一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種液晶可變延遲器（LCVR)的延遲量定標(biāo)方法及裝置，通過測量 LCVR工作波長范圍內(nèi)任意3個波長入射光延遲量隨調(diào)制電壓的變化關(guān)系，便可完成定標(biāo)， 為LCVR對其工作波長范圍內(nèi)任意波長入射光的延遲量精確控制提供參考，屬于LCVR的光 學(xué)特性研宄技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 液晶可變延遲器（LCVR)是利用液晶的光電雙折射特性制成的光偏振態(tài)調(diào)制器件， 通過調(diào)節(jié)對LCVR施加的調(diào)制電壓(調(diào)制電壓值一般不超過10V)，便可以對入射光相位延遲 實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，通?？蓪⑵湟暈橄辔谎舆t不同的一系列晶體波片。LCVR具有寬的通光范圍、 無需機(jī)械轉(zhuǎn)動、低功耗、響應(yīng)快等應(yīng)用優(yōu)勢，在顯示、光信息和偏振成像等技術(shù)領(lǐng)域具有很 好的應(yīng)用前景。
[0003] 但LCVR整個工作波長范圍內(nèi)，由于LCVR液晶分子對入射光的雙折射存在色散，導(dǎo) 致相同調(diào)制電壓下LCVR對不同波長入射光的相位延遲之間存在差異，這使得LCVR在寬光 譜應(yīng)用中存在困難，對其工作波長范圍內(nèi)每一波長入射光相位延遲的精確控制缺少依據(jù)。 并且，LCVR取向膜對液晶分子的錨定作用，使得LCVR中液晶分子在調(diào)制電壓作用下沿通光 方向分布復(fù)雜而不均勻，很難從理論上精確推導(dǎo)得到LCVR對入射光的相位延遲。然而，對 于每一個制備好的LCVR，環(huán)境條件不變的情況下，其對特定波長入射光的相位延遲僅由驅(qū) 動電壓控制，并且能夠精確測量得到。但是，要把LCVR工作波長范圍內(nèi)每一波長入射光的 相位延遲隨調(diào)制電壓變化的關(guān)系都通過實測得到，顯然是十分困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)階段LCVR應(yīng)用中存在的技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種LCVR的延遲量定 標(biāo)方法及裝置，完成LCVR對其工作波長范圍內(nèi)任意波長入射光延遲量隨調(diào)制電壓變化關(guān) 系的定標(biāo)，從而實現(xiàn)對其工作波長范圍內(nèi)任意波長入射光相位延遲的精確控制。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法，包括以下步驟： 1)運用折射率橢球理論確定液晶分子的尋常光〇光折射率和非尋常光e光折射率 為^^，分別對應(yīng)折射率橢球的短軸和長軸特征值，LCVR產(chǎn)生的雙折射為：
【主權(quán)項】
1. 一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法，其特征在于，包括w下步驟： 1) 運用折射率楠球理論確定液晶分子的尋常光0光折射率W。和非尋常光e光折射率 為?1，分別對應(yīng)折射率楠球的短軸和長軸特征值，LCVR產(chǎn)生的雙折射為： = B (D 上式中為折射率楠球的兩個本征值;液晶分子的偏轉(zhuǎn)角； 對于厚度為端]LCVR，e光和0光產(chǎn)生的相位延遲為；
(2) 在驅(qū)動控制器的外部調(diào)制電壓下，入射光通過LCVR后的延遲量為：
(3) 上述中，d為液晶分子層厚度，g為液晶分子偏轉(zhuǎn)角； 2) 液晶分子的e光和0光折射率是波長的函數(shù)，并且滿足柯西經(jīng)驗色散經(jīng)驗公式，直接 用來描述LCVR延遲量初始值滿足的色散特性；
(4) 其中1為入射光波長，3、。為色散修正系數(shù)； 3) 將調(diào)制電壓決定項進(jìn)行歸一化：
(5) 4) 結(jié)合上述（3)式和（5)式可知，調(diào)制電壓決定項為Jp) = 11馬； 5) 對LCVR工作波長范圍內(nèi)3個不同波長的入射光，分別測量入射光各自延遲量隨調(diào)制 電壓的變化關(guān)系曲線； 6) 取出=個波長各自延遲量初始值聯(lián)立方程組，求解得到LCVR的延遲量初始值滿足 的色散關(guān)系； 7) 將=個波長入射光每一調(diào)制電壓下對應(yīng)的延遲量除W各自延遲量初始值得到延遲 量僅由調(diào)制電壓決定的歸定標(biāo)一化曲線^17)，完成定標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法，其特征在于：對于 