Fasemodulatoren met vloeibare kristallen (LC) worden veel gebruikt in optische systemen vanwege hun voordelen van een laag energieverbruik, lichtgewicht, flexibele bandbreedte-aanpassing en niet-mechanische bewegingen. De meeste LC-fasemodulatoren zijn echter polarisatiegevoelig, wat betekent dat ze de lichtfase verschillend beïnvloeden, afhankelijk van de polarisatie. Dit kan de prestaties en functionaliteit van sommige toepassingen beperken.

Er zijn twee hoofdbenaderingen voor het realiseren van polarisatie-onafhankelijke LC-fasemodulatoren. De eerste benadering maakt gebruik van polarisatie-onafhankelijke LC-materialen, zoals polymeer-gestabiliseerde blauwe fase vloeibare kristallen (PS-BPLC's). PS-BPLC's vereisen echter hoge stuurspanningen, waardoor ze voor sommige toepassingen onpraktisch zijn.

De tweede benadering is het veranderen van de opstelling van de LC-directeuren. Eén manier om dit te doen is door een dubbellaagse LC-cel te gebruiken, die bestaat uit twee LC-cellen die op elkaar zijn gestapeld met hun LC-directeuren orthogonaal georiënteerd. Hierdoor kan licht worden ontleed in twee orthogonale componenten, die elk dezelfde fasemodulatie ervaren. Dubbellaagse LC-cellen zijn echter complex en moeilijk te vervaardigen.

Een andere manier om polarisatie-onafhankelijke LC-fasemodulatie te bereiken is het gebruik van orthogonale foto-uitlijning. Hierbij wordt een speciale foto-uitlijningslaag gebruikt die orthogonale uitlijningsdomeinen in de LC creëert. Het is echter moeilijk om met deze methode een nauwkeurige uitlijning te bereiken.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Advanced Manufacturing heeft een team van wetenschappers onder leiding van professor Jiangang Lu een nieuwe benadering ontwikkeld voor polarisatie-onafhankelijke LC-fasemodulatie.

Polarisatie-onafhankelijke LC-fasemodulatie is gebaseerd op een lichtgestuurd azimuthoekproces (LCAA). Het LCAA-proces maakt gebruik van het optische roterende effect van cholesterische vloeibare kristallen (CLC) om enkellaagse, multi-microdomein, orthogonaal gedraaide (MMOT) structuren te creëren.

MMOT-structuren zijn samengesteld uit meerdere microdomeinen met orthogonaal uitgelijnde LC-directeuren. Het LCAA-proces maakt gebruik van een lichtbundel met een patroon om de uitlijning van de LC-directeuren in elk microdomein te regelen. Hierdoor kunnen de onderzoekers MMOT-structuren creëren met een nauwkeurige uitlijning.

LC-fasemodulatoren met een enkellaags MMOT-structuur hebben het potentieel om zowel polarisatie-onafhankelijk te zijn als een grote fasediepte te hebben. Dit maakt ze ideaal voor diverse toepassingen, waaronder optische communicatie, draagbare apparaten en beeldschermen.

Een lichtgestuurd azimuthoekproces (LCAA) kan worden gebruikt om een ​​multi-microdomein orthogonaal gedraaid (MMOT) apparaat te vervaardigen met een lage polarisatieafhankelijkheid, hoge fasevertraging en een eenvoudige structuur. De uitlijningshoek tussen de bovenste en onderste substraten in het LCAA-proces en de maskerrastergrootte van de MMOT-structuur kunnen worden aangepast om aan de vereisten van verschillende toepassingen te voldoen.

Dit apparaat heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we licht in verschillende toepassingen gebruiken. Het zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om nieuwe typen optische communicatiesystemen te creëren die efficiënter en betrouwbaarder zijn. Het zou ook kunnen worden gebruikt om nieuwe soorten draagbare apparaten te ontwikkelen die informatie op een duidelijkere en beknoptere manier kunnen weergeven.

Meer informatie: Mingyuan Tang et al., Polarisatie-onafhankelijke fasemodulator met vloeibare kristallen met orthogonaal gedraaide foto-uitlijning met meerdere microdomeinen, Licht:geavanceerde productie (2023). DOI:10.37188/lam.2023.035

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen