[发明专利]一种基于楔形液晶结构产生结构光的方法

说明书

本发明涉及一种基于楔形液晶结构产生结构光的方法，包括：选择具有双折射效应的液晶分子，利用取向层将液晶分子进行取向；使得取向后液晶的上下表面具有一定夹角形成楔形液晶层，并确保制作的楔形液晶层中含有各向异性液晶结构；入射光入射至各向异性液晶结构，使入射光斑中心与各向异性液晶结构的液晶中心重合，透过各向异性液晶结构液晶中心的出射光为结构光。本发明提出了基于锲形液晶结构双折射的原理，实现了使用各向异性取向液晶分子作为结构光的产生器，并实现分离复杂光场的正交偏振分量(如径向偏振、切向偏振)及其携带的轨道角动量。

技术领域

本发明是关于一种基于楔形液晶结构产生结构光的方法，涉及结构光场产生技术领域。

背景技术

结构光场在光学微操纵、微加工、超分辨成像、量子技术等领域具有广阔的应用前景。常见的结构光场包括矢量光和涡旋光，矢量光的电场矢量的振动方向呈现柱型各向异性。常见的矢量光包括径向偏振光和切向偏振光，其对应的电场矢量分别沿径向方向和切向方向。此外，矢量光还包括更复杂的形式，如径向光和切向光叠加后的“45度”偏振光等。由于矢量光呈现柱各向异性，因此可以用如下形式表示高阶矢量光：，其中，为坐标(x，y)处的电场振动的取向角，θ(x,y)为位置(x,y)所对应的空间方位角，k表示电场振动方向随空间方位角转动的速度关系，表示起始位置处的电场振动方向。涡旋光则是指在垂直光波传播方向的截面上，电场的相位分布为螺旋状。矢量光场可以与涡旋光结合起来，产生矢量涡旋光。

目前产生结构光的方法主要包括空间螺旋变化的半波片、光栅、组合偏振片、相干合成、超表面、空间光调制器等。但是上述办法或是涉及到人工设计的结构，或是体积庞大，导致加工效率低、成本高等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于楔形液晶结构产生结构光的方法，能够分离复杂光场的正交偏振分量及其携带的轨道角动量。

为了实现发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于楔形液晶结构产生结构光的方法，包括：

选择具有双折射效应的液晶分子，利用取向层将液晶分子进行取向；

使得取向后液晶的上下表面具有一定夹角形成楔形液晶层，并确保制作的楔形液晶层中含有各向异性液晶结构；

入射光入射至各向异性液晶结构，使入射光斑中心与各向异性液晶结构的液晶中心重合，透过各向异性液晶结构液晶中心的出射光为结构光。

进一步地，楔形液晶结构基于“三明治”液晶盒进行实现，其中，“三明治”液晶盒的制作过程，包括：

制备“三明治”液晶盒，其中，“三明治”液晶盒包括透明且厚度均匀的下层基底层和上透明覆盖层，“三明治”液晶盒预留有开口可供液晶灌入；

在“三明治”液晶盒的上透明覆盖层的底部和/或下层基底层结构顶部表面引入取向层；

将液态的液晶分子通过预留开口灌入取向处理后的“三明治”液晶盒中；

使取向后的液晶层为楔形状，即液晶上下表面呈现一定的角度，形成“三明治”楔形液晶结构。

进一步地，采用两种方法使得液晶层为楔形状，包括：

第一：利用楔形状上透明覆盖层覆盖下层基底层使得灌入的液晶层为楔形状；

第二：采用厚度均匀的下层基底层和上透明覆盖层，在形成的液晶层通过引入间隔子调节，通过控制液晶盒中间隔子的厚度使得液晶层为楔形状。

进一步地，取向采用机械摩擦取向或光取向。

进一步地，通过采用取向层的各向异性图案特征调控液晶层的各向异性，进而改变出射光的偏振特征，出射光的偏振特征由各向异性液晶分子的空间排列特征决定，当液晶层被取向为柱型各向异性，透过液晶的两束出射矢量光的偏振方向为柱型，两个出射光分别为径向偏振和切向偏振。