基于光控取向液晶的微偏振检偏器阵列及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种用于同时提取入射光所有斯托克斯参数的微偏振检偏器阵列。该微偏振检偏器阵列至少包含一个超像素，其中该超像素含有三个或者三个以上的子像素，并且每个子像素用来提取入射光中的一种不同的偏振分量。此外，该微偏振检偏器阵列包括一个第一取向层，一个第二取向层和一个置于第一和第二取向层之间的液晶层。其中该液晶层中的液晶分子根据第一和第二取向层取向方向来取向以形成上述超像素。最后，本发明专利技术还提供了一种制备上述基于液晶的光控取向微偏振检偏器阵列的方法。

【技术实现步骤摘要】
基于光控取向液晶的微偏振检偏器阵列及其制备方法
总体上说，本专利技术涉及的领域是微偏振检偏器领域，具体来讲，本专利技术提出了一种全新的可以同步提取和分析具有任意偏振状态的入射光的全部偏振信息的微偏振检偏器阵列及其制备方法。
技术介绍
微偏振检偏器(micropolarimeter)是一种用于测量线偏振光经过一种光学活性物质(例如某些液晶材料)后旋转角度或者圆偏振光经过该物质后相位延迟的科学仪器。微偏振检偏器阵列通常跟图像传感器(例如数码相机)搭配使用从而获得包含由该微偏振检偏器阵列测得的各偏振分量的图像。在美国专利No.5,327,285中，S.M.Faris提出了几种制备微线性检偏器的方法，其中包括对被已形成图案的光刻胶覆盖的聚乙烯醇(polyvinylalcohol，PVA)薄膜进行选择性的漂白/处理；对被已形成图案的光刻胶覆盖的聚乙烯醇薄膜进行选择性的刻蚀，包括化学刻蚀、光化学刻蚀、准分子激光刻蚀和反应离子刻蚀；对聚乙烯醇薄膜进行机械切割或碾磨；形成通过带图案的铟锡氧化物(indiumtinoxide，ITO)电极施加电场控制的液晶单元。在美国专利No.7,385,669B2中，Z.Wang等人提出了几种用于制备基于可聚合扭曲向列相(twistednematic，TN)液晶的微线性检偏器的方法，其中包括：(a)两步紫外曝光法；(b)电场取向法；(c)多步摩擦取向法；(d)光诱导取向法。通过这些方法可以形成两种液晶微区域，其中一种工作在扭曲向列相，另外一种工作在各项同性相。在扭曲向列相中，液晶分子被以90度的角度扭曲排列并且在光学上等同于一个偏振旋转器；而在各项同性相中，液晶分子的排列是随机的。在非专利文献“Apolarizationcontrastretinathatusespatternediodine-dopedPVAfilm”(Proceedingof22ndEuropeanSolid-StateCircuitsConference，pp.308-311，1996)中，Z.K.Kalayjian等人提出了一种通过形成碘掺杂聚乙烯醇薄膜图案来制备微线性检偏器的方法。其中，光刻曝光与刻蚀技术被用来对聚乙烯醇薄膜的部分区域的碘进行选择性地去掺杂。这样，通过去除上述被去掺杂区域的碘，这些区域的偏振二向色性效应被去除。在非专利文献“Fabricationofthin-filmmicropolarizerarraysforvisibleimagingpolarimetry”(AppliedOptics，vol.39，no.10，pp.1486-1492，2000)中，J.Guo等人提出了一种制备薄层微线性检偏器阵列的方法。该方法通过对一种偏振二向色性染料材料进行先甩涂后摩擦取向来形成一薄层偏振膜，之后反应离子刻蚀被用来对该薄层偏振膜形成图案。在非专利文献“Liquid-crystalmicropolarizerarrayforpolarization-differenceimaging”(AppliedOptics，vol.41，no.7，pp.1291-1296，2002)中，C.K.Harnett等人提出了一种基于液晶材料的以蒸发形成的金薄膜作为液晶取向层的微线性检偏器阵列制备方法。