周东淇

（北京京东方显示技术有限公司，北京 100176）

1 引言

液晶光栅技术作用于液晶光学器件的质量具有关键性的促进作用，而且在现阶段的应用过程中也已经取得了一定的成绩。因此，本文分析了液晶光栅技术的工作原理，选择了两种最重要的液晶光栅的结构设计和制作工艺。它们是聚合物分散的液晶光栅和聚合物网络液晶光栅，本文着重分析了这两种技术的优缺点的和司机应用效果的好坏。并且有效集合和实际的发展情况来研究其应用的过程，旨在为后期液晶光栅技术在空间光通信中的应用情况打好了就铺垫的基础，也是对其未来发展的一种展望。

2 研究液晶光栅技术进展与应用的重要意义

液晶这种东西，是近些年带来才逐步兴盛起来的一种物质，但是由于其化学特性和物理特性的特殊之处，液晶成为了具有广泛应用的特殊功能材料。而且，液晶的特征在于固体晶体和各向同性液体之间的结构。从宏观物理性质的角度来看，液晶不仅具有独特的液体流动性和粘度，而且具有各种晶体特性。它能够使得液晶在阳光或其他光的照射下具有双折射，布拉格反射，衍射和旋光效果，就像自然界中存在的晶体一样，在实际应用的过程中，也能够使其能够更好地作用于显示，信号处理，光通信，光信号处理等方面，对促进我国各类电子元件的构造具有积极的促进行作用。但是液晶又具备另外一个特点，即在某一温度的影响范围中会将液体的特性和晶体特性结合在一起，此时，液晶分子的取向不如晶体结构强，并且柔软且容易变形。但是，如果垂直于分子导向器的电场施加到表面处理的正向列液晶盒上，液晶的内部将受到两个扭矩的影响：第一个效果是由外部电场施加到液晶的扭矩，第二个效果是由边界条件引起的变形扭矩。当两者处于平衡稳定的过程中时，两个扭矩的影响相互抵消。而液晶光栅的出现则是利用了一种用于改变由诸如液晶的折射率之类的光学特性的周期性变化引起的普通光和非常光的相位差和偏转特性的装置，它广泛应用于实际光学计算处理，衍射光学，三维图像显示和光电开关，而且还取得了相当显著的成效，获得了国内外很多相关领域专业人士的重视。

3 液晶光栅技术的发展与实际应用情况

3.1 液晶光栅技术发展历程

早在1963年，威廉姆斯发现将负介电各向异性向列液晶置于具有透明电极并且厚度为10至100μm的夹层壳体中，在此基础上，也已经开发了能够控制电压，电流等的周期性条带区域。后面由于科学技术的不断进步、世界交流趋势的不断完善，这时候著名的国外学者Durand等人又发现，一旦给予液相盒子内部电场改变作用的时候，无论电压的大小，尺寸和形式如何，六边形结构或其他更复杂的结构都会出现在液相盒中，这使得研究者只有通过动态散射现象才能够减少由于电磁场变化所带来的消极影响。在1972年期间，外国学者卡罗尔在实验中就已经了解到，边缘间距和衍射角可以通过施加的交流电的频率和幅度轻松控制。直到1974年，Werner、波拉克等人在图像处理环节中，将较大的液相光栅优势发挥出来，并有效地作用于光调制器，光开关和其他光通信领域的应用，而且就现在的发展情况来看，也已经取得了很大进展。

3.2 相位衍射光栅特性及发展

1979年，霍里等人为了优化图形的显示质量，开始逐渐注意液晶光栅机构和制造工艺的改进。其中，外国工人贡献了大部分作用。Hiroo等人也已经研制出了面积为40mm×60mm，带状电极为960，可通过脉冲宽度调制（PWMC）和帧率控制（FRC）技术的有效优化矩形，对液相光栅的实际作用进行了优化，从而改善了画面的显示情况，对于光栅投影的精确性提升具有关键作用，帮助科学工作者能够更好的了解到相位衍射光栅的特性和应用情况。

4 液晶光栅的新发展-液晶/聚合物光栅

虽然传统的液晶光栅本身具有体积小，驱动电压低，功耗低，分辨率高，衍射特性变化方便等优点，但是也还存在着衍射效率与光的偏振性冲突的一些劣势和缺点。因此，为了有效地解决这些问题，最合适的方法之一是直接制造类似于光栅的液晶取向层。近年来衍生的液晶/聚合物光栅具有显着的科学效果。现阶段常见的，能够用于聚合物/液晶电光器件的复合系统主要是聚合物分散液晶（PDLC）和聚合物网络液晶（PNSLC），以下将对这两者进行详细的分析和研究。

4.1 PDLC光栅

所谓的PDLC光栅具有大于30%的聚合物含量，并且液晶在实际应用中也以液滴的形式分散在连续的聚合物介质中，这些特性都使得它在分析新的高分子材料和液晶研究中起着关键作用。因此，相关行业的工作者也开始重视对液晶光栅的研究和分析。在国外的发达国家，美国的Digilens和意大利的LOA正在研究PDLC光栅器件、1994年R.L.Suther Land等人就已经对PDLC光栅技术进行了优化和分析，已经将一些不必要存在的缺陷进行了优化和消除。在中国行业发展的过程中，国内的学者——长春光学精密机械与物理研究所的马伟和任宏文利用光固化相分离技术开发了PDLC光栅，使得现阶段衍射光的衍射效率达到40，这也是工作效率的完美保证。

4.2 PNSLC光栅

对于PNSLC光栅技术，最早在中国应用的是2005年的宋静等人。液晶光栅是通过光掩模法控制液晶中聚合物的分布而制备的，并且增强了光栅技术的应用，研究和开发推广。

5 液晶光栅技术的发展前景

实际上，空间光通信中的精确APT技术是现阶段接受光学卫星链路的关键。但是现阶段的APT技术往往都是利用机械性的操作而进行的，在实际的应用过程中虽然能够发挥作用，但是往往会导致执行机构的重量、体积、功耗等较大，使得现状的操作问题变得较为困难。但是液晶光栅技术的优点是远远超过了机械光栅的优点，而且还有效将机械光栅的缺点进行了弥补。它几乎可以满足空间光通信的所有重要要求，重量，尺寸，功耗，寿命，成本，驱动电压，光电集成，可编程性，光束扫描和偏转范围得到优化。因此，在实际的应用过程中，液晶光栅技术的发展前景是不可限量的，而且实用性和操作性也会更为明显。

6 结束语

综上所述，我国正处于一个经济水平和科学技术水平不断发展的过程中，社会建设中的各个方面也都已经取得了相应的进步，现阶段发展最为显著的空间光通信行业与液晶光栅的应用息息相关。因此，为了有效促进我国社会建设的不断进步，工业化水平和空间通信水平的不断提升，必定要对液晶光栅技术的进展和实际的应用进行分析，只有结合实际情况才能发现缺陷，才能够有效改善液晶光栅技术的应用和发展。