LCVR的延遲量佈TW表示為入射光波長1和調(diào)制電壓城]函數(shù)巧是巧=巧巧巧巧，其中 巧為為色散項，只與入射光波長有關(guān)J(巧只與調(diào)制電壓有關(guān)，且巧省和囊(巧相互獨立， 因此，即延遲量的色散是在延遲量初始值中被引入的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法，其特征在于：所述 步驟5)中，選擇LCVR工作波長范圍內(nèi)任意3個不同波長的入射光，采用光強(qiáng)法，分別進(jìn)行3 個波長入射光延遲量隨調(diào)制電壓的變化關(guān)系測試，并取延遲量初始值聯(lián)立求解出滿足的色 散關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法，其特征在于：所述 步驟6)中，將每一調(diào)制電壓下測試波長的延遲量除W其延遲量初始值，得到由調(diào)制電壓決 定的歸定標(biāo)一化曲線巧(P*)，每一個液晶可變延遲器的巧是唯一確定的，與入射光無關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法，其特征在于：所述 步驟7)中，將入射光波長帶入LCVR延遲量初始值滿足的色散關(guān)系求解出該波長入射光延 遲量初始值，再帶入定標(biāo)歸一化曲線發(fā)(；巧，即可得到該波長入射光延遲量隨調(diào)制電壓的變 化關(guān)系。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法的裝置，其特征在 于；包括入射光源（2 )、起偏器（3)、LCVR(4 )、LCVR驅(qū)動器（5 )、檢偏器（6 )、光功率計（7 )和 計算機(jī)（8)，所述入射光源（2)依次經(jīng)過起偏器（3XLCVR(4)和檢偏器（6)形成測量光路， 光強(qiáng)由光功率計（7)探測，并記錄到計算機(jī)（8)，所述計算機(jī)（8)控制LCVR驅(qū)動器（5)，并對 測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法的裝置，其特征在 于；所述LCVR(4)包括玻璃基板（1. 1)、透明電極氧化錫銅（1.2)、取向膜聚酷亞胺（1.3)、 間隔子（1. 4)和液晶分子（1. 5)，所述液晶分子（1. 5)為細(xì)長椿狀的向列相液晶分子，光軸 方向沿分子的長軸方向；所述取向膜（1. 3)起錯定作用，使向列相液晶分子平行于玻璃基 板（1. 1)排列；透明電極氧化錫銅（1. 2)通過外部輸入的調(diào)制電壓給LCVR施加一個均勻電 場。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法的裝置，其特征在 于；所述起偏器（3)的偏振軸方向相對于LCVR(4)的調(diào)制快軸方向取45°，檢偏器（6)的 偏振軸方向相對于起偏器（3)的偏振軸方向分別為0°和90°。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種液晶可變延遲器的延遲量定標(biāo)方法的裝置，其特征在 于；當(dāng)未給LCVR施加調(diào)制電壓或調(diào)制電壓小于闊值電壓時，LCVR中液晶分子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)； 當(dāng)給LCVR施加的調(diào)制電壓超過闊值電壓時LCVR中液晶分子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種液晶可變延遲器（liquid crystal variable retarder，LCVR）的延遲量定標(biāo)方法，屬于LCVR的光學(xué)特性研究領(lǐng)域；提供一種操作簡單、定標(biāo)精度較高的定標(biāo)方法；根據(jù)LCVR的工作原理，首先利用折射率橢球理論分析了LCVR對入射光的雙折射相位延遲關(guān)系，然后，確立了色散項定標(biāo)和調(diào)制電壓決定項定標(biāo)相結(jié)合的定標(biāo)方法，最后，結(jié)合具體實例說明本發(fā)明的定標(biāo)方法和定標(biāo)步驟，本發(fā)明理論分析正確，定標(biāo)方法準(zhǔn)確可行，經(jīng)過定標(biāo)后，可求出LCVR工作波長范圍內(nèi)任意波長入射光的延遲量隨調(diào)制電壓的變化關(guān)系，為LCVR實現(xiàn)對任意波長入射光的相位延遲的精確控制提供了依據(jù)。
【IPC分類】G02F1-01
【公開號】CN104849879
【申請?zhí)枴緾N201510320865
【發(fā)明人】李克武, 李曉, 王志斌, 王黎明, 張瑞, 于慧, 薛瑞
【申請人】中北大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年6月12日