[发明专利]一种一维液晶光栅全参数的测量方法

权利要求书

1.一种一维液晶光栅全参数的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：基于液晶线性光栅模型，构建液晶光栅数学模型，获得夫琅和费衍射的液晶光栅衍射效率公式(1)；

一维液晶光栅被看作由具有不同液晶分子朝向的区域1和区域2交替形成的；其中，区域1中液晶分子朝向平行于光栅基板方向，区域2中液晶分子的朝向平行于光栅基板且与区域1的液晶分子朝向垂直；n_e，n_o是液晶分子e轴和o轴的折射率，D为液晶光栅的占空比，用D＝b/d表示，d为液晶光栅的光栅常数，b为区域1的宽度，L为液晶层厚度；

根据液晶线性光栅模型与夫琅和费衍射积分，第m衍射级次的液晶光栅的衍射效率η的表达式为：

式中，A_e和A_o分别为液晶区域1和区域2的振幅透过率，不同的波长入射下，液晶层的振幅透过率不同，根据菲涅尔公式得到振幅透过率与折射率的关系方程：

是液晶光栅相邻两区域的相位延迟；根据液晶光栅模型得到液晶光栅相邻两区域的相位延迟方程，其中λ是入射光波的波长：

步骤2：任选两个波长的光波，利用衍射效率测量装置分别测量两波长光波下的衍射角，以及0级，+1级，+2级衍射效率的大小；光波波长的选取应满足：在波长1条件下测得的0级，+1级，+2级衍射效率的大小和在波长2条件下测得的0级，+1级，+2级衍射效率的大小不能同时相等；

利用衍射效率测量装置测得的分别是在波长1条件下测得的0级衍射效率，1级衍射效率和2级衍射效率；是波长2条件下测量的0级衍射效率，1级衍射效率和2级衍射效率；θ₁是在波长1条件下测得的0级衍射和1级衍射之间的衍射角；θ₂是在波长2条件下测得的0级衍射和1级衍射之间的衍射角；

步骤3：计算液晶光栅的光栅常数；利用步骤2测得的衍射角的结果，根据光栅方程(5)计算得到液晶光栅的光栅常数；

步骤4：计算液晶光栅振幅透过率；将已知的波长1λ₁和波长2λ₂下液晶分子的折射率代入到方程(2)和(3)中；其中，是在波长1下e轴折射率和o轴折射率；是在波长2下e轴折射率和o轴折射率；解得在波长1下区域1和区域2的液晶层振幅透过率为和在波长2下区域1和区域2的液晶层振幅透过率为和

步骤5：计算液晶光栅占空比；利用步骤2测得的衍射效率的结果，结合式(1)，构建方程组，求解占空比D的大小，其中分别是在波长1和波长2下液晶光栅相邻两区域的相位延迟；

或

联立方程组(10)(11)(12)或(13)(14)(15)，经过三角变换及数学运算求解出占空比D的大小；

步骤6：计算液晶光栅相邻区域相位延迟；利用步骤5解得的占空比D的大小，构建方程组，求解液晶光栅相邻两区域的相位延迟；

利用方程(10)(11)(12)和方程(13)(14)(15)(16)(17)联立解得在波长1和波长2入射下液晶光栅相邻两区域的相位延迟

步骤7：计算液晶层厚度；利用步骤6求得的液晶光栅相邻两区域的相位延迟或代入方程(16)或(17)，求解出液晶层厚度L；至此完成对一维液晶光栅全参数的测量。