專利名稱：電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電光功能材料和光通訊領(lǐng)域，具體涉及一種電調(diào)諧全息聚合物分散液晶 Bragg體光柵單色儀。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用的常規(guī)平面光柵單色儀的分辨率與所采用的衍射光柵的刻劃總數(shù) 成正比。因而光柵面越大，光柵周期越小，則系統(tǒng)分辨率越高。因此為確保一定的分辨率， 常規(guī)平面光柵單色儀的體積不可能減得很小。同時，實踐中，對衍射光柵表面潔凈度要求非 常高，不能有粘染，否則其衍射效率會嚴重下降。另外，其波長選擇是通過機械鼓輪的轉(zhuǎn)動 帶動光柵面轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的.因而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為龐大，復(fù)雜，而且存在螺距誤差。
全息Bragg體光柵就是在透明介質(zhì)材料，如玻璃，聚合物材料中，通過全息的方法 使體材料的折射率形成具有正弦形式的周期調(diào)制。其Bragg矢量平行于材料表面，而等折 射率面則垂直于體表面。入射光線方向，光柵體法線，及Bragg矢量三線共面為入射面。
全息Bragg體光柵具有很高的衍射效率，滿足Bragg條件的入射光線理論上衍射 效率可達100%。在確定的入射角下，波長為A入射光線的衍射效率極大值與Bragg體光 柵的折射率調(diào)制深度(An)相關(guān)，兩者成線性關(guān)系，因此通過改變Bragg體光柵的折射率調(diào) 制深度(An)就可實現(xiàn)最大衍射的波長選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電調(diào)諧全息聚合物分散液晶 Bragg體光柵單色儀。 本發(fā)明的前期研究通過全息光致聚合的方法在聚合物分散液晶(PDLC)混和體系 中實現(xiàn)液晶和聚合物的相分離，形成周期結(jié)構(gòu)的液晶和聚合物相間的層狀結(jié)構(gòu)，提供了全 息聚合物分散液晶(HPDLC)Bragg體光柵。該結(jié)構(gòu)存在于兩面導(dǎo)電玻璃之間，由于液晶的平 均折射率與聚合物折射率之間存在差異，因而形成折射率的周期調(diào)制。在液晶層中，光致 聚合過程導(dǎo)致液晶分子主要沿Bragg矢量方向排列，即平行于前后面的導(dǎo)電玻璃。當(dāng)在兩
導(dǎo)電玻璃之間施加一定幅度的交流電壓信號，液晶分子將趨向于沿光柵體法線方向(即垂 直)排列.其程度取決于電壓信號的有效幅值。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn) 采用由全息聚合物分散液晶(HPDLC)制備的高效率Bragg體光柵取代常規(guī)平面 光柵，構(gòu)建單色儀，實現(xiàn)波長選擇的電調(diào)諧。所述的單色儀由輸入光纖接頭(l)，準直透鏡 (2)，HPDLC Bragg體光柵(3)，電驅(qū)動控制開關(guān)(4)，驅(qū)動信號源(5)，輸出聚焦鏡(6)，輸出 端光纖接頭(7)，及透射光吸收管(8)構(gòu)成。當(dāng)光線由輸入光纖接頭(1)導(dǎo)引進入光譜儀， 經(jīng)由準直透鏡(2)準直，以與光柵表面法線成一定角度入射全息Bragg體光柵(3).若該入 射角使某一波長(A)滿足Bragg條件，則該波長的光線將被全息Bragg體光柵(3)最大地 衍射，以與光柵法線成同樣的角度(與入射光線位于法線同側(cè))出射。若將光柵電驅(qū)動控制開關(guān)(4)接通，使驅(qū)動信號源(5)接入Bragg體光柵(3)的兩電極，隨著驅(qū)動信號源(5) 的有效幅值的改變，Bragg體光柵(3)內(nèi)的折射率調(diào)制深度(An)將隨之改變，從而使?jié)M足 Bragg條件的波長發(fā)生改變。