CN103336411B - 带微沟槽结构的液晶盒及其制作方法和基于该液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法 - Google Patents
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Abstract
带微沟槽结构的液晶盒及其制作方法和基于该液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，涉及一种带微沟槽结构的液晶盒。为了解决目前的分布式反馈激光器的波长调节方式较为单一，只能通过改变相干光之间的夹角的方式来调节波长，大大限制了其应用范围的问题。利用激光光刻技术在ITO玻璃上刻出微沟槽结构，并注入染料和液晶形成含染料液晶共掺结构的液晶盒。采用纳秒激光器发射激光束直射入所述液晶盒的ITO玻璃上，并在所述液晶盒的两个ITO玻璃之间加频率为10kHz的方波电压信号，采用光谱仪采集从液晶盒的微沟槽输出的信号；调整方波电压信号的幅值，实现调整液晶盒输出的激光波长。它应用于各种需波长连续可调谐激光***中。
Description
技术领域
本发明涉及一种带微沟槽结构的液晶盒，特别涉及一种带微沟槽结构的液晶盒及其制作方法和基于该液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法。
背景技术
分布反馈的激光反馈机制发生在增益或折射率周期性调制的激光介质中，同时只有波长满足布拉格谐振条件的激光模式在这种结构中传播时才能得到反馈、谐振及放大。分布反馈激光器具有频率选择特性，另外还可以形成波长可调谐的激光输出。输出可调谐激光的原理为满足布拉格谐振条件时的输出激光波长λj正比于2nΛ/j，其中n为激光模式感受到的有效折射率，j为布拉格反射级次，Λ为介质的调制周期，因此当调制周期Λ或有效折射率n变化时，输出波长也将随之改变。在分布反馈激光器之中，染料分布反馈激光器可通过改变相干光之间的夹角来改变输出激光波长，实现输出波长可调谐。然而，这种分布式反馈激光器的波长调节方式较为单一，只能通过改变相干光之间的夹角的方式来调节波长，大大限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有采用液晶盒的激光随电压变化连续调谐方法波长调谐差的问题，本发明提供一种带微沟槽结构的液晶盒及其制作方法和基于该液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法。
本发明带微沟槽结构的液晶盒，它包括两个ITO玻璃、多个微沟槽和液晶；在两个ITO玻璃之间设置多个相互平行的微沟槽，每个微沟槽内充满液晶。
所述的带微沟槽结构的液晶盒的制作方法，
它包括如下步骤：
步骤一：在清洁后的ITO玻璃的一侧表面上均匀涂上光刻胶，将涂有光刻胶的ITO玻璃放入烘箱中进行前烘，使所述光刻胶内的溶剂充分挥发，且在所述光刻胶内溶有染料；
步骤二：利用紫外光透过掩模板照射所述ITO玻璃的涂有光刻胶的一侧表面；所述掩模板为带有多个微沟槽状结构的掩模板；
步骤四：将显影后的ITO玻璃进行高温坚膜处理，将另一块清洁后的ITO玻璃板封装在高温坚膜处理后的ITO玻璃的带有光刻胶的侧面上，获得带多个微沟槽结构的盒体；
步骤五：将液晶充分搅匀后，用滴管吸取所述液晶从所述盒体的一端滴入到微沟槽内，待每个微沟槽内均充满液晶后，获得带微沟槽结构的液晶盒。
基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，所述方法为：
采用纳秒激光器发射激光束，使该激光束直射入带微沟槽结构的液晶盒的ITO玻璃上，
在所述液晶盒的两个ITO玻璃之间施加频率为10kHz的方波电压信号，
采用光谱仪采集从带微沟槽结构的液晶盒的微沟槽结构的两侧输出的激光信号；
调整方波电压信号的幅值，进而实现调整所述液晶盒输出的激光波长。
本发明的优点在于，本发明基于染料与液晶共掺分布式反馈激光器输出光波长可随电压改变而改变的特点，利用光刻技术在ITO玻璃10上刻出微沟槽结构并向里注入液晶，从而得到含微沟槽结构的染料与液晶共掺的液晶盒。进一步在激光照射下的液晶盒上加交流方波电压，改变电压大小可改变输出波长，从而实现通过调节电压方式达到输出激光可调谐的结果，拓展了输出激光调谐的方式和分布式反馈激光器结构在电压调谐激光波长领域的使用范围，随着电压的改变，谱线的峰值会产生红移。根据本发明的方案进行仿真计算得到的结果：随着电压从0开始逐渐增大，谱线的峰值波长改变了约10nm。
附图说明
图1为本发明所述的采用带微沟槽结构的液晶盒的分布式反馈激光器的原理示意图。
图2为本发明所述的带微沟槽结构的液晶盒的制作方法的原理示意图。
图3为基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述的带微沟槽结构的液晶盒，
它包括两个ITO玻璃、多个微沟槽和液晶；在两个ITO玻璃之间设置多个相互平行的微沟槽，每个微沟槽内充满液晶。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的带微沟槽结构的液晶盒的进一步限定，所述微沟槽由光刻胶形成。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的带微沟槽结构的液晶盒的进一步限定，每个微沟槽的宽度和相邻两个微沟槽的间距的比值为1:1。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的带微沟槽结构的液晶盒的进一步限定，每个微沟槽的宽度为460nm。
微沟槽结构的沟槽宽度和沟槽间距可通过预先设计给出，沟槽宽度和沟槽间距为1:1的关系。根据公式mλ＝2neffd取不同的反射级次m即可给出沟槽周期，所述周期为一个宽度与间距之和。取反射级次m＝5时，沟槽结构的沟槽宽度和沟槽间距均为460nm。
沟槽的深度即为光刻胶膜层的厚度，根据现有的工艺水平，这一厚度最薄可取到0.6um左右。
沟槽的长度一般要与液晶盒的尺寸相当。即实际加工时应选用很多个沟槽周期。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式是具体实施方式一所述的带微沟槽结构的液晶盒的制作方法，
它包括如下步骤：
步骤一：在清洁后的ITO玻璃10的一侧表面上均匀涂上光刻胶，将涂有光刻胶的ITO玻璃10放入烘箱中进行前烘，使所述光刻胶内的溶剂充分挥发，且在所述光刻胶内溶有染料；步骤二：利用紫外光透过掩模板7照射所述ITO玻璃10；所述掩模板7为带有多个微沟槽状结构的掩模板；
步骤三：将照射后的ITO玻璃10放入显影液中显影；
步骤四：将显影后的ITO玻璃10进行高温坚膜处理，将另一块清洁后的ITO玻璃10板封装在高温坚膜处理后的ITO玻璃10的带有光刻胶的侧面上，获得带多个微沟槽结构的盒体；
步骤五：将液晶充分搅匀后，用滴管吸取所述液晶从所述盒体的一端滴入到微沟槽内，待每个微沟槽内均充满液晶后，获得带微沟槽结构的液晶盒3。
所述染料是掺到光刻胶之中的，掺到其中的染料浓度范围在10-5mol/L到10-3mol/L之间。
前烘过程应烘到光刻胶内溶剂充分挥发，使光刻胶膜干燥以增加其与ITO玻璃10间的附着性。对现在的工艺水平来说，膜厚可以做到1微米以内，在95.度条件下前烘时间约为1分钟；
掩模板7应预先设计出与沟槽结构对应的挡光和不挡光部分组成的周期结构，按微沟槽结构设计出挡光部分和不挡光部分的形状，并按此形状对掩模板7进行加工；需要光刻抠出来的沟槽部分不需要挡光；而需要保留下来，不需要光刻的部分对应掩模板7的挡光部分。
在灌装前必须充分搅匀液晶，用滴管吸取液晶滴在竖置的液晶盒的开口一端，混合物在毛细作用下就会浸入液晶盒中，为了保证液晶盒中没有气泡，切勿从液晶盒两端灌入。染料已经在之前与PMMA光刻胶相混合，因此光刻之后才能得到染料与液晶组成的微沟槽结构。
图2中，①为清洁后的ITO玻璃10，②为在ITO玻璃10上涂上光刻胶，③为均匀涂上光刻胶后的ITO玻璃10，④为将掩模板7置于前烘后的ITO玻璃10前，利用紫外光透过掩模板7照射所述ITO玻璃10，⑤为将照射后的ITO玻璃10放入显影液中显影，⑥为将显影后的ITO玻璃10进行高温坚膜处理。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的带微沟槽结构的液晶盒的制作方法的进一步限定，所述清洁后的ITO玻璃10为用清洗剂和去离子水清洗干净并干燥的ITO玻璃10，且所述ITO玻璃10需涂有光刻胶的一面带有PI摩擦层。
图3中的8为光刻胶，9为微沟槽内的液晶，8和9交替形成滴满液晶的微沟槽结构。
所述微沟槽的宽度为460nm。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式五所述的带微沟槽结构的液晶盒的制作方法的进一步限定，所述步骤一中，在ITO玻璃10上均匀涂上光刻胶的方法为用匀胶机将光刻胶甩均匀，且控制匀胶机的转速来控制胶膜的厚度。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式五所述的带微沟槽结构的液晶盒的制作方法的进一步限定，往复执行步骤二和步骤三，加深微沟槽结构的深度。
显影过程可把照射后的正胶溶解在显影液中，如果所需沟槽的深度较大，则曝光和显影需要往复进行。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式本实施方式是基于具体实施方式一所述的带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，
