液晶作为一种具有独特物理和光学特性的材料,在现代科技中扮演着重要的角色。除了在较传统和常见的应用方向——液晶显示(LCDs)技术中的卓越表现外,液晶还有着更多在光子学方面的应用价值,这些价值正在逐步被科研人们一一发掘。而这篇文章,则对具有空间变化的双折射分布的液晶偏振光栅的制作和应用进行了理论和实验上的研究。首先,在液晶光学、偏振光学及现有液晶偏振光栅研究成果的基础上,文章针对偏振光栅的关键参数——尺寸、工作波长、衍射角等,讨论了偏振光栅的基本制成原理和参数选取问题。液晶偏振光栅微结构的形成主要是通过光控取向技术实现的。在参数选取方面:首先讨论了基片规格和种类对偏振光栅制备和制成后的影响;然后,为了实现尽可能大的衍射效率,探究了如何将液晶层厚度控制在由特定工作波长决定的半波延迟量膜层厚度附近;最后,介绍了如何根据期望的目标衍射角,对应计算出实际的光栅周期,确定样品的曝光位置。然后,文章阐述了液晶偏振光栅在制备过程中的重点注意事项,并对制得光栅样品的参数进行了测定和分析。文中对实验过程中的特殊工艺步骤,如基片准备、光路调整和干涉曝光等具体问题进行了详细的解释。最终,我们得到了若干不同周期、不同工作波长、高衍射效率的光栅样品:其中,无瑕疵光栅微结构的周期可以小至2μm左右,大到100μm以上;以450nm、532nm、635nm为典型例子,液晶偏振光栅的工作波长覆盖了几乎整个可见光波段。通过精确的液晶层膜厚控制,光栅在工作波长处的衍射效率普遍达到了98%以上。最后,文章又进一步探讨了液晶偏振光栅的应用方向——可调分辨率光学边缘检测系统。将大周期液晶偏振光栅与4F光学系统相结合,利用其小衍射角和对光束偏振态的调制特性,通过两个液晶偏振光栅的叠加使用,实现检测分辨率实时可调的光学边缘检测。同时该方法还保留了广谱适用性,液晶偏振光栅的低成本、易批量生产特点使该边缘检测机制的实际应用成为可能。