). Die gekrümmten Oberflächen 28 und 30 dienen als die inneren Zellenwände und die Lückendicke an der inneren Kante des CLC2-Bandes ist ausreichend, um eine hohe Reflexion zu ergeben.

Beim Herstellen der Vorrichtung gemäß Fig. 13 wurde erst CLC1 durch kapillarwirkung bei 90°C gefüllt, bis eine gute kreisförmige Symmetrie in der Mitte der Zelle einnahm. Die Zelle wurde dann auf 45°C abgekühlt und CLC2 wurde sehr langsam geladen, um keine Mischung zu bewirken. CLC1 neigte dazu, Deformationen entgegenzuwirken wegen der erhöhten Visko sität bei der geringeren Temperatur. Nach der Füllung des CLC2 wurde die Temperatur auf 90°C für eine einstündige Anlassung in der isotropen Phase von beiden Mischungen erhöht. Das Ele ment wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und geschert, um gute Ausrichtung zu bekommen.

Experimentelle Daten (Kreise), genommen bei 22°C und eine Super-Gauss′sche Kurvenanpassung (gestrichelte Linie) sind in der Fig. 14 gezeigt. Dieses Apodisierprofil ist einer Super- Gauss′sche Kurve der Ordnung N = 8,3 mit r_o = 12,4 mm ange paßt. Die Abweichung von idealer Leistung in der mittleren flachen oberen Region, wo hohe Übertragung benötigt wird, ist ein Resultat von Restreflektierung bei 1064 nm von dem Flügel des CLC1-Reflexionsbandes, weiches bei 910 nm zentriert ist. Es kann eliminiert werden durch Herstellen einer CLC1-Misch ung, welche eine selektive Reflexionsspitze bei einer kürzeren Wellenlänge als 910 nm besitzt. Die Steigung an der Kante des Apodisierers kann verändert werden, und zwar durch Variieren der Zeitdauer, bei der die gefüllte Vorrichtung thermisch angelassen wird bei einer konstanten Temperatur oberhalb der isotropen Phasenübergangstemperaturen der Mischungen, wo die Viskositäten gering sind. Eine leichte Assymetrie des Apodi siererprofiles, welches in Fig. 14 zu sehen ist, ist ein Resultat eines Keils, der unbeabsichtigt durch Epoxy in einer Abdichtoperation eingeführt wurde.

Um ein kreis- oder Ringprofil zu erhalten, kann ein Paar Vor richtungen 27 und 31 in Tandem gemäß Fig. 16 angeordnet oder nebeneinander gestapelt werden. Die CLC1- und CLC2-Mischungen sind, wie gezeigt, in umgedrehter Ordnung in den Vorrichtungen 27 und 31.

Temperaturveränderungen können Wellenlängenverschiebungen der Eigenschaften von Flüssigkristallvorrichtungen bewirken. Temperaturabhängigkeit der selektiven Reflexionsspitzen-Wel lenlängen für die zwei CLC′s, die verwendet werden, um den ge stuften Indexkreisapodisierer zu machen, sind in Fig. 15 ge zeigt. In dem Temperaturbereich von 20°C bis 30°C wird die selektive Reflexionsspitzen-Wellenlänge um 2,8 nm/°C für die Mischung aus E7 und CB15 und 2 nm/°C für die Mischung aus ZLI1167 und CB15 verschoben. Neue chirale Dotierungsmittel wurden in letzter Zeit beschrieben, welche verwendet werden können, um die Temperaturempfindlichkeit der CLC-Mischungen zu verringern. Siehe Referenz (17) .

Polymer-Flüssigkristalle bieten einmalige Vorteile, wie Tempe raturunempfindlichkeit und Beständigkeit. Flüssigkristall polymersysteme, welche verwendet werden können, sind Poly siloxane und Polyglutamate, welche verschiedene Seitengruppen besitzen (Siehe Referenz 18).

