[发明专利]一种电控液晶光斩波器阵列及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电子器件领域，具体涉及一种基于纳米聚合物分散液 晶(H-PDLC)材料的多通道全息光栅阵列的光斩波器及其制作方法。

背景技术

在光学实验或者研究中，通常采用机械式的斩波器对光束进行斩波调 频。例如对连续激光光束通过斩波产生一定频率的激光信号，将两束不同频 率的激光光束叠加，并进行信号分析，如分析光子晶体材料的多普勒效应 等。通常，实现斩波功能的传统的斩光器是电子控制的风扇式轮叶结构，在 一定转速下将连续光调制成一定频率的周期性连续光。传统的光斩波器时间 响应速度慢，而且单路光束需要一台斩波器，对于多路光束的同时调频无法 实现快速、实时、小型化和集成化设计。

纳米聚合物分散液晶材料(holographic polymer dispersed 1iquid crystal，HPDLC)是一种不同于传统聚合物分散液晶材料的新型光电子信息 功能材料。纳米聚合物分散液晶采用全息方法将聚合物，液晶微滴从混合均 匀状态扩散聚合物形成富含聚合物区和富含液晶区域的交替周期性结构，产 生折射率调制，该折射率调制能够在电场调控下发生变化，因此能够实现开 关交换等功能。纳米HPDLC材料的液晶微滴在几个纳米到几十纳米之间，对 可见光波段的入射光几乎不产生散射和吸收，同时衍射效率高，在表面活性 剂的作用下，能有效降低驱动电压，提高驱动反应速度，而且能够通过对衍 射光的开关调控实现对入射光束的频率调制。因此，纳米HPDLC材料及器件 在衍射光学元件，光通信器件，显示器件以及存储方面有一定的应用前景。

发明内容

本发明是针对现有传统的光斩波器体积大，反应速度慢的问题，提出了 一种电控液晶光斩波器阵列及制作方法，此光斩波器无机械运动部件、反应 速度快、易于集成和小型化。

本发明的技术方案为：一种电控液晶光斩波器阵列，由阵列式高衍射纳 米聚合物分散液晶光栅器件和驱动电源构成，阵列式高衍射纳米聚合物分散 液晶光栅器件由玻璃基板、ITO导电膜、聚合物分散液晶光栅组成，ITO导电 膜涂在玻璃基板的内表面，聚合物分散液晶光栅在导电膜之间，驱动电源产 生的驱动电场加在导电膜上。

一种电控液晶光斩波器阵列制作方法，包括以下具体步骤：

A、将相同的两片ITO导电玻璃用刻蚀工艺刻蚀成阵列式结构，阵列单 元间相互严格绝缘，刻蚀不仅将ITO导电膜部分刻蚀清除，而且深入玻璃基 板0.5mm，以方便将电源接线整齐安装在刻槽内，然后将两片刻蚀并安装好 控制导线的ITO玻璃基板完全对准，用间隔器控制好液晶盒厚度，再制作一 个厚度为5μm～20μm的均匀液晶预聚混合物阵列的液晶盒；

B、将液晶材料、聚合物单体、适量的交联剂、活化剂和引发剂，在遮 光条件下混合加热到60～70℃，使其处于各向同性的状态，在充分搅拌并用 超声波乳化使其均匀混合从而制备出聚合物分散液晶预聚物混合材料，混合 溶液中以质量比计算，液晶材料占30％～40％，聚合物单体占40％～60％，交 联剂占5％～16％，活化剂占6％～12％，引发剂占0.3％～2％；将混合溶液在 60～70℃条件下注入到四周封闭的聚合物分散液晶盒中，当其降温至40～50 ℃时，在全息光路中进行曝光，发生聚合反应诱导其相分离，从而形成全息 聚合物分散液晶光栅，曝光时间为1min～2min；

C、再将光栅写入后的斩波器阵列在紫外光下固化10分钟，使其完全相 分离；

D、将斩波器阵列和相应的电源控制系统配合，连接，实现不同频率电 控斩波阵列功能。

所述全息光路为氩离子激光器产生的514nm的Ar离子激光束首先经过滤 光片调整光强能量后，再经过小孔滤波和准直系统扩束透镜进入非偏振分光 棱镜，经过分光并反射镜反射后产生两束光强相等、光程差为零的514nm相 干激光的平面波，在干涉曝光面曝光形成HPDLC电控光栅元件，曝光时液晶 盒表面垂直于两相干激光的角平分线方向。

本发明的有益效果在于：本发明电控液晶光斩波器阵列及制作方法，具 有电场调控，响应速度快的特点，尤其在相关光学实验系统，如多光路和频 叠加信号的多普勒分析实验系统，多路载频荧光显微成像信号的载频调制中 能够替代机械转盘式的光斩波器，因此具有灵活，便捷，快速和实用的应用 特点。

附图说明

图1为本发明刻蚀法制备H-PDLC光斩波器阵列刻蚀好的1×2的阵列结构示 意图；