[发明专利]一种磁光调制器件和入射可见光的大相位差磁光调制方法

说明书

本发明公开了一种磁光调制器件和入射可见光的大相位差磁光调制方法，该磁光调制器件包括磁场发生器、透明主调制部件和辅助调制部件，磁场发生器设置为磁场方向与入射可见光光路垂直；透明主调制部件设于磁场内，其内部填充磁性二维材料分散液，其中的磁性二维材料光学带隙在2.0eV以上，饱和磁化强度1emu/g以上，径厚比10²以上；辅助调制部件包括分设于透明主调制部件的相对两侧且位于入射可见光光路上的第一偏振片和第二辅调制件，第二辅调制件为偏振检测器或第二偏振片，第二偏振片与第一偏振片的偏振方向正交。该磁光调制器件可实现对入射偏振光的非接触式、连续化大相位差调制，进而实现光强度、光谱或光偏振态的连续调制。

技术领域

本发明涉及光学调制技术领域，尤其是涉及一种磁光调制器件和入射可见光的大相位差磁光调制方法。

背景技术

光调制器是一类对入射光束的相位、强度、偏振、光谱等特性进行调制的装置，广泛地应用于光束变换、光学信息处理等领域，是现代光学系统的基础构成元件。在上述光学参数中，光学相位的调制是对其他光学参数进行调制的基础。电控液晶空间光调制器是商品化程度较高、应用场景较广的一种具有大相位调制能力的光调制器，该类器件利用液晶分子的各向异性及其有序排布实现光调制。目前，实际应用中的液晶材料普遍为棒状有机分子，其光学调制过程受到电场控制。由于此调制过程所需电场强度大，且电极与有机液晶材料直接接触，器件易出现电泳、电镀等现象，从而导致寿命较短、能耗较大、场控条件单一、紫外光及蓝光照射下存在光漂白等缺点。此外，传统有机液晶光调制器必须使用微纳小球及定向层，器件的制备工艺较为复杂。值得关注的是，相较于基于电光效应的光学调制，基于磁光效应的光学调制方法则具有一系列独特优势，如无接触、无损伤、场区高度均匀、可以实现工作过程零能耗(采用永磁体)等。然而，以传统低维铁磁流体为代表的磁性材料，虽具有高度灵敏的磁响应特性，但同时存在光学各向异性低、可见光波段吸收强等缺点。综上，探索新型无机液晶材料，开发非接触、无损式、结构简单的磁光调制器，并实现工作过程零能耗，对提升光调制器性能指标、拓展其应用场景意义重大。

以石墨烯为代表的二维材料是近年来基础科学研究与产业技术攻关的前沿方向。近年来，研究人员发现一些二维材料分散液具有良好的光学特性，被认为是一类新型溶致液晶材料。该类材料具有以下应用优势：(1)材料属性为无机材料，有效地解决了有机液晶应用中紫外光及蓝光照射下器件失效或寿命缩短等问题；(2)二维材料具有超薄厚度、大横向尺寸/厚度比(即径厚比)，其极大的几何形状各向异性和光学性质各向异性使其场控敏感区的双相(各向同性相和向列相)共存浓度低于传统溶致液晶(如以零维和一维材料为活性物质的溶致液晶)一到两个量级以上，这有效降低了光学散射的不利影响；(3)二维材料同样具有极大的电学、磁学各向异性，这确保了二维材料对外场刺激响应灵敏，基于其设计的器件可以在电场、磁场下操纵，或实施双场控制；(4)二维材料种类丰富、带隙可选，能够针对不同光学波长下的应用选取适宜的材料。因此，二维材料是磁光调制器应用的理想材料，其光学应用也逐渐引起研究人员的广泛重视。

尽管二维材料的光学应用已经取得较大进展，但作为双折射介质，已报道的基于二维溶致液晶材料的磁光调制器件对偏振光相位差的调制能力普遍低于2π，双折射率较小、材料透光度低、磁来源不可控是限制其调制能力的三个主要因素。值得指出的是，在一些重要的光学应用领域，如透射光颜色调制器、光偏振态高阶连续调制器、可调滤光器中，器件的相位差调制能力应大于3π，而已报道的二维材料及低维材料磁光效应无法满足上述要求。综上，探寻合适的二维材料体系，组装制备一种可见光大相位磁光调制器件对本领域具有重要应用价值。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种磁光调制器件和入射可见光的大相位差磁光调制方法。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种磁光调制器件，用于对入射可见光的大相位差调制，所述大相位差为相位差大于2π；所述磁光调制器件包括：