Aus der vorhergehenden Beschreibung wird es deutlich, daß verbesserte GCLC-Vorrichtungen und insbesondere das Design, die Herstellung und Charakterisierung von Laserstrahlapo disierern, basierend auf Gradient-Index-optischen Effekten in Flüssigkristallen beschrieben wurde. Für ein ein-dimensionales Apodisierdesign wurde gezeigt, daß die klare Öffnung variabel ist, und zwar mittels Verschiebung zweier Vorrichtungselemente übereinander. Ein Kreisapodisiererprofil, in dem die Dicken variation der CLC-Flüssigkeit definiert ist durch zwei Sub strate mit verschiedenen inneren Oberflächenkrümmungsradien besitzt eine Super-Gauss′sche Kurvenordnung von N = 3,51. Die Möglichkeit N in diesem Design zu variieren und die Möglich keit die erwünschten Super-Gauss′schen Kurvenprofile zu bekommen, und zwar unter Verwendung der Mischeigenschaften von Flüssigkristallen zur Erzeugung eines Gradient-Indexoptischen Effektes wurde auch beschrieben. Variationen und Modifikati onen an den hierin beschriebenen Vorrichtungen innerhalb des Bereiches der Erfindung werden dem Fachmann unzweifelhaft deutlich werden. Demgemäß sollte die vorhergehende Beschreibung in einem beschreibenden und nicht in einem limitierenden Sinne gesehen werden.

Stand der Technik (Referenzen)

1. V. R. Costich and B. C. Johnson, "Apertures to shape power beams," Laser Focus, 10(9), 43-46 (1974).
2. A. Penzkofer and W. Frohlich, "Apodizing of intense laser beams with saturable dyes," Opt. Commun. 28(2), 197-201 (1979).
3. Y. Asahara and T. Isumitani, "Process of producing soft aperture filter; heat treatment of glass composed of oxides of sodium, silicon, zinc, aluminium, tin and/or arsenic in a silver salt bath," U. S. Patent 4, 108, 621 (August 22, 1978).
4. G. Dub´, "Progress in glass components for neodymium lasers," in Advanced Laser Technology and Applications, L. Esterowitz, ed., Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 335, 10-14 (1982).
5. V. I. Kryzhanovskii, B. M. Sedov, V. A. Serebryakov, A. D. Tsvetkov, and V. E. Yashin, "Formation of the spatial structure of radiation in solid-state laser systems by apodizing and hard apertures," Sov. J. Quantum Electron. 13(2), 194-198 (1983).
6. A. J. Campillo, S. Carpenter, B. E. Newman and S. L. Shapiro, "Soft apertures for reducing damage in high-power laser-amplifier system," Opt. Commun. 10(4), 313-315 (1974).
7. E. W. S. Hee, "Fabrication of apodized apertures for laser beam attenuation," Opt. Laser Technol. 7(2), 75-79 (1975).
8. S. B. Arifzhanov, R. A. Ganeev, A. A. Gulamov, V. I. Redkorechev, and T. Usmanov, "Formation of a beam of high optical quality in a multistage neodymium laser," Sov. J. Quantum Electron, 111(6), 745-749 (1981).
9. G. Dub´, "Total internal reflection apodizers", Opt. Commun, 12(3), 344-347 (1974).
10. J. C. Diels, "Apodized aperture using frustrated total reflection," Appl. Opt. 14(12), 2810-2811 (1975).
11. B. J. Feldmand and S. J. Gitomer, "Annular lens soft aperture for high power laser systems," Appl. Opt. 16(6), 1484-1486 (1977).
12. S. D. Jacobs, K. A. Cerqua, K. L. Marshall, A. Schmid, M. J. Guardalben, and K. J. Skerrett, "Liquid-crystal laser optics: design, fabrication, and performance," J. Opt. Soc. Am. B 5(9), 1962-1979 (1988).
13. J. L. Fergason, "Cholesteric structure I. optical properties," in Liquid Crystals: Proceedings of the International Conference on Liquid Crystals, at Kent State University, 16-20 August 1965, G. H. Brown, G. J. Dienes, and M. M. Labes, eds., pp. 89-103, Gordon and Breach, New York (1967).
14. J. C. Lee, J. H. Kelly, D. L. Smith, and S. D. Jacobs, "Gain Squaring in a Cr : Nd : GSGG Active-Mirror Amplifier Using a Cholesteric Liquid Crystal Mirror," IEEE J. Quantum Electron, 24(11), 2238-2248 (1988).
15. P. D. de Gennes, The Physics of Liquid Crystals, pp., 264-266, Oxford, Claredon (1974).
16. Ibid, pp. 240-241.
17. F. Leenhouts, S. Kelly, and A. Villinger, "Compensation of temperature dependence of the optical characteristics of twisted nematic liquid-crystal displays using a single chiral dopant," Appl. Phys. Lett. 54(8), 696-697 (1989).
18. M. L. Tsai, S. H. Chen, and S. D. Jacobs, "Optical Notch Filter Using Thermotropic Liquid Crystal Polymers," Appl. Phys. Lett. p. 54(24), 2395-2397 (1988). See also M. Guardalben, A. Bevin, K. Marshall, and A. Schmid, "1053-nm high-field effect in monomeric and polymeric conjugated systems," Proceedings, 20th Annual Symposium on Optical Materials, Boulder, CO, 26 October 1988, in press.
19: H. Kelker in "Molecular Crystals and Liquid Crystals," Vol. 15, pps. 147-361; Gordon & Breach Science Publishers, Great Britain, 1972.

