相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2014年9月12號(hào)提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)62/049,789的權(quán)益。美國臨時(shí)專利申請(qǐng)62/049,789的公開內(nèi)容和全部教示特此通過引用并入本文。

一般地，本發(fā)明涉及去偏振器。更具體地，本發(fā)明涉及可以去偏光光束的去偏振器。

背景技術(shù)：

由于要分析的許多光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)部件和樣品表現(xiàn)出偏振相關(guān)的行為，因此希望在將光束應(yīng)用于這樣的樣品、光學(xué)元件或檢測器之前，能對(duì)光束進(jìn)行去偏振。因此，需要?jiǎng)?chuàng)建一種光學(xué)元件，其可以基本上使光束去偏振，而不管光束的尺寸、它的中心波長、光學(xué)線寬、入射角(或數(shù)值孔徑)或光束的相干性。

目前用于光束去偏振的解決方案受到嚴(yán)重依賴于在寬帶和大尺寸的光束(例如lyot去偏振器)，或者僅在特定波長或小波長范圍內(nèi)是有效的去偏振器(例如美國專利2008/0049321a1)的限制。在進(jìn)行樣品的光譜分析的光學(xué)系統(tǒng)(例如分光光度計(jì))的一個(gè)實(shí)例中，由于樣品可以是偏振敏感的，因此期望使施加到樣品的光束去偏振，而同時(shí)具有盡可能窄帶的光束，以便獲得光譜分辨率。另外，比如分光光度計(jì)的系統(tǒng)通過在一個(gè)波長范圍上掃描探測光束的中心波長來執(zhí)行在多個(gè)波長內(nèi)的測量。如果在這樣的系統(tǒng)中使用lyot去偏振器，則性能將僅限于具有至少10納米光帶寬的光束，因?yàn)楫?dāng)前存在的去偏振器僅能夠去偏振大帶寬、消色差的光束，如專利us3433553a所描述的。此外，為了使當(dāng)前存在的解決方案工作，光束將必須在尺寸上相當(dāng)大(>6mm)，這對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)以及通過光學(xué)檢測器的檢測的效率施加了許多限制。

如果替代地將選擇us2008/0049321a1中描述的去偏振器，則去偏振器由于是半波波片，將被限制為僅在一個(gè)特定波長或在窄波長范圍內(nèi)工作，這是由于具有一個(gè)單片雙折射層的性質(zhì)造成的，其將使去偏振器僅在小的波長范圍內(nèi)成為有效的去偏振器。另外，由于是半波片，這種類型的去偏振器輸出具有不同快軸取向的多個(gè)線性偏振光束。但是由于光束的所有部分都是線性偏振的，所以作為去偏振器它的效率不是完美的。這種類型的去偏振器不適用于需要大光譜操作范圍的應(yīng)用。在上述示例中，在比如分光光度計(jì)的光譜掃描裝置中，所述發(fā)明將使得該裝置僅在最多幾百納米的小波長范圍內(nèi)有效，而分光光度計(jì)通常用于掃描的波長范圍為幾千納米。

以前的產(chǎn)品包括lyot和楔型去偏振器，這是最常見的商業(yè)產(chǎn)品，但對(duì)于可以去偏振的光束具有顯著的限制。其他提出的解決方案(但尚未在商業(yè)上看到)包括對(duì)光束造成負(fù)面影響的散射去偏振器，隨著時(shí)間的推移改變偏振特性的暫時(shí)去偏振，并且僅限于具有大時(shí)間尺度的應(yīng)用。光纖去偏振器，其僅限于在光束被限制在光纖傳輸系統(tǒng)的情況下使用。最后，由us2008/0049321a1和us8111458建議了一種由具有不同性質(zhì)的段陣列制成的去偏振器，所有這些描述了減速器(retarder)陣列，其將光束的不同部分旋轉(zhuǎn)成不同的線性偏振，具有快軸的不同取向角。盡管這些去偏振器在對(duì)光束尺寸和相干光束的帶寬的限制方面提供了良好的改善，但是由于僅僅是多個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器，它們以非常有限的方式對(duì)光束去偏振，并且僅可以在非常特定的波長，這在很大程度上限制了它們的可用性，因?yàn)樵诳烧{(diào)諧激光器或?qū)拵г吹那闆r下需要具有多個(gè)器件。us8696134中描述的裝置通過使還擁有不同相位延遲的段(類似于我們的發(fā)明)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，但是由于其需要大量工作以制造因而是復(fù)雜和昂貴的，因此是不實(shí)用的。此外，通過使段具有不同的厚度，設(shè)計(jì)具有由器件的不平坦表面引起的反射、散射和衍射效應(yīng)的顯著副作用。