在出射方向上相應(yīng)的最大衍射波長也將隨之改變，實現(xiàn)波長調(diào) 諧。整個過程只有電驅(qū)動信號的工作，不存在機械部件的運動。輸出聚焦鏡(6)將衍射光 收集并匯聚到輸出端光纖接頭(7)，從(7)輸出。對于不滿足Bragg條件的光線，其主要強 度將透射Bragg體光柵(3)，被透射光吸收管(8)所收集，以消除系統(tǒng)內(nèi)雜散光.電驅(qū)動控 制開關(guān)(4)和驅(qū)動信號源(5)均可由計算機控制，以實現(xiàn)波長調(diào)諧的自動化或智能化。
本發(fā)明中，全息聚合物分散液晶(HPDLC)制備的高效率Bragg體光柵，其前后表面 可以鍍寬帶增透膜以減少反射損耗。 所述的高效率HPDLC Bragg體光柵，可以采用透射式或反射式體光柵。 本發(fā)明中，所述的準直透鏡(2)和輸出聚焦鏡(6)可采用消象差透鏡組或凹面射鏡。 本發(fā)明中，所述的輸入光纖接頭(1)和輸出端光纖接頭(7)也可以采用小孔光闌， 或狹縫光闌. 本發(fā)明中，液晶層分子排列方向在電壓驅(qū)動下的改變，將導(dǎo)致在Bragg入射角下 的光線所經(jīng)受的折射率的改變，從而改變Bragg體光柵的折射率調(diào)制深度(An).因此可以 通過施加相應(yīng)幅度的驅(qū)動電壓以實現(xiàn)最大衍射波長的電調(diào)諧，而無需機械運動部件。
另外，全息Bragg體光柵的分辨力不受光柵尺寸大小影響，只要求入射光準直.因 而全息Bragg體光柵單色儀可以使系統(tǒng)體積大幅度縮小。首先是光柵體積大幅縮小，光束 尺寸也相應(yīng)地減小。HPDLC Bragg體光柵的驅(qū)動電壓信號可以由計算機進行控制，從而實現(xiàn) 單色儀系統(tǒng)的智能化控制。 本發(fā)明中，由于Bragg體光柵是密封在兩層導(dǎo)電玻璃之間，表面不會受環(huán)境氣份 影響，并且可以擦拭，從而避免了平面(刻劃)光柵表面受潮發(fā)霉或因表面不清潔而使其衍 射效率嚴重下降的問題，從而延長系統(tǒng)使用壽命. 由于電調(diào)諧是連續(xù)的，因此，本發(fā)明也可用作連續(xù)可變分束器用于單色光中，或作 為光開關(guān)用于光通訊領(lǐng)域。 為了便于理解，以下將通過具體的實施方式對本發(fā)明進行詳細地描述。需要特別 指出的是，這些描述僅僅是示例性的描述，并不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。


圖1為本發(fā)明電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀結(jié)構(gòu)示意圖，其中， 附圖標記與部件的對應(yīng)關(guān)系如下 l，輸入光纖接頭；2，準直透鏡；3， HPDLC Bragg體光柵；4，電驅(qū)動信號源；5，驅(qū)動 信號源；6，輸出聚焦鏡；7，輸出端光纖接頭；8，透射光吸收管。
具體實施方式

實施例1 采用的全息聚合物分散液晶(HPDLC)制備的高效率Bragg體光柵，光柵整體厚度 小于2mm，光柵面積為5X5mm2，光柵周期1. lym。當(dāng)光線由輸入光纖接頭(1)導(dǎo)引進入光譜儀，經(jīng)由準直透鏡(2)準直，以與光柵表面法線成一定角度入射全息Bragg體光柵(3). 若該入射角使某一波長(A)滿足Bragg條件，則該波長的光線將被全息Bragg體光柵(3) 最大地衍射，以與光柵法線成同樣的角度(與入射光線位于法線同側(cè))出射。結(jié)果如圖1 中光路圖所示。若將光柵電驅(qū)動控制開關(guān)(4)接通，使驅(qū)動信號源(5)接入Bragg體光柵 (3)的兩電極，隨著驅(qū)動信號源(5)的有效幅值的改變，Bragg體光柵(3)內(nèi)的折射率調(diào)制 深度(An)將隨之改變，從而使?jié)M足Bragg條件的波長發(fā)生改變。