Claims

1. Apparat zum Formen des Profils eines optischen Strahls mit einer gegebenen Wellenlänge, der entlang eines Pfades gerichtet ist, wobei folgendes vorgesehen ist: mindestens eine Flüssigkristallvorrichtung, die den Strahl auffängt, die Vorrichtung besitzt ein erstes bzw. ein zweites Substrat mit ersten und zweiten Oberflächen, die einander gegenüberliegen, ein Flüssigkristallmaterial zwischen den Oberflächen und mit einer Chiralität, die eine Struktur von Molekülen mit einem gegebenen Pitch (Steigung) P_o vorsieht, um ein selektives Reflexionsband mit einer Spitzenwellenlänge vorzusehen, wobei λ_odie Spitzenwellenlänge in dem Band im wesentlichen gleich zu der gegebenen Wellenlänge und gleich zu dem Produkt aus P_o und n_av dem Durchschnitt der extraordinären und ordinären Brechungsindices des Materials bei λ_o und gemessen bei den Temperaturen, bei denen der Apparat arbeitet, ist, und daß die ersten und zweiten Oberflächen schwache Haftungspunkte für diese Moleküle definieren.

2. Apparat nach Anspruch 1, wobei die Oberflächen eine Lücke zwischen ihnen besitzen, die eine Entfernung zwischen den Oberflächen definiert, welche in einer Richtung transver sal (quer) zu dem Pfad variiert.

3. Apparat nach Anspruch 2, wobei 2r die Apertur der Vor richtung ist, die Variation in der Dicke ist vorgesehen durch die Oberflächen, die erste Oberfläche besitzt einen Krümmungsradius p und die zweite Oberfläche besitzt einen Krümmungsradius p′ um einen Punkt entlang des Pfades, so daß die Lücke kreisförmig ist und eine Dicke L besitzt, die eine Funktion von r, L(r) ist, die gleich ist zu:

4. Apparat nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkristallmaterial ein erstes Material ist und weiterhin ein zweites Flüssig kristallmaterial umfaßt, welches auch eine Chiralität be sitzt, die einem Pitch, der unterschiedlich von dem gege benen Pitch vorsieht, um ein selektives Reflexionsband mit einer Spitzenwellenlänge, die unterschiedlich von λ_o ist, vorzusehen, das zweite Material ist zwischen den Substraten neben dem ersten Material angeordnet, um eine Region mit einem Pitch-Gradienten zu definieren, die einen Gradient-Brechungsindex zu dem Strahl darstellt.

5. Apparat nach Anspruch 1, wobei die Flächen planar und parallel sind und durch eine Lückendicke getrennt sind, die mindestens gleich der Vielzahl von Pitchen des Materials mit dem längeren Pitch ist.

