[发明专利]可电控光学元件、以及制造所述元件的方法

说明书

由光学各向同性液体形成的可电控光学元件、尤其透镜，以及用于基于液态复合物制造所述元件的方法。现有技术中已知在利用电光克尔效应的情况下以不同方式设计的用于调制光的装置。位于广泛的工业应用而言，与高工作电压相关，所述效应的非常强的温度依赖性是不利的。为了设计和制造此类可电控的光学元件，其基于电光克尔效应实现低阈值电压和工作电压、所述效应的最小化的温度依赖性以及低响应时间，从根据权利要求1的前序部分所述的可电控的光学元件出发：根据本发明所述克尔液体(K)具有由小棒状分子(5)和非小棒状分子(4)形成的混合物作为活性复合物，并且所述克尔液体(K)在薄层盒中在施加到基底(1)上的经结构化的或/和平坦的导电层(2)之间形成具有可预压制的、宽网眼的、各向异性的网络(9)的薄层，使得对应于电光克尔效应在没有电场、在工作温度范围RT内所述克尔液体(K)的所述活性复合物(4，5)的状态是各向同性的，并且通过电学上连续地设定电压U或者通过接通/切断电压U来产生由电压引发的所述光学元件的相位行程或折射率行程并且光垂直于电极穿过电极间隙。本发明属于可电控的光学元件领域。

本发明涉及一种可电控的光学元件，尤其一种由光学各向同性液体形成的透镜，并且本发明涉及一种用于基于液态复合物来制造所述光学元件的方法。

可调光学元件是当今重要的机械系统。所述系统沉重且庞大，并且由于使用机械驱动器等而容易出现故障并且通常过于缓慢。因此非机械的光学元件是有利的并且是当今开发的主题。虽然对于此类具有较小可用直径的光学元件，各种解决方案已经得以商业化，但是在较大孔径的情况下并非如此。

电光克尔效应(J.Kerr 1875)、二次电光效应或电双折射指的是出现随着外加场的电场强度以二次方增长的光学双折射。在此效应下，具有永磁性偶极矩的分子在各向同性液体中在电场中定向。通过定向，材料在场中变得在光学上有各向异性，其中，与在无电压状态下的各向同性液体相比，在场方向上形成更高的折射率并且与之垂直地形成更低的折射率。在克尔盒中，材料的折射行为和偏振行为被外部施加的电场改变，使得能够将电信号转化为光信号。横向于透射光的方向，在克尔液体中的电极板上施加电场。大多数情况下使用纯硝基苯作为克尔液体，其具有2.44x10^-12m/V²的克尔常数K，在室温下为液态，并且可以良好地与醇类、醚和苯混合。相比之下，硝基甲苯具有1.37x10^-12m/V²的克尔常数K，而水具有5.1x10^-14m/V²的克尔常数K。在所述的液体和处于厘米范围的通常的盒大小的情况下，在此需要几千伏特范围内的电压。克尔盒的前侧和后侧是由玻璃制成的、可透光的，由金属制成的侧壁形成电极板。

因此，克尔盒的工艺应用是以克尔液体(大多数情况下为硝基苯) 作为电介质的电容器。将其设置在交叉的偏振器之间，所述偏振器的主光轴针对电场的方向各自倾斜45°。如果没有对盒施加电压，则光不能穿透这个组件。

而在电场中克尔液体变为双重折射的，即在场的方向上振动的光分量获得与垂直于场振动的光分量不同的传播速度。

因此在从克尔盒出射时在这两者之间存在相位偏移δ。而光量L 通过此光学组件，所述光量与δ和在最有利的情况下出现的光量L₀处于如下关系：

L＝L₀·sin²δ/2

相位偏移δ根据以下关系依赖于场强E、电容器板之间的光路的长度l以及电介质的克尔常数B

δ＝2π·B·l·E²

由此L＝L₀·sin²(π·B·l·E²)。

为了实质性提高克尔盒作为光中继器的灵敏度，从DE 555 249-A 已知，除了在克尔盒中产生的、依赖于电压的相位偏移之外，还给予所使用的经偏振的光的子射束另外的不可变的相位偏移。为了产生所述另外的相位偏移，在光路中连接双重折射晶体板。