其中金以预先确定的排列方向被蒸发到液晶材料的衬底层上，同时带胶剥离技术被用来对蒸发形成的金膜形成图案。这样每增加一个液晶的微区域，就需要增多一次以预定方向的金薄膜蒸发和一次带胶剥离来形成图案。最终该方法可以形成两个金取向层取向方向相互垂直的液晶微区域。在非专利文献“AnanalogVLSIchipemulatingpolarizationvisionofoctopusretina”(IEEETransactionsonNeuralNetworks，vol.17，no.1，pp.222-232，2006)中，M.Momeni等人展示了一种由YVO4晶体制成的双折射微线性检偏器阵列。具体的，在YVO4晶体上，一层铝膜被先蒸发后带胶剥离地形成图案，从而形成上述双折射微线性检偏器阵列。在非专利文献“Fabricationofadual-tierthinfilmmicropolarizationarray”(OpticsExpress，vol.15，no.8，pp.4994-5007，2007)中，V.Gruev等人展示了一种用于提取部分线偏振信息的双层微线性检偏器阵列。其中，该双层微线性检偏器阵列是通过在玻璃衬底上连续地覆盖和刻蚀两层聚乙烯醇薄膜而形成，而且这两层覆盖的聚乙烯醇薄膜的偏振轴方向之间保留预先确定的夹角。前边提出的微线性检偏器的实现方法对于某些特定的应用已经足够。但是，这些微线性检偏器只可以提取入射光的线偏振信息。实际入射光的全部偏振信息要更加复杂，而且全部偏振信息的实时提取要求对入射光中的非偏振分量、线偏振分量和圆偏振分量进行同步的偏振测定。现存微偏振检偏器的另一个缺点是较大的像素尺寸。微偏振检偏器阵列较大的像素尺寸使得它与拥有高分辨率的高端固态图像传感器的像素在尺寸上不能够匹配，以致于高分辨率的偏振成像难以实现。另外，如何降低微偏振检偏器阵列的制备复杂度和如何提高微偏振检偏器阵列制备工艺同固态图像传感器制备工艺的兼容性已经成为亟待解决的问题。如果采用前边提出的基于选择性刻蚀的方法，那么用于提取全部偏振信息的微偏振检偏器阵列的制备将变得极其复杂。此外，微偏振检偏器阵列同固态图像传感器制备工艺的兼容性也已经成为影响最终总制备成本的一个重要因素。
技术实现思路
本申请提出了一种可以同时提取和分析任意偏振状态的入射光的全部偏振信息的微偏振检偏器阵列。该微偏振检偏器阵列例如可以集成到固态图像传感器上从而实现实时的完备偏振成像。总体来说，该微偏振检偏器阵列包含一个上取向层、一个下取向层和一个置于上下取向层之间的液晶层。上述取向层上有着不同的区域，每个区域具有不同的取向方向，从而对液晶层中不同区域的液晶分子造成非一致的取向。具体来说，在该微偏振检偏器阵列液晶层中会形成许多不同的区域(或称子像素)，每个区域的液晶分子响应于所述取向层的对应区域的取向特性而沿着不同的取向方向来取向，因而会对经过该液晶层不同区域的光造成不同的偏振效果。所以，经过每个不同区域射出的入射光将有着不同的偏振特性。在一个实施例中，至少有四个区域将会在微偏振检偏器阵列的液晶层上形成，其中每个区域根据其对应取向层提供的取向方向而有着不同的偏振特性。当具有不同偏振分量的入射光通过该微偏振检偏器阵列时，每个不同的区域将会对应地输出从入射光中提取的不同偏振分量，其中这些偏振分量可以是线偏振分量或者圆偏振分量。在第二实施例中，本专利技术提供了一种制备基于光控取向液晶的微偏振检偏器阵列的方法，其中组成该微偏振检偏器阵列的微偏振检偏器可以对入射光中的不同偏振分量进行同步的提取。上述入射光中的不同偏振分量可以是0度或90度线偏振分量，也可以是45度或135度线偏振分量，也可以是右旋或左旋圆偏振分量。总体来说，该方法包含如下几步：形成一个具有第一光控取向方向的第一取向层；形成一个具有三个或三个以上按预先确定的图案排列的相互不重叠的取向区域的第二取向层，其中每个取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量入射光中偏振分量的仪器，包括：一个具有多个像素的微偏振检偏器像素阵列，其中每个像素对入射光中的三种或者三种以上偏振分量进行实质上同步的测量。