6. Apparat nach Anspruch 4 wobei eine zweite Vorrichtung vorgesehen ist, die in Tandem mit der ersten Vorrichtung angeordnet ist und eine erste bzw. eine zweite der Regionen mit dem Pitch-Gradienten definiert, dessen Regionen lateral zueinander versetzt sind.

7. Apparat nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten Vorrichtungen je die ersten und zweiten Materialien enthalten, das erste Material und das zweite Material sind in der ersten Vorrichtung in umgedrehter Ordnung zu dem ersten und zweiten Material in der zweiten Vorrichtung angeordnet.

8. Apparat nach Anspruch 7, wobei das zweite Material in der ersten Vorrichtung und in der zweiten Vorrichtung übertragend bei der gegebenen Wellenlänge sind und hintereinander in der Folge in dem Pfad des Strahles angeordnet sind.

9. Apparat nach Anspruch 5, wobei die Region linear über dem Pfad des Strahles angeordnet ist.

10. Apparat nach Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten Regionen sich über dem Pfad des Strahles erstrecken.

11. Apparat nach Anspruch 4, wobei das eine der ersten und zweiten Materialien kreisförmig um das andere der ersten und zweiten Materialien angeordnet ist und daß die Gradient-Index-Region eine ringförmige Konfiguration besitzt.

12. Apparat nach Anspruch 11 wobei eine zweite Vorrichtung mit einem der ersten und zweiten Materialien ringförmig um das andere der ersten und zweiten Materialien angeordnet vor gesehen ist, um eine zweite ringförmige Pitch-Gradient- Index-Region zu definieren, die ringförmige Region besitzt innere Umfänge mit unterschiedlichen Abmessungen über dessen inneren Umfänge, die Vorrichtungen sind in Tandem entlang des Pfades des Strahles angeordnet.

13. Apparat nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Materialien in umgekehrter Ordnung in den ersten bzw. zweiten Vorrichtungen angeordnet sind.

14. Apparat nach Anspruch 4, wobei das erste und zweite Material je im wesentlichen aus einer Mischung aus einem ersten und zweiten Material mit unterschiedlicher Chiralität besteht.

15. Apparat nach Anspruch 14, wobei die ersten und zweiten Materialien nematische Flüssigkristalle und ein chirales Additiv sind.

16. Apparat nach Anspruch 14, wobei die ersten und zweiten Materialien Flüssigkristallpolymere sind.

17. Apparat nach Anspruch 16, wobei die Flüssigkristallpolymere Polysiloxane-, Polyacrylate- oder Polyglutamate-Copolymere sind.

18. Apparat nach Anspruch 1, wobei die schwachen Haftungspunkte dadurch vorgesehen sind, daß die Oberflächen glatt und im wesentlichen frei von Nuten sind.

19. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Formen des Profiles eines Laserstrahles, welches die folgenden Schritte umfaßt: das Herstellen von Mischungen von Flüssigkristallmateria lien mit unterschiedlicher Chiralität, um erste und zweite Mischungen mit unterschiedlichem Pitch vorzusehen, das Halten dieser Mischungen in einer Lücke zwischen Ober flächen von Substraten, so daß eine Region mit einem Gradient-Pitch gebildet wird.

20. Das Verfahren nach Anspruch 19 umfaßt weiterhin das Anlassen der Vorrichtung oberhalb der isotropen Temperatur der Mischungen, um die Breite der Region zu steuern.

21. Das Verfahren nach Anspruch 20 umfaßt weiterhin den Schritt des Präparierens der Oberflächen der Substrate, welche die Lücke bilden, und zwar mit einer ausreichenden Glätte, um nur schwache Haftungspunkte für die Materialien vor dem Einführen der Mischungen zu bilden.

22. Das Verfahren nach Anspruch 21 umfaßt weiterhin den Schritt des Scherens des Materials durch Hin- und Herbewegen der Substrate bezüglich einander.

23. Das Verfahren nach Anspruch 20 umfaßt weiterhin den Schritt des Anordnens einer Vielzahl dieser Vorrichtungen in Tamdem, und zwar mit den Regionen in versetzter Beziehung.