一种调节线偏振随机激光偏振方向的装置与方法
【专利摘要】本发明公开一种调节线偏振随机激光偏振方向的装置及方法，该装置包括第一玻璃基板(1)、与第一玻璃基板相对设置的第二玻璃基板(2)、取向膜(3)、液晶(4)、激光染料(5)；其中，在玻璃基板(2)内表面上形成取向膜(3)并在不同区域形成不同取向；第一玻璃基板(1)和第二玻璃基板(2)封装成盒，并将向列相液晶(4)和激光染料(5)的混合溶液灌入盒中，密封形成液晶盒。本发明的装置和方法具有易实现、调控方便快速的优点，体积小、易于集成，避免随机激光再经过外加器件调节偏振方向时产生的能量损失，在偏振成像、偏振探测、显示技术等方面有潜在的应用价值。
【专利说明】一种调节线偏振随机激光偏振方向的装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及随机激光，具体涉及一种调节染料掺液晶出射的线偏振随机激光偏振方向的装置和方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光辐射源自激活无序介质，即辐射光由激活无序介质中的多次散射提供光学反馈，从而获得较大的增益，因而无需外加谐振腔。液晶随机激光器就是将激光增益介质掺杂在液晶材料中，以液晶作为无序散射介质的随机激光器，具有体积小，易于集成等特点。
[0003]偏振光源在与介质相互作用以后出来的散射光会带有其自身的特性所决定的偏振信息，有别于通常测量得到的光强、光谱、相位等信息，并且偏振光在散射介质中的传输也是有规律可循的。研究表明对偏振信息的利用是可行且有效的:根据介质散射和目标反射光的不同偏振特性可利用偏振技术排除粒子散射光的干扰而提高图象的清晰度；利用偏振手段可对生物组织病变前后的偏振参数进行测量、对比、分析，从而给医疗诊断提供了一种新的信息分析手段；利用偏振光进行液晶显示。
[0004]旋转线偏振光成像是一种基于旋转偏振角的新的偏振光成像方法，其通过对线偏振光入射偏振角和检测偏振角进行一系列组合同时采集样品图像。该成像方法可以应用于纺织品检测、医疗诊断、偏振探测等领域。线偏振光偏振方向的调节主要是通过偏振器件实现的，例如，利用晶体的双折射特性制成的偏振棱镜，利用晶体的双折射特性制成的对某种色光产生两束固定相位差的波片(晶片)，利用某些物质的散射特性或光的二向色性制成的偏振片等。外部器件对偏振光的偏振方向进行调节，会带来体积增大、能量损耗、调节光束过少等问题，不利于偏振特性的测量和光学集成。
【发明内容】
[0005]技术问题:为了克服现有技术中的不足，本发明基于一种调节线偏振随机激光偏振方向的装置与方法，通过对盒面上的不同区域进行激光泵浦，可以方便快捷地实现对线偏振随机激光偏振角度的调节，解决外部器件对偏振光的偏振方向进行调节带来的体积增大、能量损耗、调节光束过少等问题。
[0006]
【发明内容】
:为解决上述技术问题，本发明提供了一种调节线偏振随机激光偏振方向的装置，该装置包括第一玻璃基板、与第一玻璃基板相对设置的第二玻璃基板、取向膜、液晶、激光染料；其中，
[0007]在玻璃基板内表面上形成取向膜并在不同区域形成不同取向；第一玻璃基板和第二玻璃基板封装成盒，并将向列相液晶和激光染料的混合溶液灌入盒中，密封形成液晶盒。
[0008]优选的，所述第二玻璃基板上形成取向膜，将第二玻璃基板划分为若干区域。
[0009]优选的，将第二玻璃基板划分为NXN的矩阵网格状区域，N的大小根据实际需要确定。[0010]优选的,第一玻璃基板和第二玻璃基板之间用垫片隔开,第一玻璃基板和第二玻璃基板之间距离为0.05mm?Imm,液晶盒四周用热固性树脂密封。
[0011]优选的，激光染料和液晶的重量分数分别为0.2?0.8和99.2%?99.8%。
[0012]优选的,液晶盒结构的内腔厚度由垫片决定,为0.05mm?1mm。
[0013]本发明提供了一种调节线偏振随机激光偏振方向的方法，将经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以与液晶盒面法线成10°?30°的角度打在液晶盒的第一玻璃基板一面的任一区域，液晶盒第二玻璃基板对应区域将垂直于盒面出射线偏振随机激光，线偏振随机激光的偏振方向与出射面取向膜的取向一致，改变泵浦激光在液晶盒玻璃基板一面的泵浦区域以调节出射随机激光的线偏振方向。
