[发明专利]一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种液晶可变延迟器（LCVR）的延迟量定标方法及装置，通过测量LCVR工作波长范围内任意3个波长入射光延迟量随调制电压的变化关系，便可完成定标，为LCVR对其工作波长范围内任意波长入射光的延迟量精确控制提供参考，属于LCVR的光学特性研究技术领域。

背景技术

液晶可变延迟器（LCVR）是利用液晶的光电双折射特性制成的光偏振态调制器件，通过调节对LCVR施加的调制电压（调制电压值一般不超过10V），便可以对入射光相位延迟实现连续调节，通常可将其视为相位延迟不同的一系列晶体波片。LCVR具有宽的通光范围、无需机械转动、低功耗、响应快等应用优势，在显示、光信息和偏振成像等技术领域具有很好的应用前景。

但LCVR整个工作波长范围内，由于LCVR液晶分子对入射光的双折射存在色散，导致相同调制电压下LCVR对不同波长入射光的相位延迟之间存在差异，这使得LCVR在宽光谱应用中存在困难，对其工作波长范围内每一波长入射光相位延迟的精确控制缺少依据。并且，LCVR取向膜对液晶分子的锚定作用，使得LCVR中液晶分子在调制电压作用下沿通光方向分布复杂而不均匀，很难从理论上精确推导得到LCVR对入射光的相位延迟。然而，对于每一个制备好的LCVR，环境条件不变的情况下，其对特定波长入射光的相位延迟仅由驱动电压控制，并且能够精确测量得到。但是，要把LCVR工作波长范围内每一波长入射光的相位延迟随调制电压变化的关系都通过实测得到，显然是十分困难的。

发明内容

为了克服现阶段LCVR应用中存在的技术难题，本发明提供一种LCVR的延迟量定标方法及装置，完成LCVR对其工作波长范围内任意波长入射光延迟量随调制电压变化关系的定标，从而实现对其工作波长范围内任意波长入射光相位延迟的精确控制。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种液晶可变延迟器的延迟量定标方法，包括以下步骤：

1）运用折射率椭球理论确定液晶分子的寻常光o光折射率                                                和非寻常光e光折射率为，分别对应折射率椭球的短轴和长轴特征值，LCVR产生的双折射为：

                              （1）

上式中，，为折射率椭球的两个本征值；为液晶分子的偏转角；

对于厚度为d的LCVR，e光和o光产生的相位延迟为：

                                （2）

在驱动控制器的外部调制电压下，入射光通过LCVR后的延迟量为：

                             （3）

    上述中，为液晶分子层厚度，为液晶分子偏转角；

2）液晶分子的e光和o光折射率是波长的函数，并且满足柯西经验色散经验公式，直接用来描述LCVR延迟量初始值满足的色散特性：

                              （4）

其中为入射光波长，a、b、c为色散修正系数；

3）将调制电压决定项进行归一化：

                             （5）

4）结合上述（3）式和（5）式可知，调制电压决定项为：；

5）对LCVR工作波长范围内3个不同波长的入射光，分别测量入射光各自延迟量随调制电压的变化关系曲线；

6）取出三个波长各自延迟量初始值联立方程组，求解得到LCVR的延迟量初始值满足的色散关系；

7）将三个波长入射光每一调制电压下对应的延迟量除以各自延迟量初始值得到延迟量仅由调制电压决定的归定标一化曲线，完成定标。

对于LCVR的延迟量R可以表示为入射光波长和调制电压U的函数，其中为色散项，只与入射光波长有关；只与调制电压有关，且和相互独立，因此，，即延迟量的色散是在延迟量初始值中被引入的。

所述步骤5）中，选择LCVR工作波长范围内任意3个不同波长的入射光，采用光强法，分别进行3个波长入射光延迟量随调制电压的变化关系测试，并取延迟量初始值联立求解出满足的色散关系。

所述步骤6）中，将每一调制电压下测试波长的延迟量除以其延迟量初始值，得到由调制电压决定的归定标一化曲线，每一个液晶可变延迟器的是唯一确定的，与入射光无关。