一种用于1053nm线偏振光的高激光损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器的制作方法

1.本发明属于液晶器件领域，具体涉及一种用于1053nm线偏振光的高激光损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器。


背景技术：

2.液晶空间光调制器(lc-slm)作为一种能够实时、动态地控制光场的振幅、相位、偏振态的光学器件，在大型激光装置的光束整形上具有重要的应用。例如在美国的nif装置，omega-ep装置,欧洲的lmj装置，以及中国的“神光iii”装置中，液晶空间光调制器被用于损伤点的预屏蔽，光束强度预补偿，提高光束强度均匀性等方面。
3.在lc-slm中，光寻址液晶空间光调制器作为一种无需像素电极，不对原本光路产生影响的空间光调制器，相对于常见的基于薄膜晶体管(tft)的透射式电寻址空间光调制器和基于硅上液晶(lcos)的反射式电寻址空间光调制器，既避免了tft空间光调制器由于非透明电极等组件导致的低开口率，又避免了lcos空间光调制器由于黑栅效应等原因引起的光路畸变。
4.光寻址液晶空间光调制器在大型激光装置中应用时，其激光损伤阈值是一个重要的性能指标。但是，目前主要使用的透明导电层材料氧化铟锡(ito)的激光损伤阈值较低，从而使光寻址液晶空间光调制器的整体激光损伤阈值较低，限制了其在高功率激光装置中的应用。因此，如何提高透明导电膜的损伤阈值进而提高光寻址液晶空间光调制器的激光损伤阈值成为了相关研究人员的重要研究课题。
5.在本发明之前，本研究团队已提出一种用于1053nm线偏振光的高激光损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器，但是其液晶盒结构存在反射膜层阻碍光导层和第二导电膜层的电信号传输的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种反射式光寻址空间光调制器，以在保证其激光响应性能的同时，使其获得更高的激光损伤阈值。在现有的光寻址空间光调制器中，液晶盒中的透明导电层使用的ito材料激光损伤阈值较低，通过将有光通过部分的透明导电层材料由ito变更为氮化镓材料，能够在保证了空间光调制器的性能的同时提高了其激光损伤性能。在此基础上，本发明又调整了装置中液晶盒的结构，在改善了液晶盒的电信号传输的同时简化了空间光调制器装置的结构。
7.为实现上述技术目标，本发明提供的技术方案如下：
8.一种用于1053nm线偏振光的高激光损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器，包括偏振分光器(420-680nm)、由计算机控制的lcos型电寻址空间光调制器、起偏器、液晶盒、检偏器和交流稳压电源，其特点在于，所述的液晶盒由透明导电膜增透膜层、透明导电膜基底层、第一透明导电层、第一液晶取向层、液晶层、取向子、第二液晶取向层、反射膜层、光导
层、第二透明导电层组成，所述第一透明导电层和第二透明导电层使用不同材料，所述光导层兼作为第二透明导电层的基底层，并使用与透明导电膜基底层不同的材料，所述反射膜层位于第二液晶取向层(47)和光导层之间，且所述的反射膜层和第二透明导电层分别镀膜在光导层两侧，第一透明导电层和第二透明导电层之间连接有交流稳压电源，取向子位于第一液晶取向层和第二液晶取向层之间，围绕在液晶层周围。
9.读出光从所述的透明导电膜增透膜层入射后，依次经透明导电膜基底层、第一透明导电层、第一液晶取向层、液晶层、第二液晶取向层传递后，经反射膜层(48)反射后原路返回并输出；
10.写入光从所述的第二透明导电层入射后，对光导层上的电信号进行调制后，经反射膜层(48)反射后原路返回；
11.所述第一透明导电层对1053nm偏振光透过率>70％，对脉宽10ns的1053nm脉冲光损伤阈值>1j/cm2。
12.所述的透明导电膜使用n型掺杂氮化镓或者p型掺杂氮化镓，其中n型掺杂氮化镓使用载流子浓度为1*10
18
cm-3
～1*10
19
cm-3
的掺硅氮化镓，厚度为0.3mm～0.5mm，p型掺杂氮化镓使用载流子浓度为1*10
18
cm-3
～1*10
19
cm-3
的掺镁氮化镓，厚度为0.3mm～0.5mm。
13.所述第二透明导电层为透明导电层。
14.所述第二透明导电层使用的材料为氧化铟锡。
15.所述光导层使用的材料为硅酸铋(bso)。
16.本发明的原理如下：
17.由于氮化镓材料的激光损伤阈值高于常用于透明导电层的ito材料，通过将氮化镓材料替代ito应用于反射式光寻址液晶空间光调制器在通光部分的透明导电层部分，提高了反射式光寻址液晶空间光调制器的激光损伤阈值。通过将液晶盒中反射膜层的位置从光导层和第二透明导电层之间变动到液晶取向层和光导层之间、光导层和第二透明导电层同侧，改善了光导层和第二透明导电层之间的电信号传输，并由于写入光和读出光变为不同方向入射，装置中不再需要加入二向分色镜和读出光出射窗口，简化了液晶空间光调制器的整体结构。
