Holographic grating fabrication for wide angular bandwidth using polymer thin films

To increase the angular bandwidth of volume holographic grating, we fabricate holographic gratings based on grating multiplexing technique by using thin films of photopolymers and polymer dispersed liquid crystals. Experimental results confirm that the liquid crystal materials increase the refractive index modulation of the grating, enabling high diffraction efficiency with wide angular response compared to pure polymer materials. We observe that the fabricated holographic grating has near 80% of diffraction efficiency and about 18° of angular bandwidth, which can be further improved by modifying the liquid crystal/polymer mixtures and the grating multiplexing technique. The grating can be used to fabricate holographic waveguide structures for emerging applications in the near-eye display systems.     

全息液晶/聚合物光栅的制备

将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合，以Ar^ 激光器为光源，使混合物在激光干涉光场的引发下发生光化学反应，从而导致液晶与预聚物发生相分离，形成全息液晶／聚合物相位光栅。采用光学显微镜和He-Ne激光器对所制样品进行测试，结果表明，当液晶含量在30％－45％范围时，所制样品具有较好的栅结构，其衍射效率具有电场可调性。     

Switchable Gratings from Polymerized Nematic Emulsions

Permanent diffraction gratings can be built in polymer dispersed liquid crystals by using either photomasks or crossed laser beams, in order to modulate the light intensity across the film during the curing process. The intensity of light diffracted from these gratings can be controlled with an applied electric field. In this paper, we report our results on the formation of permanent gratings in nematic emulsions, photopolymerized through a photomask. The gratings are permanently stored and the diffraction efficiency can be modulated with an electric field. The grating structure has been investigated by optical and scanning electron microscopy. The advantages of using nematic emulsions in photopatterning are discussed.     

向列液晶中的光控永久光栅

液晶中的光折变光栅在数据存储、实时全息术、干涉测量、光放大、相位共轭、光学图像处理和光束操控等领域具有潜在的应用价值。通过二波耦合的方法在掺C60的向列液晶中记录了永久光栅,该光栅的衍射特性能够被外加直流电场或以任意角度入射的、与记录光强度相当的一束平面光波控制。为了进一步了解光栅建立的机制,研究了在恒定外加直流电场下的电流动态过程,从而证明该光栅源于表面电荷的光调制。     

遗传算法在光栅面形优化设计中的应用

衍射效率高、偏振相关损耗低的衍射光栅是集成波分复用／解复用器件的一种核心元件,在光通信中具有很重要的应用价值,而一般面形的光栅很难达到此要求,为此需要在光栅衍射效率计算的基础上,利用遗传算法对光栅面形进行优化。采用二次函数来描述光栅面形,选取一定的原始样本,利用耦合波方法计算光栅的衍射效率;然后采用遗传算法中的各种算子对样本进行变换,计算变换后光栅面形的衍射效率,选择其中接近所确定条件的样本进行保留;再继续下一次变换和选择,直到满足设定的要求。通过优化最后得到衍射效率高、偏辗相关损耗小的光栅面形,这些面形的光栅衍射效率达到90％以上,而相应的偏振相关损耗小于0．1dB,已经达到光通信中的相应要求。在光栅面形设计中采用了遗传算法进行光栅面形优化为有特定要求光栅的制作提供了理论指导,可以节省一定的人力和渤力、     

非均匀分布的纳米银掺杂的聚合物分散液晶全息光栅等效电路建模

聚合物分散液晶全息光栅具有电场可调的特点,材料中掺杂纳米银颗粒,能够有效降低光栅的驱动电压.由于聚合动力学的影响,会造成纳米银颗粒在光栅中的非均匀分布,即纳米银在聚合物和液晶区分布含量不均匀,表现出不同的电场调控特性.通过等效电路建模的方法研究驱动电压阈值与所施加交流电场的频率之间的关系.根据Maxwell-Wagner效应建立纳米银分别被液晶和聚合物包围的等效电路模型,具体研究在液晶条纹中,纳米银含量占总纳米银比例不同的条件下,纳米银掺杂的聚合物分散液晶全息光栅的介电弛豫时间和弛豫振荡的频率数值变化,进一步调节驱动电场频率,获得更低的驱动电压阈值.通过最优驱动电场频率范围来初步确定纳米银在光栅中的分布结构,并证明纳米银颗粒集中在液晶条纹,少量分布在聚合物条纹中.     

