液晶可变延迟器

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LUBON液晶可变延迟器(LiquidCrystalVariableRetarder,LCVR)是一种主动式液晶器件,通过施加外部交流电压,可在工作波长范围内,实现延迟量在约50nm~λ/2之间的灵活可调。其延迟量调节不依赖机械组件,具有较快的响应时间,宽谱适用的同时能够保证较广的工作温度范围、较好的延迟量均匀性和较小的波前畸变,是一种性能优秀的可调波片类产品。基于其延迟量可调特性,LUBON液晶可变延迟器具有两种典型应用:用做偏振调制器时,入射线偏振光的偏振方向与液晶可变延迟器快轴呈45°,可使调节范围最广;用作纯相位延迟器时,入射线偏振光的偏振方向应与液晶可变延迟器快轴呈0°。

结构原理

LUBON液晶可变延迟器的功能主要由液晶盒内的向列相液晶填充层实现。当没有外加电压时,液晶分子在聚酰亚胺层的作用下,沿着摩擦方向排列;当通过玻璃衬底的ITO导电层接入外部交流电压时,液晶分子会在电压的影响下发生排列方向的改变,改变程度与电压幅值有关,且当电压增大到一定水平时,排列方向将几乎不再发生变动。

由此,液晶可变延迟器基于液晶材料的双折射特性所呈现出的宏观光学特性是:

在与元件表面平行的方向上,液晶可变延迟器的快轴方向始终不变;在与元件表面垂直的方向上,液晶分子排列方向的改变会导致延迟量的改变,具体为随外接交流电压的增大而减小。

对于不同波长的光,液晶可变延迟器的延迟量上限不一,其与液晶材料的固有参数和液晶盒厚度相关,但在工作波段范围内可以确保>λ/2;液晶可变延迟器的延迟量下限约为50nm,这是由于靠近衬底的液晶分子在聚酰亚胺层的锚定作用下,几乎不受外加电压的影响发生排列方向变化,造成了少量延迟量残留,所以液晶可变延迟器本质上是一款延迟量可调的各向异性波片。

LUBON液晶可变延迟器外形呈现为“前后错位玻璃衬底+中间向列相液晶层”的三明治结构。液晶盒前后衬底的ITO层分别接线,并封装于机械外壳中,机械外壳兼容?1英寸光学元件安装座。在机械外壳上,标注了产品的名称、型号等关键参数,并用长实线标记了产品的快轴方向,方便用户在光路系统中快速区分产品参数、进行元件调试。

产品特点

响应时间快

液晶可变延迟器需和电压控制器配套使用。当对液晶可变延迟器施加外部交流电压后,液晶分子达到预期的排列方向改变效果或延迟量改变效果时,会经过一小段时间差。我们将液晶可变延迟器由10V到半波电压的延迟量上升时间和由半波电压到10V的延迟量下降时间定义为其响应时间。经测量,LUBON液晶可变延迟器的响应时间参考值为15.5ms/1.5ms(上升/下降,

25℃),能够满足多数液晶可变延迟器的应用场景需求。

宽谱适用

通过液晶材料固有参数及液晶盒盒厚的良好匹配,LUBON液晶可变延迟器确保在nm~nm的波段范围内,均能满足最大λ/2的延迟量调节上限,考虑到透过率因素,我们在液晶盒外侧增加了~nm和~nm的增透膜,因此LUBON提供工作波长λ为~nm和~nm的两种液晶可变延迟器标品,并提供其透过率测量曲线。以工作波长~nm为例:

波前畸变小

通过对液晶盒厚度误差、表面缺陷(40/20)、延迟量均匀性(±5nm以内)、平行度(<1arcmin,未安装)误差等因素的严格控制,LUBON液晶可变延迟器确保波前畸变<λ/4

nm,为输出光束的质量提供了可靠保障。

稳定性好

我们对LUBON液晶可变延迟器的稳定性进行了实验测量—在以周为计次的12周周期内,其延迟量与电压关系曲线未见明显波动,展现了良好的稳定性。我们截取了nm波长下两种维度的典型数据:

3V驱动电压下的延迟量数据λ/2延迟量下的驱动电压数据

两者仅在小幅度内出现了微小变动,进一步证明了LUBON液晶可变延迟器的良好稳定性。

产品应用

用作偏振调制器

基于其延迟量可调特性,LUBON液晶可变延迟器可用作灵活的偏振调制器。当入射光为线偏振光时,调整液晶可变延迟器的快轴方向与入射光偏振方向呈45°角,并对其施加外接交流电压,进行延迟量调节。随着液晶可变延迟器的延迟量在0~λ/2之间发生周期性的等效变化,出射光的偏振态会发生线偏振光(与入射光偏振态平行)→右(左)旋椭圆偏振光→左(右)旋圆偏振光→左(右)旋椭圆偏振光→线偏振光(与入射光偏振态垂直)的变化,由此实现对入射光的偏振调制功能。

用于激光散斑抑制系统

LUBON液晶可变延迟器还可用于激光散斑抑制系统。在双电压调制模式下,液晶可变延迟器可实现两种延迟量之间的迅速切换。当入射光为左旋圆偏振光时,调节电压使液晶可变延迟器的延迟量在λ和λ/2之间高频(约50Hz)切换,出射光偏振态则会随之在左旋圆偏振态和右旋圆偏振态之间交替变化。偏振态高频切换的光束入射至液晶偏振光栅,由于偏振光栅偏振相关的二分束特性,其输出光会在±1级之间进行高频切换。将两束输出光通过透镜耦合至光纤中传输,后经过匀光照射至MASK上,并通过透镜成像。由于两幅图像的高频切换状态和人眼的视觉暂留特性,激光成像过程中的散斑得以消除,得到了更高的成像质量。

产品参数

LUBON提供的液晶可变延迟器参数如下:

配套电压控制器参数如下:

我们提供特定波长下的延迟量-电压关系曲线,以供用户在实际使用时参考。由于使用环境的差异以及液晶盒个体间的差异,建议在使用产品时,参考产品附带的延迟量-电压关系曲线对外接电压进行实时调节,以确认液晶可变延迟器的延迟量达到预期。

以工作波长~nm为例:

定制能力

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如有

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