lyot和楔型去偏振器通過以產(chǎn)生空間變化的快軸的方式組合具有不同厚度的兩種雙折射材料而制成。首先描述于1930年代，這種類型的去偏振器通?？蓮脑S多商業(yè)提供者獲得，并且通常用于消色差系統(tǒng)，其中光束是非常寬帶的，并且物理尺寸大。從圖1(dop對(duì)波長帶寬；激光光束波長1064nm，總長度為6mm)可以看出，lyot型去偏振器的有效性很大程度上取決于光束的帶寬。通常，lyot去偏振器的商業(yè)供應(yīng)商指定去偏振器僅對(duì)光學(xué)帶寬大于50nm的光束有效。圖1顯示了lyot去偏振器作為源的帶寬的功能的有效性。應(yīng)當(dāng)注意，期望的是較低的偏振度(dop)。

然而，需要去偏振的典型應(yīng)用涉及例如使用寬帶源，然后通常通過使用光柵或其他可調(diào)諧光譜濾波裝置將其光譜濾波到窄帶寬光束。然后將通常具有0.1nm量級(jí)帶寬的窄帶寬光束施加到待測試用于取決于波長的透射和反射的樣本。然后檢測所得到的光束以識(shí)別波長依賴行為。然后，每次在稍微調(diào)諧濾波的波長之后，重復(fù)該過程數(shù)百或數(shù)千次，使得可以在寬波長范圍內(nèi)在數(shù)千個(gè)單獨(dú)波長上獲得樣本的光譜依賴性。由于測試的樣品通常對(duì)偏振具有一些依賴性，因此需要將施加到樣品的光束去偏振。然而，由于可用的去偏振器僅能夠用于寬帶光束，所以現(xiàn)有的解決方案不能為這種情況提供有用的解決方案。

經(jīng)典lyot解決方案的一些變化全部包含兩個(gè)或更多個(gè)光學(xué)元件，其產(chǎn)生對(duì)偏振的一些空間變化，例如楔形去偏振器。那些方案可以減小所需的最小光束尺寸，但是具有由于楔形玻璃元件之間的角度而導(dǎo)致光束偏移的顯著缺點(diǎn)，使得這種類型的去偏振器不實(shí)用。

另一種類型的所提出的解決方案具有跨越通光孔徑的有著不同定向軸的半波波片陣列。示例包括美國專利us2008/0049321a1和us8111458，其中提出了多個(gè)段，通過具有一個(gè)均勻的雙折射層，每個(gè)段具有不同的快軸取向，并且所有段共享相同量的雙折射。實(shí)際上，這些解決方案創(chuàng)建了半波波片陣列，其中該陣列中的所有段都用作半波波片，但是對(duì)于它們各自的快軸具有不同的取向角度。這實(shí)際上將入射光束分成多個(gè)光束，并且以不同的量旋轉(zhuǎn)穿過每個(gè)段的每個(gè)這種子光束的偏振軸。這允許創(chuàng)建具有非常小的段尺寸的陣列，并且因此與常規(guī)lyot去偏振器相比，可以顯著地減少可以去偏振的最小光束尺寸的要求。然而，由于這些器件僅改變每個(gè)段的快軸，但仍然使用一層均勻雙折射材料，所以它僅僅對(duì)于其中雙折射值恰好等于入射光束的波長的半波的情況是有效的，因?yàn)樵谑┘拥狡骷墓馐牟ㄩL恰好等于由均勻雙折射層規(guī)定的器件的半波的值的兩倍的情況下，它僅能夠有效地旋轉(zhuǎn)快軸。換句話說，上述器件僅對(duì)波長等于其雙折射值兩倍的入射光束才有效地作為去偏振器。