【技术特征摘要】
US 2009-5-21 61/213,2591.一种用于测量入射光中偏振分量的仪器，包括：一个具有多个像素的微偏振检偏器像素阵列，其中每个像素对入射光中的三种或者三种以上偏振分量进行实质上同步的测量，其中所述入射光中的三种或者三种以上偏振分量包括圆偏振分量，其中所述微偏振检偏器像素阵列包括：用于接收具有一种或者一种以上偏振分量的入射光的第一取向层，该第一取向层具有第一光控取向方向；与第一取向层对准的用于输出偏振特性被改变的光的第二取向层，该第二取向层具有三个或者三个以上以预先确定的图案来排列的区域，其中该三个或者三个以上区域中的每个区域都具有与第二取向层的其它区域不同的第二光控取向方向；一个置于第一取向层和第二取向层之间并且被第一取向层和第二取向层根据第一光控取向方向和第二光控取向方向来取向的液晶层，其中该液晶层的不同区域对于入射光会有不同的偏振特性改变，从而使得经由第二取向层不同区域输出的偏振特性被改变的光包含有入射光中的不同偏振分量。2.根据权利要求1所述的仪器，其中每个像素包含三个或者三个以上的子像素，而且该三个或者三个以上的子像素中的每个子像素对入射光中的三种或三种以上偏振分量的其中一种进行测量。3.根据权利要求1所述的仪器，其中每个像素对入射光中的四种偏振分量进行实质上同步的测量，所述入射光中的四种偏振分量包括右旋圆偏振分量和左旋圆偏振分量中的至少一种以及0度线偏振分量、45度线偏振分量、90度线偏振分量。4.根据权利要求1所述的仪器，其中每个像素包含四个子像素，并且每个子像素构造为测量入射光中的不同偏振分量。5.根据权利要求1所述的仪器，其中所述液晶层通过偏振旋转和相位延迟中的至少一种方式来对入射光进行偏振特性改变。6.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一取向层包含一个第一衬底层、一个第一电极层和一个第一光控取向层，其中第一电极层被置于第一衬底层和第一光控取向层的第一表面之间，同时所述液晶层被置于第一光控取向层的第二表面上。7.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第二取向层包含一个第二衬底层、一个第二电极层和一个第二光控取向层，其中第二电极层和第二光控取向层的不同区域根据预先确定的图案彼此无重叠地交织排列在第二衬底层上，同时所述液晶层被置于该无重叠交织排列的第二电极层和第二光控取向层上。8.根据权利要求1所述的仪器，还包含一个置于第二取向层外表面上的偏振薄膜。9.根据权利要求8所述的仪器，还包含一个图像传感器，其中所述偏振薄膜被覆盖在该图像传感器上，同时第二取向层的三个或者三个以上的区域与图像传感器上的三个或者三个以上的感光像素对准。10.根据权利要求9所述的仪器，其中所述偏振薄膜的偏振轴方向与第一光控取向方向成45度的夹角。11.根据权利要求8所述的仪器，其中从所述包含三个或三个以上区域的第二取向层和所述偏振薄膜射出的光包含右旋圆偏振分量或左旋圆偏振分量。12.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第二取向层中的每个区域的第二光控取向方向与所述第一取向层的第一光控取向方向成0度，45度，或者135度的夹角。13.根据权利要求7所述的仪器，其中一个具有电场取向方向的电场通过第一电极层和第二电极层对液晶层上对应于第二电极层的部分区域施加一个电场，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锦，阿明贝尔马克，弗拉迪米尔格里戈里耶维奇奇格里诺夫，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]