在出射方向上相應(yīng)的最大 衍射波長也將隨之改變，實現(xiàn)波長調(diào)諧。整個過程只有電驅(qū)動信號的工作，不存在機械部件 的運動。輸出聚焦鏡(6)將衍射光收集并匯聚到輸出端光纖接頭(7)，從(7)輸出。對于不 滿足Bragg條件的光線，其主要強度將透射Bragg體光柵(3)，被透射光吸收管(8)所收集， 以消除系統(tǒng)內(nèi)雜散光.電驅(qū)動控制開關(guān)(4)和驅(qū)動信號源(5)均可由計算機控制，以實現(xiàn) 波長調(diào)諧的自動化或智能化。試驗結(jié)果顯示，本顯示儀對入射的He-Ne光(波長632. 8nm) 在15. 3°時有最大衍射效率，其值為92% .系統(tǒng)準直光束直徑小于lmm。當(dāng)對其施加50Hz 的交流電壓信號，衍射效率可以在92%和3%之間實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀，其特征在于，由輸入光纖接頭(1)，準直透鏡(2)，高效率全息Bragg體光柵(3)，電驅(qū)動控制開關(guān)(4)，驅(qū)動信號源(5)，輸出聚焦鏡(6)，輸出端光纖接頭(7)，及透射光吸收管(8)構(gòu)成，其中，所述的輸入光纖接頭導(dǎo)引光線進入光譜儀，所述的高效率全息Bragg體光柵根據(jù)波長入射角衍射光線，驅(qū)動信號源由電驅(qū)動控制開關(guān)接通所述高效率全息Bragg體光柵的兩電極，通過對所述光柵施加的電信號的大小選擇系統(tǒng)波長，波長調(diào)諧無機械運動部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀，其特征在 于，所述的高效率全息Bragg體光柵為由全息聚合物分散液晶HPDLC制備的Bragg體光柵， 光柵前后表面鍍寬帶增透膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀，其特 征在于，所述的高效率Bragg體光柵采用透射式或反射式體光柵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀，其特征在 于，所述的準直透鏡或輸出聚焦鏡采用消象差透鏡組或凹面射鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀，其特征在 于，所述的輸入光纖接頭或輸出端光纖接頭采用小孔光闌或狹縫光闌。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀，其特征在 于，所述的對光柵施加的電信號為50Hz的交流電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明屬電光功能材料和光通訊領(lǐng)域，具體涉及一種電調(diào)諧全息聚合物分散液晶Bragg體光柵單色儀，由輸入光纖接頭，準直透鏡，HPDLCBragg體光柵，電驅(qū)動控制開關(guān)，驅(qū)動信號源，輸出聚焦鏡，輸出端光纖接頭及透射光吸收管構(gòu)成。本發(fā)明用由全息聚合物分散液晶(HPDLC)制備的高效率Bragg體光柵取代常規(guī)平面光柵，實現(xiàn)波長選擇的電調(diào)諧，無需常規(guī)平面光柵單色儀的機械調(diào)諧機構(gòu)。同時可以實現(xiàn)微型化及計算機控制。本發(fā)明避免了平面(刻劃)光柵表面受潮發(fā)霉或因表面不清潔而使其衍射效率嚴重下降的問題，能延長系統(tǒng)使用壽命?？捎米麟娬{(diào)諧可變分束器或光開關(guān)，或用于光通訊領(lǐng)域.
文檔編號G01J3/18GK101793555SQ200910045718
公開日2010年8月4日 申請日期2009年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月1日
發(fā)明者劉建華, 尹德金, 戴海濤, 蒲海輝, 高洪躍 申請人:復(fù)旦大學(xué)