在文獻(xiàn)中提出和討論的另一種類型的去偏振器是散射型去偏振器。例如在題為“l(fā)iquidcrystaldepolarizers”journalofappliedphysics，第90卷，第15期，2001年10月，以及美國專利us3433553中描述的類似物的論文中描述的去偏振器可以產(chǎn)生去偏振效應(yīng)，但是具有散射和衍射效應(yīng)的副作用成本。這種副作用使通過去偏振器的光束的一部分從主光束中分離出來，并繼續(xù)在另一個(gè)方向或不同的角度上傳播。由于通常要去偏振的光束用于非常精確和嚴(yán)格控制的測量(例如上述樣品的光譜測量)，因此需要將光束限制在緊密限定的空間或區(qū)域中，并且不使光束的任何部分在周圍散射并影響測量。因此，這種散射效應(yīng)是非常破壞性的，所以具有散射副作用的這種去偏振器不是通常使用的。

美國專利us8696134通過在陣列的像素之間增加額外的變化尺寸來提供對(duì)上述器件的進(jìn)一步增強(qiáng)，其中附加尺寸提供不同像素之間的相位延遲里的差異。這實(shí)際上使得該器件具有兩個(gè)變量：快軸的差異和相位延遲的差異，這導(dǎo)致軸之間的雙折射的差異。由于陣列內(nèi)的多個(gè)不同的雙折射值，雙折射的這種差異使得該器件成為多個(gè)波長的有效去偏振器。這使得去偏振器能夠處理小光束(由于小像素尺寸)，處理窄帶光束(由于像素內(nèi)的各種值)，而且還處理具有多個(gè)波長的光束或具有不同波長的多個(gè)光束，或改變波長，這是由于穿過通光孔徑的各種雙折射值。然而，由于所需的用于產(chǎn)生不同的雙折射值(通過改變雙折射層的表面)要求的附加步驟，該器件制造非常困難和昂貴，并且對(duì)光束的光學(xué)質(zhì)量有顯著的副作用，主要為散射、波前畸變和衍射，這是由于在該方法中產(chǎn)生變化雙折射層所需的器件的不平坦表面的原因。因此，需要一種去偏振器，其克服了現(xiàn)有器件中的上述困難，并且可以基本上將光束去偏振，而不管光束的尺寸、其中心波長、光學(xué)線寬、入射角(或數(shù)值孔徑)或光束的相干性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一個(gè)實(shí)施例是去偏振器陣列，用于相干和非相干源以及可調(diào)諧相干源以及例如直徑小至半毫米的光束。在一個(gè)實(shí)施例中，去偏振器陣列包括具有不同快軸取向以及不同延遲值的多個(gè)段，該多個(gè)段由具有不同快軸和不同預(yù)傾角的至少一個(gè)雙折射層制成。另外，去偏振器陣列可以制成完全消色差的，或者也具有隨時(shí)間變化的延遲值，用于時(shí)間以及空間去極化。因此，施加到該器件的任何光束將基本上去偏振，而不管波長和光束尺寸。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種去偏振器，包括：光控取向?qū)?；以及沉積在所述光控取向?qū)由系碾p折射層；其中所述光控取向?qū)影ǘ鄠€(gè)段，所述多個(gè)段中的每一個(gè)具有不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角中的至少一個(gè)，使得所述雙折射層的所述多個(gè)段中的每一個(gè)在光控取向?qū)泳哂胁煌目燧S角和不同的雙折射值中的至少一個(gè)。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種去偏振器的堆疊，包括：第一去偏振器和一個(gè)或多個(gè)第二去偏振器，第一去偏振器和一個(gè)或多個(gè)第二去偏振器中的每一個(gè)是上述的去偏振器；其中所述第一去偏振器的光控取向?qū)优c所述一個(gè)或多個(gè)第二去偏振器的光控取向?qū)又辽僭诙?、快軸取向和預(yù)傾角中的一個(gè)方面不同。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種去偏光器，包括：第一基板；沉積在所述第一襯底上的第一光控取向?qū)?；沉積在所述第一光控取向?qū)由系挠性措p折射層；沉積在所述有源雙折射層上的第二光控取向?qū)樱灰约俺练e在所述第二光控取向?qū)由系牡诙r底；其中所述第一和第二光控取向?qū)影ǘ鄠€(gè)段，每個(gè)段具有不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角，使得所述光控取向?qū)拥膶?duì)應(yīng)段上的所述有源雙折射層的每個(gè)段具有不同的快軸角和不同的雙折射值；并且其中所述有源雙折射層進(jìn)一步被配置為響應(yīng)于施加的電壓而改變其雙折射值。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種制造去偏振器的方法，包括：在襯底上施加光控取向材料層；利用在每個(gè)段上光束的不同功率、不同偏振角和不同持續(xù)時(shí)間中的至少一個(gè)，在所述光控取向?qū)拥亩鄠€(gè)段上掃描光束，以便產(chǎn)生不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角；在固化的光控取向?qū)由鲜┘右粚与p折射材料，其中所述雙折射材料包括自動(dòng)將其自身排列到所述取向?qū)拥目燧S取向和預(yù)傾角的分子(molecule)；以及穩(wěn)定雙折射層中的分子。

附圖說明

圖1示出了lyot去偏振器基于帶寬的有效性；

圖2是根據(jù)一實(shí)施例的去偏振器和lyot型去偏振器之間的性能比較；

圖3a-3c示出了一現(xiàn)有的去偏振器；

圖4a-4c示出了另一現(xiàn)有的去偏振器；

圖5a-5c示出了根據(jù)一實(shí)施例的去偏振器；

圖6示出了根據(jù)一實(shí)施例的制造去偏振器的過程；

圖7示出了根據(jù)一實(shí)施例的去偏振器；

圖8示出了根據(jù)另一實(shí)施例的去偏振器；

圖9示出了根據(jù)另一實(shí)施例的去偏振器；

圖10示出了根據(jù)另一實(shí)施例的去偏振器。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明原理的說明性實(shí)施例描述需結(jié)合附圖閱讀，其中附圖作為整個(gè)書面說明的一部分。在本文公開的本發(fā)明實(shí)施例的描述中，任何涉及到方向或取向僅僅用于方便描述，而并不旨在以任何方式來限制本發(fā)明的范圍。相對(duì)性術(shù)語如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“在上方”、“在下方”、“向上”、“向下”以及它們的衍生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)應(yīng)當(dāng)解釋為指如接著描述或如正在討論的附圖中所示的取向。這些相對(duì)性術(shù)語僅僅是為了方便描述，而并不要求以特定的取向構(gòu)造或操作裝置，除非另有指明為這樣。如“附接”、“附著”、“連接”、“耦合”、“互連”及類似的術(shù)語表示這樣一種關(guān)系，其中結(jié)構(gòu)直接或通過中間結(jié)構(gòu)間接地彼此固定或附接，以及兩者為可移動(dòng)或剛性附接的關(guān)系，除非另有明確描述。此外，本發(fā)明的特征和益處是通過引用示例性實(shí)施例進(jìn)行描述的。因此非常明顯，本發(fā)明不應(yīng)限制為此類示例性實(shí)施例，其描述一些可能的非限制性的特征組合，這些特征可單獨(dú)存在或者以其它的特征組合方式存在；本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求限定。

本公開描述了如目前所預(yù)期的實(shí)施本發(fā)明的一種或多種最佳模式。該描述并不旨在從限制的意義上去理解，而是僅為了說明性目的而提供通過參考相應(yīng)附圖來呈現(xiàn)的本發(fā)明的示例，以向本領(lǐng)域技術(shù)人員建議本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)。在附圖的不同視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或者類似的部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，去偏振器具有多個(gè)空間上分離的段，這些段具有器件的不同段的快軸的空間變化以及段的延遲值的變化。在一個(gè)實(shí)施例中，使用光控取向技術(shù)，然后涂覆(優(yōu)選旋轉(zhuǎn)涂覆)雙折射材料來制造該器件。該三步驟工藝允許非?？焖佟⒏咝Ш凸?jié)約成本的生產(chǎn)，使得能夠有效地批量生產(chǎn)器件，通常在幾分鐘內(nèi)。此外，在一些其他實(shí)施例中，器件的延遲值被設(shè)計(jì)為使得它們是消色差的(在大的波長范圍上提供相同或相似的延遲值)或可調(diào)諧的，從而允許用戶根據(jù)他的系統(tǒng)的工作波長動(dòng)態(tài)地改變它們。

