【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于空間光調制器生成矢量光場實現pvg(偏振體全息光柵)的制備方法及裝置，屬于光學系統成像。
技術介紹
1、衍射光學元件(doe)作為光學領域的一項核心技術，其設計和制造對于精確操縱光波前至關重要。在這個領域中，偏振體全息光柵因能夠通過pancharatnam-berry(pb)相位調制實現高度精細的偏振態控制而備受矚目。然而，盡管這些全息圖具有巨大應用前景，傳統生產方法仍面臨成本、效率與穩定性方面的挑戰。
2、特別是，在生產高精度全息圖時，常規技術如微納加工或基于物理介質屬性變化的方法通常受限于設備尺寸與環境敏感性。此外，傳統方法往往采用分離式光路配置，易受環境擾動影響而導致實驗設置不穩定。針對上述問題，本專利技術中引入了電控相位元件slm，更加靈活的控制相位波前信息，只需根據材料特性生成所需要的特定矢量光場。該設計顯著提升了偏振體全息光柵制備過程中的穩定性和魯棒性。通過電控相位元件對入射光波前施加精確可變的相位，本專利技術成功實現了對全息圖案精準操控，并有效避開了由機械旋轉引起的不確定性。
3、雖然當前技術并未突破在大幅面上生成高精度全息圖案的限制(由于slm固有尺寸所約束)，但本專利技術提出了一種創新解決方案：通過構建單光束曝光系統來增強實驗配置的內在穩定性。這種配置使得系統對機械震動以及其他環境因素具有更高抵抗力，從而保證了長時間運行下全息圖案質量與一致性，保證了生產產品的一致性。
4、此外，電控相位元件賦予了系統極高靈活度與快速響應能力，這標志著向著更加自動化、智能
技術實現思路
1、本專利技術旨在提供一種基于空間光調制器生成矢量光場實現pvg的制備方法及裝置，以克服傳統制備方法中的若干限制。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：
3、第一方面，使用偶氮染料作為光取向材料，當偶氮染料薄膜受到偏振光照射時，分子中的偶氮基團會發生順反異構化，即分子會沿著光的偏振方向重新排列。這是因為反復的順反異構化過程使得分子逐漸趨于穩定的狀態，與入射光偏振方向一致。因此，生成周期性旋轉的偏振光場，可精確實現液晶分子的取向控制，為全息光柵的制備提供了新的技術途徑。
4、第二方面，本設計方案主要針對曝光取向光路進行優化。其特征在于，首先將線偏振光轉化為45°，后經過bs進行分束。其中a1-a4為有效曝光光路，b1-b2不對最后光場的偏振態產生影響的無效光路。在利用slm1和slm2分別將45°線偏振光進行相位調制。經slm1調制后的混合光場經slm2反射以此生成偏振態周期性旋轉變化的矢量光場，曝光后制備偏振體全息光柵。這種設計生成了高均勻性和高穩定性的偏振旋轉光場，顯著提升了光柵性能。
5、作為優選方案，所述光源部分設置為350-500nm的線偏振光源。
6、作為優選方案，所述slm僅對液晶分子指向矢方向的光進行相位調控。
7、作為優選方案，所述曝光光路經過擴束器準直擴束生成強度均勻、頻率恒定的平面波。
8、作為優選方案，所述偏振片與水平夾角為45°，slm1對入射光波施加相位φ1。
9、作為優選方案，slm2選用和slm1相同規格和型號，且slm1和slm2的液晶指向矢夾角為45°。slm2對反射來光束施加相位φ2。
10、本專利技術通過控制調制相位φ1和φ2，進而實現橫向周期λx的精確曝光制備。
11、本專利技術提供的一種基于空間光調制器生成矢量光場實現pvg的制備方法，包括如下步驟：
12、步驟一，在等離子清洗后的玻璃基板上涂抹光致取向層材料，在取向層的頂面覆蓋掩膜版，使用經過slm1、slm2調制的光進行曝光，以確保光場的周期性旋轉特性能夠有效傳遞到取向層上。
13、步驟二，曝光結束后，在取向層涂布液晶層，厚度根據實際需求進行調節，一般控制在1um～5um，以確保最佳的光學性能和結構穩定性。
14、步驟三，將覆蓋液晶溶液的基板置于氮環境中進行紫外固化，形成堅固的偏振體全息光柵膜層，其中照射能量不小于1.5j/cm2，以保證膜層的強度和均勻性。
15、步驟四，利用激光清洗設備將基底材質上無序的光柵區域，得到偏振體全息光柵。
16、有益效果：本專利技術通過引入可編程的電控制備元件，實現了對偏振體全息光柵橫向周期的更精確控制，具體而言，空間光調制器(slm)可以根據需要靈活調整光柵的周期結構，從而突破傳統光刻和納米壓印等方法中周期難以動態調整的瓶頸問題，極大提高了工藝的靈活性和精度。