新型聚合物网络稳定液晶光栅的制备

将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合，注入液晶盒，以紫外灯为光源，通过光掩模法使混合物在紫外光的引发下产生相分离，形成聚合物网络稳定液晶光栅。采用光学显微镜和He-Ne激光器进行测试，结果表明该光栅获得了周期性的栅结构，且衍射效率具有电场调谐性。     

斜入射下液晶偏振光栅衍射特性研究

为了表征光束倾斜入射下液晶偏振光栅的衍射特性，提出了液晶偏振光栅斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型建模方法。该方法利用吉布斯自由能方程，求解液晶分子指向矢，得到驱动电压与液晶分子倾斜角的表达式，推导出斜入射角度与相位延迟量之间的关系，结合扩展琼斯矩阵表征不同入射角度下液晶偏振光栅的透过率，通过矢量衍射理论，建立了斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型。该模型不仅可以定量求解不同斜入射角度下液晶偏振光栅衍射效率，而且能够实现衍射效率最优时驱动电压的标定。通过仿真分析和实验对该模型的有效性进行了验证，结果表明:光束入射角度从0°倾斜到10°时，最优驱动电压由2.2 V降低到2.0 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到78%；光束入射角度从0°倾斜到?10°时，最优驱动电压由2.2 V升高到2.4 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到74%。     

一次曝光法制备二维可调谐液晶光栅

设计了全息光路,采用一次曝光方法制备了基于聚合物分散液晶材料体系的二维可调谐液晶光栅.采用偏光显微镜和原子力显微镜对光栅的形貌进行检测,并利用He-Ne激光器对光栅的电光特性进行测定.结果表明,该光栅具有清晰的二维结构,衍射图样为空间点阵,衍射效率具有电场可调谐性.实验表明,改进的光路设计可制备多种形式的可调谐液晶器件.     

双掺杂LiNbO3:Fe:Mn晶体局域光折变体全息光栅形成及衍射特性

将带输运模型与二维耦合波理论相结合,研究了双掺杂LiNbO3∶Fe∶Mn晶体中由两束有限宽度平面波干涉产生的局域光折变体全息的动力学机制及其衍射特性。采用三步法联立求解了双中心带输运物质波方程和二维耦合波方程。数值计算结果表明,局域光折变体全息光栅的空间电荷场在空间上呈不均匀分布。当光栅区域较小时空间电荷场较强,随着光栅区域的增大,空间电荷场急剧下降,并降低一个数量级。此外,在接近光束入射边界的区域,空间电荷场时空变化规律与一维无限大光折变体全息光栅的结果相似,随着光栅区域的扩大,边界效应对空间电荷场的影响越显著。研究还发现,局域光折变体全息光栅的衍射效率随光栅厚度的增加而增加。理论结果对于由局域光折变体全息光栅形成的光学器件与系统的设计和应用具有重要的参考意义。     

一种新颖的聚合物分散液晶反射光栅

在制备液晶光开关的基础上,采用聚合物分散液晶(PDLC)与金属反射光栅压合的方法研制了一种新型反射式液晶光栅器件,并对其响应时间、调制电压、不同偏振态和不同入射角情况下的衍射效率等光电参数进行了测试.结果表明,该液晶反射光栅具有电场可调性,当驱动电压小于特定值时仅观察到常规反射现象,当驱动电压大于40 V时器件出现明显的光栅衍射效应,且1级衍射效率最大可到6.7%.实验讨论了入射光的偏振态、入射角度等因素对PDLC光栅衍射效率的影响,同时测试了该液晶反射光栅的电场响应时间为10 ms.     

高空间频率向列相液晶二进制光栅

研究了向列相液晶在空间变化电场作用下的电光特性。模拟了向列相液晶相位光栅的旨向矢分布。随着光栅空间频率的增加条纹电场变得很重要，而且衍射方式也发生了变化。分析了光栅的光学性能并进行了实际测量。     

Electrically tunable, optically induced dynamic and permanentgratings in dye-doped liquid crystals

We report on further experimental studies of the ac field response of transient and permanent gratings written with visible light in both planar and homeotropic, dye-doped liquid crystal cells. It is found that the diffraction efficiency of these gratings can be controlled by the applied ac field. High ac frequencies can switch off diffraction completely in both permanent and transient gratings. The response time to the applied electric field is shown to be in the range of milliseconds. Permanent gratings persist for months and, when heated above the liquid crystal phase transition temperature, they can be only partially erased. Furthermore, on cooling the diffraction efficiency can be restored, indicating a strong anchoring at the boundaries of the cell     

液晶相位光栅大屏幕投影

现已发现一种新型液晶盒工作模式，这就是液晶相位光栅模式，它是将空间周期电场加到介电和光学各向异性的均匀排列液晶层上而形成的。本文介绍了一种液晶相位光栅大屏幕投影系统，讨论了液晶相位光栅的基本衍射特性。     