其他先前提出的器件被設(shè)計(jì)為在特定波長(由于雙折射材料的單一均勻?qū)?中工作，或者被限制于高于特定光束直徑并且具有寬帶寬的光束(不是例如激光的相干光束)，如在經(jīng)典lyot去偏振器的情況下。

圖2是lyot型去偏振器和本發(fā)明的實(shí)施例之間的性能比較。y軸表示測量的偏振度(dop)。在偏振光束中，這將是100％，在完全去偏振的光束中，這將是0％。如上所述和在現(xiàn)有出版物中，lyot型去偏振器的去偏振小尺寸光束的能力受到限制。在該測量結(jié)果中，針對(duì)lyot型去偏振器和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的去偏振器，比較不同光束尺寸的偏振度(dop)。從曲線220可以看出，實(shí)施例可以將光束顯著地去極化至10％或更小的非常低的dop，甚至對(duì)于大至1mm直徑的光束也是如此。另一方面，lyot型去極化器的曲線210僅去偏振至40％去偏振，并且僅對(duì)于直徑大于3mm的光束去偏振。

在更早公開的解決方案(美國專利2008/0049321a1和us8111458)中，去偏振器具有多個(gè)段，具有所述段的變化的快軸，以及對(duì)于所有段具有相等量的雙折射的一層，使得該器件實(shí)際上是半波波片的聚集，其以不同的量旋轉(zhuǎn)每個(gè)段的快軸。那些器件是有效的去偏振器，然而，由于它們?cè)谡麄€(gè)器件上僅具有一個(gè)雙折射值，所以它們僅對(duì)于非常小的波長范圍有效。此外，那些提出的器件通過是半波波片的聚集，不能完全去偏振光束，并且只能減小其偏振度)。

圖3a-3c示出了一現(xiàn)有的去偏振器。圖3a是去該偏振器的頂視圖，圖3b是該去偏振器的側(cè)視圖。為了簡化，出于說明的目的僅示出了兩個(gè)段。通常這種器件將具有多個(gè)段。將取向?qū)?20施加在襯底310上。取向?qū)?20被分割成兩個(gè)段321、322，每個(gè)段具有不同的快軸取向。例如，一個(gè)段321具有45度的快軸，另一個(gè)段322具有135度的快軸。隨后施加均勻的雙折射層330。例如，具有將導(dǎo)致325nm的延遲(對(duì)于650nm激光器為半波)的厚度的層。由于預(yù)傾角不是單獨(dú)控制的，所以兩個(gè)段331、332具有相同的延遲325nm。因此，如圖3c所示，如果例如施加具有650nm波長和線性偏振的光束，則來自兩個(gè)段的輸出將是兩個(gè)偏振，兩個(gè)偏振都是線性的，具有不同的軸角度(例如，50度和140度)，當(dāng)然取決于施加到器件的光束的快軸取向。

另一種類型的器件(美國專利8696134)包括具有不同雙折射值和不同快軸取向的像素陣列，這使得它對(duì)于寬范圍的波長來說是非常有效的去偏振器。然而，該器件需要非常復(fù)雜的制造工藝，使其不切實(shí)際并且昂貴。