所述方法为：
采用纳秒激光器1发射激光束，使该激光束直射入带微沟槽结构的液晶盒3的ITO玻璃10上，
在所述液晶盒3的两个之间施加频率为10kHz的方波电压信号，
采用光谱仪4采集从带微沟槽结构的液晶盒3的微沟槽结构的两侧输出的激光信号；
调整方波电压信号的幅值，进而实现调整所述液晶盒3输出的激光波长。
所述纳秒激光器1、交流电源2、带微沟槽结构的液晶盒3和光谱仪4构成分布式反馈激光器，如图1所示，光谱仪4采集从带微沟槽结构的液晶盒3的微沟槽结构的两侧输出的激光信号后，将所述激光信号的光谱发送给计算机5，计算机5根据所述光谱得出所述激光信号的波长。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式九所述的带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法的进一步限定，所述纳秒激光器1为波长532nm的Nd:YAG激光器，所述激光器的重复频率为1Hz，所述激光器输出的激光脉冲脉宽为10ns。
采用532nm的Nd:YAG激光器泵浦，泵浦光正入射到带微沟槽结构的染料液晶共掺的液晶盒之上，液晶盒两端加交流方波电压，从液晶盒两侧输出的激光可由光谱仪4测量其光谱特性。计算机5根据光谱仪4测量的光谱特性计算出所述输出激光的波长。
Claims (8)
1.基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，带微沟槽结构的液晶盒包括两个ITO玻璃(10)、多个微沟槽和液晶；在两个ITO玻璃(10)之间设置多个相互平行的微沟槽，每个微沟槽内充满液晶；所述微沟槽由光刻胶形成，所述光刻胶内溶有染料，所述方法为：
采用纳秒激光器(1)发射激光束，使该激光束直射入带微沟槽结构的液晶盒(3)的ITO玻璃(10)上，
在所述液晶盒的两个ITO玻璃之间施加频率为10kHz的方波电压信号，
采用光谱仪(4)采集从带微沟槽结构的液晶盒(3)的微沟槽结构的两侧输出的激光信号；
调整方波电压信号的幅值，进而实现调整所述液晶盒输出的激光波长。
2.根据权利要求1所述的基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，所述每个微沟槽的宽度和相邻两个微沟槽的间距的比值为1:1。
3.根据权利要求2所述的基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，所述每个微沟槽的宽度为460nm。
4.根据权利要求1所述的基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，带微沟槽结构的液晶盒的制作方法包括如下步骤：
步骤一：在清洁后的ITO玻璃(10)的一侧表面上均匀涂上光刻胶，将涂有光刻胶的ITO玻璃(10)放入烘箱中进行前烘，使所述光刻胶内的溶剂充分挥发，且在所述光刻胶内溶有染料；
步骤二：利用紫外光透过掩模板(7)照射所述ITO玻璃(10)的涂有光刻胶的一侧表面；所述掩模板(7)为带有多个微沟槽状结构的掩模板；
步骤三：将照射后的ITO玻璃(10)放入显影液中显影；
步骤四：将显影后的ITO玻璃(10)进行高温坚膜处理，将另一块清洁后的ITO玻璃(10)板封装在高温坚膜处理后的ITO玻璃(10)的带有光刻胶的侧面上，获得带多个微沟槽结构的盒体；
步骤五：将液晶充分搅匀后，用滴管吸取所述液晶从所述盒体的一端滴入到微沟槽内，待每个微沟槽内均充满液晶后，获得带微沟槽结构的液晶盒(3)。
5.根据权利要求4所述的基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，所述清洁后的ITO玻璃(10)为用清洗剂和去离子水清洗干净并干燥的ITO玻璃(10)，且所述ITO玻璃(10)需涂有光刻胶的一面带有PI摩擦层。
6.根据权利要求4所述的基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，所述步骤一中，在ITO玻璃(10)上均匀涂上光刻胶的方法为用匀胶机将光刻胶甩均匀，且控制匀胶机的转速来控制胶膜的厚度。
7.根据权利要求4所述的基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，往复执行步骤二和步骤三，加深微沟槽结构的深度。
8.根据权利要求1所述的基于带微沟槽结构的液晶盒控制激光随电压变化连续调谐的方法，其特征在于，所述纳秒激光器(1)为波长532nm的Nd:YAG激光器，所述激光器的重复频率为1Hz，所述激光器输出的激光脉冲脉宽为10ns。
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