[0014]本发明还提供一种调节线偏振随机激光偏振方向的方法，将经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以与液晶盒面法线成10°?30°的角度打在液晶盒的第一玻璃基板一面的若干区域，对液晶盒的第一玻璃基板一面的若干区域同时泵浦，液晶盒第二玻璃基板对应多区域将垂直于盒面出射多束线偏振随机激光，各束线偏振随机激光的偏振方向与对应出射区域取向膜的取向一致。
[0015]有益效果:本发明可以调节线偏振随机激光偏振方向，实现随机激光偏振角度在激光出射源处的调节，不需要增加外部偏振器件，减少能量损耗，其结构简单、容易实现、调控方便快速，体积小、易于集成，在偏振成像、偏振探测、显示技术等方面有潜在的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明结构示意图；
[0017]图2为本发明所用的掩膜版结构示意图；
[0018]图3为本发明具体实现光路图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明。
[0020]本发明提供的调节线偏振随机激光偏振方向的方法与装置，所述装置包括由两片玻璃基板制备而成的盒装结构，灌装在盒状结构中的液晶和激光染料，其中一片玻璃基板内表面涂有取向剂。所述方法包括:涂有取向剂的玻璃基板内表面划分为不同区域，对不同区域的取向剂进行不同方向的取向；泵浦无取向剂玻璃基板的不同区域，在涂有取向剂玻璃基板的对应区域获得不同偏振方向的随机激光，线偏振随机激光的偏振方向与出射面取向膜的取向一致。本发明的装置和方法具有易实现、调控方便快速的优点，体积小、易于集成，避免随机激光再经过外加器件调节偏振方向时产生的能量损失，在偏振成像方、偏振探测、显示技术等方面有潜在的应用价值。
[0021]参见图1-3，本发明提供的调节线偏振随机激光偏振方向的装置，该装置包括第一玻璃基板1、与第一玻璃基板相对设置的第二玻璃基板2、取向膜3、液晶4、激光染料5 ;其中，
[0022]在玻璃基板2内表面上形成取向膜3并在不同区域形成不同取向；第一玻璃基板I和第二玻璃基板2封装成盒，并将向列相液晶4和激光染料5的混合溶液灌入盒中，密封形成液晶盒。
[0023]第一玻璃基板I和第二玻璃基板2之间用垫片隔开，第一玻璃基板I和第二玻璃基板2之间距离为0.05mm?Imm,液晶盒四周用热固性树脂密封。
[0024]激光染料5和液晶4的重量分数分别为0.2?0.8和99.2%?99.8%。
[0025]液晶盒结构的内腔厚度由垫片决定，为0.05mm?1mm。
[0026]将玻璃基板(第一玻璃基板I或第二玻璃基板2)的取向膜分割成NXN的矩阵，N是根据实际需要决定，不同部分经过取向处理，取向方向不同。激光染料和液晶的重量分数分别为0.2?0.8和99.2%?99.8%，液晶盒结构的内腔厚度由垫片决定，为0.05mm?Imm0
[0027]第二玻璃基板2内表面的取向膜3在不同区域的取向采用掩膜版结构配合线偏振激光扫描实现。掩膜版结构如图2所示，包括金属镀层区域6、透明区域7和玻璃基板8。其中用于透光部分的是一块正方形区域，大小是(L/N)2，其中L是液晶盒边长。线偏振激光扫描是利用掺钕钇铝石榴石(Nd=YAG)激光器的355nm激光以0°?40°入射角度对取向膜进行扫描，利用入射激光和表面散射波之间的干涉而引起材料表面激光能量发生光栅结构的周期性变化，在上百个的脉冲作用下，聚合物表面产生平行于激光偏振方向的微波纹，即形成激光诱导周期性表面微结构(LIPSS)。灌入液晶分子后，液晶分子的取向与LIPSS取向—致。
[0028]本发明提供了一种调节线偏振随机激光偏振方向的方法，将经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以与液晶盒面法线成10°?30°的角度打在液晶盒的第一玻璃基板I 一面的任一区域，液晶盒第二玻璃基板2对应区域将垂直于盒面出射线偏振随机激光，线偏振随机激光的偏振方向与出射面取向膜的取向一致，改变泵浦激光在液晶盒玻璃基板I 一面的泵浦区域以调节出射随机激光的线偏振方向。
[0029]本发明还提供了一种调节线偏振随机激光偏振方向的方法，将经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以与液晶盒面法线成10°?30°的角度打在液晶盒的第一玻璃基板I一面的若干区域，对液晶盒的第一玻璃基板I 一面的若干区域同时泵浦，液晶盒第二玻璃基板2对应多区域将垂直于盒面出射多束线偏振随机激光,各束线偏振随机激光的偏振方向与对应出射区域取向膜的取向一致。
