[发明专利]一种液晶全息片及制备方法与检测光路及检测方法

说明书

本发明属于光学技术领域，公开了一种液晶全息片及制备方法与检测光路及检测方法；液晶全息片包括基底、配向层、液晶层；配向层中的偶氮染料分子通过光控取向技术被操控为与检测待测光学元件对应的计算全息图相同的取向；采用光控取向方法，控制配向层中相邻条纹的不同朝向，PB相位原理诱导的液晶分子不同朝向条纹则会对同一入射方向和偏振方向的入射光会产生不同的折射率，入射光通过固定厚度不同折射率的液晶材料后，就会形成固定的相位差；从而基底、配向层、液晶层构成具有补偿入射光固定相位差功能的液晶全息片；调节液晶材料厚度或更换液晶材料可改变液晶材料折射率，进而实现相位差的可控设计。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种液晶全息片、制备方法及非球面检测光路。

背景技术

当前，对非球面的检测方法有很多，可以分为接触测量法和非接触式测量法两大类，而在众多非接触式非球面面形测量方法中，计算全息法具有很大的优势，它可以测量非常复杂的面形，不需要使用价格昂贵的参考实体和零位透镜，是一种高精度的干涉检测法，它可以产生任意待测非球面所需的理想波前并对其进行相位补偿，因此，计算全息法被广泛应用于非球面检测中。

1）基于计算全息的检测原理

从干涉仪中发出的光波为标准球面波，经过设计好的与待测非球面对应的计算全息图后，标准球面波被全息片相位补偿，所有光线均沿非球面法线方向垂直入射待测非球面，再经待测非球面反射后的光波就携带了其面形信息，反射光波再一次经过全息片补偿后，变为球面波进入干涉仪，与干涉仪中的参考波形成干涉，产生干涉条纹图样，分析条纹的图样就可以得到非球面的面形偏差。

2）现有计算全息片检测存在的问题

计算全息片的图案与圆光栅类似，通常加工在玻璃或者熔石英的光学基板上。计算全息片因记录信息方式的不同可以分为两类：一类是振幅型全息片，另一类是位相型全息片。振幅型全息片通过传统的光刻工艺就可以获得，流程简单，加工精度虽高，但其衍射效率相比相位型全息片的衍射效率较低。相位型全息片，通过多台阶光刻来实现，理论上2台阶的衍射效率为42%，4台阶衍射效率为78%。但是多台阶光刻及蚀刻转移存在加工难度大，转移误差大的问题。

传统计算全息片在基板上进行图案蚀刻转移的过程中，若刻蚀深度过大，会导致刻蚀时间长，沟槽易受发热或者掩膜变形影响而发生变形，就会使刻蚀条纹的位置发生偏移，造成精度下降，影响光波通过全息片后的相位分布，进而影响非球面系统的检测精度。

发明内容

为解决背景技术中指出的问题，提出的技术方案如下。

一种液晶全息片，用于光学元件检测，包括基底、基底上设置的配向层、配向层上设置的液晶层；所述的配向层中包含偶氮染料分子，偶氮染料分子通过光控取向技术被操控为与检测待测光学元件对应的计算全息图相同的取向；液晶层选用液晶聚合材料通过紫外交联固化而成。

液晶全息片中配向层中偶氮染料分子排布为检测待测光学元件对应的计算全息图相同的取向，液晶层中的液晶分子利用PB相位原理被取向层中的偶氮染料分子诱导成计算全息图排布取向，通过紫外交联固化将液晶分子的计算全息图排布取向固化下来。

采用光控取向方法，控制配向层中相邻条纹的不同朝向，PB相位原理诱导的液晶分子不同朝向条纹则会对同一入射方向和偏振方向的入射光会产生不同的折射率，入射光通过固定厚度不同折射率的液晶材料后，就会形成固定的相位差；从而基底、配向层、液晶层构成具有补偿入射光固定相位差功能的液晶全息片；调节液晶材料厚度或更换液晶材料可改变液晶材料折射率，进而实现相位差的可控设计。液晶能利用液晶分子的光学各向异性产生偏振态及相位调制，形成“液晶位相型光栅”，实现计算全息片的功能。即通过对液晶分子的取向分布精确地调控，进而调制出射光波的相位分布。

为实现相邻条纹具有最大的折射率差，相邻液晶分子区域的取向互为垂直；根据补偿的相位分布，计算全息图分布包括：光栅式分布和环带分布。