17、本專利技術的方案核心在于生成單維度周期性旋轉的液晶取向周期，這意味著液晶分子的排列可以在一個特定方向上呈現出周期性變化。通過電控元件對液晶層進行逐步取向調制，實現了高度一致且可重復的周期性旋轉模式。這種控制方式使得液晶分子的取向更為精準，有效減少了傳統方法中由于手工調節而導致的誤差。本專利技術的另一個創新點在于生成的曝光光路是單光束曝光的，相比于傳統的雙光路干涉具有極大的魯棒性。單光束曝光避免了雙光路干涉系統中的光路對準問題，減少了由環境振動、光路偏移等因素引起的不穩定性，從而顯著提高了系統的整體穩定性和重復性。
18、這種設計不僅簡化了光路配置，還大大降低了實驗過程中的復雜度和對精密設備的需求，非常適合在工業化生產中應用。
19、本專利技術大大提高了制備過程的穩定性，通過對slm施加不同的電壓，能夠調控不同的響相位進而控制光柵的橫向周期。具有高度的靈活操作性，并有效避開了傳統由機械旋轉引起的相位誤差，同時提高了制備光柵的良率。
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1.一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特征在于，包括：照明系統、相位設計系統、曝光系統；相位設計系統包括偏振片、分束器、兩個空間光調制器SLM1和SLM2；照明系統、偏振片、分束器、SLM1在水平方向同軸；曝光系統、分束器、SLM2在垂直方向同軸；所述照明系統用于產生水平方向的光束；所述偏振片用于將光束轉化為線偏振光；線偏振光透射過分束器，經SLM1相位調制后，被分束器反射至SLM2，經SLM2相位調制后反射至曝光系統，以此生成偏振態周期性旋轉變化的矢量光場；所述曝光系統用于對矢量光場進行曝光后制備偏振體全息光柵。
2.根據權利要求1所述的一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特征在于，所述照明系統包括激光器和擴束準直系統，激光器和擴束準直系統在水平方向同軸，激光器的波長為350-500nm，擴束準直系統生成的光斑直徑為20mm*20mm。
3.根據權利要求1所述的一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特征在于，所述偏振片的偏振方向與水平方向的夾角為45°。
4.根據權利要求3所述的一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特征在于，所述SLM1的液晶分子指向矢與水平
5.根據權利要求2所述的一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特征在于，SLM1和SLM2的響應帶寬包括但不限于350nm～500nm，具有8bit及以上的位深調控度并實現0～2π的相位調控，填充度不低于94％，panel分辨率不低于1920*1200，反射率不低于90％。
6.基于權利要求1-5任一所述制備裝置的基于空間光調制器生成矢量光場實現PVG的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述液晶層的厚度為1um～10um。
8.一種偏振體全息光柵，其特征在于，由權利要求6所述的方法制備而成。
...【技術特征摘要】
1.一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特征在于，包括：照明系統、相位設計系統、曝光系統；相位設計系統包括偏振片、分束器、兩個空間光調制器slm1和slm2；照明系統、偏振片、分束器、slm1在水平方向同軸；曝光系統、分束器、slm2在垂直方向同軸；所述照明系統用于產生水平方向的光束；所述偏振片用于將光束轉化為線偏振光；線偏振光透射過分束器，經slm1相位調制后，被分束器反射至slm2，經slm2相位調制后反射至曝光系統，以此生成偏振態周期性旋轉變化的矢量光場；所述曝光系統用于對矢量光場進行曝光后制備偏振體全息光柵。
2.根據權利要求1所述的一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特征在于，所述照明系統包括激光器和擴束準直系統，激光器和擴束準直系統在水平方向同軸，激光器的波長為350-500nm，擴束準直系統生成的光斑直徑為20mm*20mm。
3.根據權利要求1所述的一種偏振體全息光柵的制備裝置，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張宇寧，趙一丞，翁一士，嚴文翔，魏然，顧雨晨，周亮，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：
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