液晶光取向製備偏振衍射光學元件

《液晶光取向製備偏振衍射光學元件》是依託南京大學，由胡偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：液晶光取向製備偏振衍射光學元件
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡偉
• 依託單位：南京大學

項目摘要

衍射光學元件是光學領域的重要內容，該類元件常基於對光強或位相的調製實現，衍射效率較低（＜40.5%）。偏振衍射光學元件因其單衍射級效率可達100%成為近年的研究熱點，吸引了科研人員的強烈關注和廣泛研究。受製備技術限制，現有的研究還主要集中於光柵、菲涅爾波帶片等結構簡單的元件。本項目擬依託課題組創新設計的數控微鏡陣縮微投影裝置，結合光控取向技術在液晶多疇取向圖案化方面的獨特優勢，設計完善一種簡單、高效的製備任意指向矢連續變化的微結構取向液晶的技術方法。依託該技術，圍繞偏振叉形光柵和偏振艾里模板這兩類全新的人工微結構光學元件進行研究，掌握偏振衍射光學元件液晶取向結構的設計原則和取向控制規律，闡明該類元件對光的獨特作用機制及其電光調控規律，進而最佳化元件綜合性能，實現電光可調、可任意重構、偏振和波長不敏感的光渦旋產生器和艾里模板的開發，為光場操控帶來全新的手段。

結題摘要

通信技術的蓬勃發展正促使萬物互聯引發新的生產力革命。調光技術在這場革命中處於關鍵位置。傳統衍射光學元件多基於二元光強或位相調製來實現，衍射效率偏低。偏振衍射光學元件效率可達100%，因而成為研究熱點。但受製備技術限制，先前研究主要集中在光柵、菲涅爾波帶片等簡單元件。通過該項目，我們開發了一種光控液晶圖案化取向技術，其基於數字微鏡陣縮微投影裝置點對點多步曝光寫入不同偏振信息，利用光配向劑的偏振敏感特性來記錄取向，進而操控液晶方位角實現微結構圖案的靈活製備。該技術充分利用液晶光學各向異性對取向的依賴性，通過高精度液晶指向矢分布控制實現特定光軸分布，基於幾何相位調製實現複雜化和精細化的波前控制。項目面向液晶調光技術在材料和元件層面的挑戰，針對液晶微結構精細操控和液晶微結構光子元件的設計開發，從液晶人工微疇的形成機制、製備工藝與外場調控機制，原理性器件的設計，光學性質與器件性能最佳化等多個方面進行了系統研究。通過合理設計取向微結構，實現了偏振叉形光柵和偏振艾里模板等全新的人工微結構光學元件，掌握了偏振衍射光學元件液晶取向結構的設計原則和取向控制規律，闡明該類元件對光的獨特作用機制及其電光調控規律，進而最佳化元件綜合性能，實現電光可調、可任意重構、偏振/波長不敏感的光渦旋產生器和艾里模板的開發，為光場操控帶來全新的手段。這些元件較比傳統的電定址空間光調製器體現出空間解析度、開孔率、透過率高，回響速度快、工作波段寬、耐光損傷閾值高等優勢，打開了液晶套用的一條全新的通道。項目研究探索了液晶材料設計開發、液晶微結構形成機制與控制規律、光與液晶微結構相互作用的新效應與新規律，有助於促進我國光通訊關鍵材料、元件、設備和工藝的協同創新，可望在光通訊、強雷射整形調製等方面催生出產業的碩果。