圖4a-4c示出了一個(gè)現(xiàn)有的去偏振器。圖4a是該去偏振器的頂視圖，圖4b是該去偏振器的側(cè)視圖。為了簡化，出于說明的目的僅示出了兩個(gè)段。通常這種器件具有多個(gè)段。將取向?qū)?20施加在玻璃襯底410上。取向?qū)?20被分割成兩個(gè)段421、422，每個(gè)段具有不同的快軸取向。例如，一個(gè)段421具有45度的快軸，另一個(gè)段422具有135度的快軸。應(yīng)用雙折射層430，并且使用附加的處理步驟，在不同的段中改變雙折射層的厚度。在該示例中，圖4b示出了具有兩種不同厚度的層。由于延遲通過δn·d設(shè)定，其中d是層的厚度，δn是雙折射，雙折射通過材料類型、分子傾斜角、溫度等影響。由于層的厚度在兩個(gè)段之間不同，這將導(dǎo)致延遲的差異，結(jié)果是(例如)一個(gè)段432中的300nm的延遲值和另一個(gè)段431中的325nm的延遲值。因此，如圖4c所示，如果例如施加具有650nm波長和線性偏振的光束，則來自兩個(gè)段的輸出將是兩個(gè)偏振，一個(gè)線性的和一個(gè)橢圓的，導(dǎo)致更有效的去偏振。更進(jìn)一步地，如果應(yīng)用寬帶光源或具有不同波長的兩個(gè)單獨(dú)的光源，與先前方法相比，延遲的差異將相當(dāng)?shù)卮_保兩個(gè)源(或?qū)拵г?具有更有效的去偏振。然而，通過控制層厚度來控制延遲需要許多更復(fù)雜和昂貴的制造步驟，并且增加了制造工藝相當(dāng)大的復(fù)雜性。因此，這種方法是不可取的。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種具有多個(gè)段的器件，每個(gè)段在快軸取向以及延遲上具有區(qū)別值，并且能以快速、廉價(jià)和有效的方法生產(chǎn)。通過具有延遲和快軸的區(qū)別值，實(shí)際上可產(chǎn)生波片陣列，該波片陣列可以幾乎不依賴于波長和光束尺寸而旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換偏振。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例通過使用可以分別地確定去偏振器的每個(gè)段的取向角(控制快軸角度)和預(yù)傾角(控制雙折射值)的寫光束(writingbeam)來利用液晶的光控取向。液晶裝置包括當(dāng)根據(jù)外力對(duì)準(zhǔn)時(shí)顯示雙折射的液晶分子。這種外力是使用在液晶分子的邊界處的取向?qū)觼韺?shí)現(xiàn)的，使得該力根據(jù)該取向?qū)拥娜∠蚪嵌群涂燧S取向來引導(dǎo)分子對(duì)準(zhǔn)。另外，通過取向?qū)赢a(chǎn)生的預(yù)傾角將決定液晶分子的傾斜角。液晶分子的不同傾斜角導(dǎo)致雙折射的不同值。在有源液晶裝置中，例如，在液晶兩側(cè)的取向?qū)記Q定快軸取向以及有源層中的分子的預(yù)傾角。只要沒有施加其他力(例如磁場或電場)，分子將根據(jù)預(yù)傾角和取向?qū)拥目燧S角度自行排列。由于液晶的雙折射值取決于其分子的側(cè)視圖，液晶分子的傾斜角度實(shí)際上決定了器件的雙折射值。在有源器件中，例如，一旦施加電場，傾斜角將改變(根據(jù)電場的強(qiáng)度和方向)，并且分子將旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致雙折射的變化。

圖5a-5c示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的去偏振器。圖5a是該去偏振器的頂視圖，圖5b是該去偏振器的側(cè)視圖。為了簡化，出于說明的目的僅示出了兩個(gè)段。通常這種器件將具有多個(gè)段。將取向?qū)?20施加在襯底510上。襯底510可以是玻璃襯底(透明)或鏡子(反射)。取向?qū)?20被分割成兩個(gè)段521、522，每個(gè)段具有不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角。例如，一個(gè)段521具有45度的快軸和5度的預(yù)傾角，并且另一個(gè)段522具有135度的快軸、3度的預(yù)傾角。應(yīng)用雙折射層530，并且由于兩個(gè)段具有不同的預(yù)傾角，因此兩個(gè)段之間的有效延遲不同。由于延遲通過δn·d設(shè)定，其中d是層的厚度，δn是雙折射，雙折射通過材料類型、分子傾斜角、溫度等影響。由于每個(gè)段之間的預(yù)傾角不同，這將導(dǎo)致延遲差異，結(jié)果是一個(gè)段532中的一個(gè)延遲值，另一個(gè)區(qū)段531中的另一個(gè)延遲值。通過控制根據(jù)實(shí)施例的預(yù)傾角來控制延遲是比控制層厚度更簡單和更容易的解決方案，并且其在生產(chǎn)中不需要任何額外的步驟。

