用于线偏振光的透射式光寻址液晶空间光调制器

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透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，以及中国的神光系列装置中，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，本课题组已提出使用氮化镓(gan)代替ito在空间光调制器中作为透明导电膜材料以提升空间光调制器的康激光损伤能力。但是，由于目前没有将gan与常用的光电导材料bso有效结合的方法，因此若要采用bso作为光导层的话，bso侧的透明导电层无法使用gan，因此该种高损伤阈值空间光调制器的结构仅能作为反射式，无法作为透射式，无法规避反射式空间光调制器的黑栅效应，给该种空间光调制器的应用造成了很大限制。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种透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，限制器件损伤阈值的主要因素是液晶盒中的透明导电层使用的ito材料激光损伤阈值较低，本发明通过在将透明导电层材料由ito变更为gan材料，提高其激光损伤性能的同时，将光导层材料从bso变更为氧化锌(zno)薄膜，以便于gan导电层与其结合。
7.为实现上述技术目标，本发明提供的技术方案如下：
8.一种透射式光寻址液晶空间光调制器，其结构包括由计算机控制的lcos型电寻址空间光调制器、1053nm线偏振读出光入射窗口、led写入光准直光源、二向分色镜、偏振分光器、起偏器、液晶盒、交流稳压电源、检偏器、1053nm线偏振读出光出射窗口，其中液晶盒由
透明导电膜基底层、透明导电层、液晶取向层、取向子、液晶层、光导层组成，其中所述透明导电层对1053nm偏振光的透过率》70％，对脉宽10ns的1053nm脉冲光损伤阈值》1j/cm2，所述光导层应具有良好的光电导性能，对1053nm线偏振光透过率》65％并能够作为透明导电层的基底层或者镀在透明导电层上。
9.优选的，透明导电膜使用n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。
10.优选的，光导层使用zno薄膜，并镀在上述的掺硅或者掺镁氮化镓透明导电膜上，与其对应，led写入光准直光源的波长为370nm。
11.本发明的原理如下：
12.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应用于透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，提高了透射式光寻址液晶空间光调制器的激光损伤阈值。
13.由于zno不仅具有较好的光电导性能和较高的激光损伤阈值，其相比于bso，其更易于镀在氮化镓薄膜上，因此通过将空间光调制器的光导层材料从bso变更为 zno，可以实现透射式的高损伤阈值空间光调制器。
14.相比现有技术，本发明的优点和特点是：
15.本发明提供了一种包含了氮化镓透明导电层的透射式光寻址液晶空间光调制器，，其中在光路中的透明导电层使用氮化镓材料，基于氮化镓材料的较高激光损伤阈值，本发明能够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。与在先申请反射式高损伤阈值空间光调制器相比，该种透射式空间光调制器规避了反射式空间光调制器的黑栅效应，且结构相对简单，具有更大的应用范围。
附图说明
16.图1是本发明透射式光寻址液晶空间光调制器的结构图。图中，1-1053nm线偏振读出光入射窗口、2-二向分色镜、3-起偏器、4-液晶盒、5-led准直光源、6-偏振分光器、7-由计算机控制的lcos型电寻址空间光调制器、8-交流稳压电源、9
‑ꢀ
检偏器、10-1053nm线偏振读出光出射窗口。
17.图2是本发明实施例中透射式光寻址液晶空间光调制器的液晶盒(4)的结构图，图中，41-第一透明导电膜基底层、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-光导层、48-第二透明导电层、49-第二透明导电膜基底层。
18.图3是采用本发明实施例1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
19.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：
20.图1是本发明中高损伤阈值透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透射式光寻址液晶空间光调制器的结构，包括：由计算机控制的lcos型电寻址空间光调制器7、1053nm线偏振读出光入射窗口1、 370nmled准直光源5、二向分色镜2、偏振分光器6、起偏器3、液晶盒4、交流稳压电源8、检偏器9、1053nm线偏振读出光出射窗口10。由图中可见，液晶盒4倾斜放置。370nm写入光由所述led准直光源5输入，经过lcos型电寻址空间光调制器7后，具有像素结构的二元强度分布，随后依次通过偏振分光器6和二向分色镜 2，该二向分色镜2的方向与所述写入光的入射方向及所述读出光的入射方向均45
°
，该二向分色镜2所述写入光全反而对所述读出光全透，在该二向分色镜2的写入光反射和读出光反射方向依次有起偏器3、液晶盒4，所述偏振片3偏振方向和1053nm线偏振读出光偏振方向平行，所述1053nm线偏振读出光出射窗口10对写入光全反，对读出光全透。
21.实施例
22.图2是本发明实施例1中高损伤阈值透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包括：第一透明导电膜基底层41、第一透明导电层42、第一液晶取向层43、液晶层44、取向子45、第二液晶取向层46、光导层47、第二透明导电层48、第二透明导电膜基底层49。其中，写入光与读出光在液晶盒4中依次沿第一透明导电膜基底层41、第一透明导电层42、第一液晶取向层43、液晶层44、第二液晶取向层46、光导层47、第二透明导电层48、第二透明导电膜基底层(49)传递。如图1所示，第一透明导电层42和第二透明导电层48之间连接有交流稳压电源8。
23.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。
24.所述连接在透明导电层42之间的交流稳压电源8，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46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46上有写入光照射时，液晶层45分压大于其饱和电压。
25.液晶盒4中的第一透明导电层42和第二透明导电层48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。
26.液晶盒4中的光导层47满足：1、电导率随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、能够作为透明导电层的基底层或者镀在透明导电层上，一般使用zno薄膜镀于上述的透明导电层上。
27.液晶盒4中的第一透明导电膜基底层41和第二透明导电膜基底层49使用蓝宝石材料。
28.图3是使用实施例对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d，透镜e，透镜f，检偏器g，ccd h，交流稳压电源i，计算机j，其中起偏器c和检偏器g方向均与光源偏振方向平行。