18.相比现有技术，本发明的优点和特点是：
19.在基于在空间光调制器光路中的透明导电层使用氮化镓材料，利用氮化镓材料的较高激光损伤阈值提高光寻址液晶空间光调制器的整体激光损伤阈值，拓宽了光寻址液晶空间光调制器在高能量激光装置中的应用范围的基础上，通过变动液晶盒中反射膜层的位置，改善了光导层和第二透明导电层之间的电信号传输，并简化了液晶空间光调制器的整体结构。
附图说明
20.图1是本发明反射式光寻址液晶空间光调制器的结构图。图中，1-偏振分光器(420-680nm)、2-由计算机控制的lcos型电寻址空间光调制器、3-起偏器、4-液晶盒、5-检偏器、6-交流稳压电源。
21.图2是本发明实施例中反射式光寻址液晶空间光调制器的液晶盒的结构图，图中，41-透明导电膜增透膜层、42-透明导电膜基底层、43-第一透明导电层、44-第一液晶取向
层、45-液晶层、46-取向子、47-第二液晶取向层、48-反射膜层、49-光导层、410-第二透明导电层。
22.图3是采用本发明实施例对1053nm线偏光进行强度调制的实验光路示例图，图中，a-1053nm线偏光源，b-光阑，c-起偏器，d-实施例1，e、f-透镜组，g-检偏器，h-ccd，i-交流稳压电源，j-计算机。
具体实施方式
23.下面结合实施例和附图对本发明进行进一步说明，但不应当因此限制本发明的保护范围：
24.图1是本发明中高损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器的结构示意图。由图中可见，本发明中高损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器的结构包括：偏振分光器(420-680nm)1、由计算机控制的lcos型电寻址空间光调制器2、起偏器3、液晶盒4、检偏器5、交流稳压电源6。由图中可见，液晶盒4倾斜放置。480nm蓝色led写入光输入后，经过lcos型电寻址空间光调制器2后，具有像素结构的二元强度分布，随后通过偏振分光器1照射到液晶盒4上，将由lcos型电寻址空间光调制器2调制的光信号转换成电信号，而1053nm线偏振读出光，通过起偏器3后，从液晶盒4另一侧射入，经液晶盒4调制后经检偏器5射出，所述偏振片3和检偏器5偏振方向和1053nm线偏振读出光偏振方向平行。
25.图2是本发明实施例中高损伤阈值反射式光寻址液晶空间光调制器中液晶盒4的结构图。由图中可见，该液晶盒4结构包括：透明导电膜增透膜层41、透明导电膜基底层42、第一透明导电层43、第一液晶取向层44、液晶层45、取向子46、第二液晶取向层47、反射膜层48、光导层49、第二透明导电层410。其中，反射膜层48和第二透明导电层410分别镀膜在光导层49两侧。读出光从液晶盒4的透明导电膜增透膜层41入射后，依次经透明导电膜基底层42、第一透明导电层43、第一液晶取向层44、液晶层45、第二液晶取向层47传递后，经反射膜层48反射后原路返回并输出，写入光从第二透明导电层410入射，对光导层49上的电信号进行调制后，经反射膜层48反射后原路返回。取向子46位于第一液晶取向层44和第二液晶取向层47之间，围绕在液晶层45周围，起到固定液晶层45宽度的作用。第一透明导电层43和第二透明导电层410之间连接有交流稳压电源6。
26.如图1所示，该液晶盒在光路中倾斜放置，以防止液晶盒的入射光与出射光重叠。
27.所述第一透明导电层43和第二透明导电层410采用不同材料。
28.所述液晶层45为90
°
扭曲相列型液晶，其液晶层厚度d与液晶双折射率δn满足2dδn＝√3。
29.所述光导层49的材料应满足：1、电导率随480nm写入光的光强增大而增大，而与1053nm读出光的光强无关；2、对1053nm线偏振光透过率高于65％；3、能够作为反射膜层48与第二透明导电层410的基底层。该材料一般选用硅酸铋(bso)。
30.所述连接在第一透明导电层43和第二透明导电层410之间的交流稳压电源，其频率为100hz～1000hz，其工作电压大小按照以下原则确定：当液晶盒4的光导层49上无写入光照射时，液晶层45分压小于其阈值电压；当液晶盒4的光导层(49)上有写入光照射时，液晶层45分压大于其饱和电压。
31.液晶盒4中的第一透明导电层43)对1053nm偏振光透过率>70％，而其中对脉宽
10ns的1053nm脉冲光损伤阈值>1j/cm2，其材料使用掺杂氮化镓材料，一般使用掺硅氮化镓(n型掺杂)或掺镁氮化镓(p型掺杂)。使用的掺硅氮化镓载流子浓度为1*10
18
cm-3
～1*10
19
cm-3
，厚度为0.3mm～0.5mm。使用的掺镁氮化镓载流子浓度为1*10
18
cm-3
～1*10
19
cm-3
，厚度为0.3mm～0.5mm。
32.液晶盒4中的第二透明导电层410一般可以为ito材料。
33.图3是使用实施例1对1053nm线偏光进行强度调制的实验光路图，包括1053nm线偏光源a，光阑b，起偏器c，实施例1d，透镜e，透镜f，检偏器g，ccd(h)，计算机i，其中起偏器c和检偏器g方向均与光源偏振方向平行。