基于液晶/聚合物光栅选频的高效率有机半导体激光器

报道了一种基于液晶/聚合物光栅选频的高效率有机半导体激光器的制备方法。首先在一片玻璃基板上旋涂有机半导体荧光薄膜MEH-PPV作为增益介质,然后在其上通过光场中的定域光聚合制备液晶/聚合物光栅,形成分布式反馈(DFB)有机半导体激光器。激光出射阈值0.32μJ/pulse,斜率转化效率高达7.8%,呈现良好的s偏振特性。采集了激光束的光斑,轮廓清晰,呈现扇形结构。通过改变光栅周期,实现了53.4nm激光出射范围。本工作为新型有机激光器的制备提供了有益的指导和借鉴意义。     

利用栅增强技术提高光折变多重存储衍射效率

提出了一种结合折射率栅自增强读出和固定技术的光折变多重存储的记录方法,利用自增强读出时折射率栅在记录晶体中（ｚ向）移动的特点,把同一位置记录的不同全息图的折射率置于晶体中ｚ方向分离的位置,最大限度的利用了晶体各处的折射率的最大动态范围,提高了多重存储衍射效率。     

顺电相KTN中反射型全息相位栅的衍射效率分析

在顺电相光折变晶体中存储全息相位光栅是研制新型电控全息光开关的有效途径。为了提高光栅的衍射效率,将Kogelnik耦合波理论与Kukhtarev方程相结合,得出了顺电相钽铌酸钾晶体中反射型相位栅衍射效率的解析式,对影响光栅衍射效率的各因素进行了计算分析。结果表明,使写入光的入射角远离45°、增加晶体厚度和增大外加电场等措施都可以使反射型全息相位栅的衍射效率提高。45°入射角附近出现较宽的低衍射区。衍射效率对入射角、晶体厚度以及外加电场的变化敏感,其中任一个参量的较小改变都可以引起衍射效率的较大变化。晶体的吸收对衍射效率的影响可以忽略。分析结果有助于在实践中调整参量以获得较高的读出光衍射效率。     

掺杂Sm_2O_3的向列相液晶TEB30A光栅衍射特性研究

基于光学琼斯矩阵理论,研究掺杂Sm_2O_3的向列相液晶TEB30A在弱磁场中的光栅衍射特性。结果表明,自然光通过处在弱磁场中的适量配比的Sm_2O_3/TEB30A样品后,会在远场产生衍射条纹,且衍射条纹会随外磁场强度的增加而出现动态的变化。产生衍射条纹是由于适量的Sm_2O_3的掺杂,使得向列相液晶TEB30A的折射率各向异性Δn沿外磁场方向呈现周期分布,形成了液晶光栅;当外磁场强度发生变化时,处在外磁场中的Sm_2O_3粒子和液晶分子的分布会随之发生变化,导致Δn沿外磁场分布的周期发生变化,从而引起液晶光栅常数发生变化,因此,衍射条纹呈现出动态变化的效应。模拟结果表明,当外磁场强度由0.464 9T增加到0.518 5T时,液晶光栅常数由0.5cm降到0.4cm。这一技术研究方法将大大降低液晶光栅的成本,同时,弱磁场环境也为使用者提供了一种安全的使用环境。     

Electrical control of the distributed feedback organic semiconductor laser based on holographic polymer dispersed liquid crystal grating

In this paper, we demonstrate the electrical control of the distributed feedback (DFB) organic semiconductor laser based on a holographic polymer dispersed liquid crystal (HPDLC) grating for the first time. The grating is fabricated on the top of the organic semiconductor film to act as an external feedback structure. Experimental results show that the lasing intensity can be decreased by increasing the external electric field, and the lasing wavelength exhibits a slight blue-shift of 1.4 nm during the modulation process, indicating a good stability. The modulated performances are attributed to the decreases in the refractive index modulation and average refractive index of the HPDLC grating respectively as a result of the field-induced liquid crystal reorientation. This study provides some new ideas for the improvement of DFB organic semiconductor laser to enable envisioned applications in laser displays and integrated photonic circuits.     

取样光栅的设计及衍射行为研究

设计了用于惯性约束核聚变系统的取样光栅。利用光全息学的基本原理,设计了记录全息取样光栅掩模的消像差光学系统,并使用光学设计软件ZEMAX分析了它的像差;还利用严格耦合波理论对取样光栅的衍射效率问题进行了深入的研究。研究发现,在占宽比和槽深这两个光栅结构参量中,槽深的变化对衍射效率更敏感。这些都为取样光栅的实际制作提供了有意义的结果。