[0030]本发明具体实现的光路如图3所示，在工作中，由泵浦源激光器5出射的泵浦激光6经过透镜7聚焦后的光束8以与盒面法线成10°?30°的角度打在液晶盒第一玻璃基板I 一侧的盒面上，会有线偏振的随机激光9从第二玻璃基板2的一侧垂直于盒面出射，出射随机激光的线偏振方向与出射点处的液晶取向一致。改变泵浦光束8在第一玻璃基板I外侧一面上的泵浦区域，可以实现第二玻璃基板2对应区域线偏振随机激光9偏振方向的变化。可以看出，本发明调节出射随机激光的偏振的方法，实现的是从随机激光出射源处进行调节，不需要额外附加偏振片等调节偏振的器件，只需要通过改变泵浦光的泵浦区域就可以实现对线偏振随机激光的调节，方法简单快捷，易于应用。
[0031]工作原理:当液晶中掺入棒状分子形状的染料后，由于宾主效应的作用，棒状染料分子会倾向于沿着液晶分子的方向排列，即染料分子是“宾”分子，其由液晶“主”分子定向。染料分子倾向于吸收与其排列方向相同的光的能量，并且其被激发产生的光的偏振方向也是沿着同样的方向。而液晶分子的取向由取向膜取向决定，所以出射随机激光的线偏振方向会沿着取向膜的方向取向。
[0032]经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以一定角度打在液晶盒无取向剂玻璃基板的某一区域，有取向剂玻璃基板的相应区域会有线偏振的随机激光垂直于盒面出射，线偏振的偏振方向与取向膜取向一致，改变泵浦激光在液晶盒面上的泵浦区域，可以调节出射随机激光的线偏振方向。多区域同时泵浦时，可以同时获得多个偏振方向的随机激光。
[0033]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种调节线偏振随机激光偏振方向的装置，其特征在于:该装置包括第一玻璃基板(I)、与第一玻璃基板相对设置的第二玻璃基板⑵、取向膜⑶、液晶⑷、激光染料(5);其中， 在玻璃基板(2)内表面上形成取向膜(3)并在不同区域形成不同取向；第一玻璃基板(I)和第二玻璃基板(2)封装成盒，并将向列相液晶(4)和激光染料(5)的混合溶液灌入盒中，密封形成液晶盒。
2.根据权利要求1所述的调节线偏振随机激光偏振方向的装置，其特征在于:所述第二玻璃基板(2)上形成取向膜，将第二玻璃基板(2)划分为若干区域。
3.根据权利要求2所述的调节线偏振随机激光偏振方向的装置，其特征在于:将第二玻璃基板(2)划分为NXN的矩阵网格状区域，N的大小根据实际需要确定。
4.根据权利要求3所述的调节线偏振随机激光偏振方向的装置，其特征在于:第一玻璃基板(I)和第二玻璃基板(2)之间用垫片隔开，第一玻璃基板(I)和第二玻璃基板(2)之间距离为0.05mm?Imm,液晶盒四周用热固性树脂密封。
5.根据权利要求3所述的调节线偏振随机激光偏振方向的装置，其特征在于:激光染料(5)和液晶(4)的重量分数分别为0.2?0.8和99.2%?99.8%。
6.根据权利要求4所述的调节线偏振随机激光偏振方向的装置，其特征在于:液晶盒结构的内腔厚度由垫片决定，为0.05mm?1mm。
7.一种调节线偏振随机激光偏振方向的方法，其特征在于:将经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以与液晶盒面法线成10°?30°的角度打在液晶盒的第一玻璃基板(I) 一面的任一区域，液晶盒第二玻璃基板(2)对应区域将垂直于盒面出射线偏振随机激光，线偏振随机激光的偏振方向与出射面取向膜的取向一致，改变泵浦激光在液晶盒玻璃基板(I)一面的泵浦区域以调节出射随机激光的线偏振方向。
8.一种调节线偏振随机激光偏振方向的方法，其特征在于:将经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以与液晶盒面法线成10°?30°的角度打在液晶盒的第一玻璃基板(I) 一面的若干区域，对液晶盒的第一玻璃基板(I) 一面的若干区域同时泵浦，液晶盒第二玻璃基板(2)对应多区域将垂直于盒面出射多束线偏振随机激光，各束线偏振随机激光的偏振方向与对应出射区域取向膜的取向一致。
【文档编号】H01S3/101GK104009387SQ201410271455
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】叶莉华, 刘波, 吕昌贵, 顾兵, 赵翀, 吕聪生, 崔一平 申请人:东南大学