液晶空间光调制器具有优良的相位调制特性，可以实现光波波前的相位调制，广泛应用于光场调制、光束整形、光束扫描和计算显示等领域，但液晶的偏振依赖特性限制了其进一步的发展，因此，偏振无关液晶器件成为了研究的热点问题。

通过器件结构设计，实现偏振无关的相位调制是液晶偏振无关技术研究的一个主要方向，但基于扭曲向列液晶的偏振无关器件结构往往存在工艺难度大、器件结构复杂和相位调制深度不足等问题。

针对该问题，上海交通大学电子信息与电气工程学院陆建钢教授团队提出了一种旋光扭曲光取向技术，并基于该技术完成了微区正交扭曲液晶调制器件的制备，实现了大相位深度、低偏振相关度的液晶相位调制器件。

该成果以“Polarization Independent Liquid Crystal Phase Modulator with Multi-Microdomain Orthogonal Twisted Photoalignment”为题，发表在Light: Advanced Manufacturing期刊。

文中提出了一种偏振无关液晶相位调制器件的制备方法。

该方法利用胆甾相液晶的旋光特性，通过旋光扭曲光取向技术，以自对准方式实现了上下基板取向方向的自由设计，完成了微区正交扭曲液晶调制器件的制备。

该方法制备的偏振无关相位调制器件具有工艺简单，偏振相关度低，相位调制深度大，驱动电压低等多重优势。

器件结构如图1所示，当入射光照射到器件上时，其调制效果可分解到每一个微区，微区与微区之间由于是相互正交的，该器件在整体上呈现出一种偏振无关的调制效果，但存在有一半的调制损耗。但根据扭曲结构的液晶调制器件特性，随着调制电压的增大，扭曲向列相液晶器件本身便具有一定的偏振无关调制特性，而该特性同样可适用于所制备的微区正交扭曲取向液晶。因此，在外加电压达到一定程度后，该器件的调制损耗逐渐降低，实现低损耗的偏振无关相位调制功能。

图1：微区正交扭曲液晶调制器件示意图

在如图2所示的制备过程中，微区正交扭曲的液晶调制器件主要经过了三次曝光。

第一次的预曝光使灌入用于旋光的胆甾相液晶具有一个统一的取向方向；

第二次曝光是在液晶器件中灌入了胆甾相液晶后，此时曝光的光源偏振方向与第一次曝光光源的偏振方向是一致的，因此器件上基板的取向保持不变，而下基板由于旋光层的作用，其取向方向与上基板的取向相垂直；

第三次曝光使用了棋盘网格状的掩膜版，并将曝光光源的偏振方向旋转90°。经曝光后，无掩膜区域上下基板的取向方向均旋转90°，并与被掩膜覆盖的区域形成正交的排列方式。

将其中的胆甾相液晶洗出后，即得到微区正交扭曲取向的液晶盒。

再次灌入向列相液晶即可实现偏振无关的液晶相位调制器件。

图2：微区正交扭曲液晶调制器件制备流程

该器件实现了在不超过4V的外加电压下，偏振相关度小于10%，调制深度大于3.4π的偏振无关相位调制。在光通信、可穿戴设备、智能显示等领域表现出极高的应用价值。（来源：先进制造微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.37188/lam.2023.035