因此，如圖5c所示，如果例如施加具有650nm波長和線性偏振的光束，則來自兩個(gè)段的輸出將是兩個(gè)偏振，一個(gè)線性的和一個(gè)橢圓的，導(dǎo)致更有效的去偏振。更進(jìn)一步地，如果應(yīng)用寬帶光源或具有不同波長的兩個(gè)單獨(dú)的光源，與先前方法相比，延遲的差異將相當(dāng)?shù)卮_保兩個(gè)源(或?qū)拵г?具有更有效的去偏振。

注意到，雖然上述示例性實(shí)施例示出了每個(gè)段中的不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角，但是可以具有擁有相同快軸取向和不同預(yù)傾斜角的兩個(gè)不同段，或擁有不同快軸但是相同的預(yù)傾角的兩個(gè)段，或擁有不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角的兩個(gè)段。對(duì)于每個(gè)段，預(yù)傾角和快軸取向中的至少一個(gè)以不同的方式或量變化。

直到最近，用于產(chǎn)生取向?qū)拥臉?biāo)準(zhǔn)方法是通過使用例如在取向?qū)拥谋砻嫔夏Σ良?xì)布來在取向?qū)拥谋砻嫔蠙C(jī)械地產(chǎn)生的微槽。這些微槽確定快軸取向(槽的方向)和預(yù)傾角(槽的深度，以及取向材料的機(jī)械和化學(xué)特性)。然而，在該方法中，器件的整個(gè)表面通常沿相同的方向和量對(duì)齊，因?yàn)椴豢赡茉诳臻g上改變機(jī)械摩擦。

近年來，已經(jīng)以光控取向的形式開發(fā)了用于創(chuàng)建取向?qū)拥男碌慕鉀Q方案。通過使用光敏材料，可以使用通常為uv或藍(lán)波長(bluewavelength)的寫光束(writingbeam)來控制取向?qū)又械娜∠虻姆较蚝蛷?qiáng)度。在其它實(shí)施例中，寫光束是電子束、不同波長的光束或激發(fā)光控取向材料的其他光束。在sd-1類型的光控取向材料(由azo-dye材料制成)的示例中，寫光束的偏振角決定了取向角(快軸取向)，并且光束的能量水平控制預(yù)傾角。使用這種技術(shù)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以產(chǎn)生能夠具有多個(gè)段的取向?qū)樱總€(gè)段具有不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角。一旦例如液晶的雙折射材料層被施加在光控取向?qū)拥捻敳可希肿訉⒏鶕?jù)光控取向材料的錨定能量和方向來布置它們的取向和傾斜角，并且將導(dǎo)致雙折射器件，具有多個(gè)段，每個(gè)段充當(dāng)不同的波片，具有不同的快軸取向值以及不同的雙折射值。有效地，去偏振器變成波陣列的聚集，每個(gè)波陣列針對(duì)不同條件進(jìn)行優(yōu)化，使得其成為用于非常寬范圍的條件例如不同波長、不同帶寬等的有效去偏振器。

圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的去偏振器的制造過程。在610中，用比如azo-dye材料的光控取向材料的薄層涂覆(優(yōu)選使用旋涂(spincoating)或棒涂(barcoating))光學(xué)透明材料，例如玻璃或塑料。然后在一些情況下，涂覆的材料通過熱處理，在其他情況下，它則不需要任何熱處理。在620中，然后將光控取向材料暴露于寫光束，該寫入光束通常是uv光束，或者被準(zhǔn)直或聚焦在材料的表面處的藍(lán)光束。然后寫光束在空間上掃描整個(gè)表面，并且在每個(gè)位置，改變曝光的功率、偏振角和持續(xù)時(shí)間，使得產(chǎn)生取向和預(yù)傾斜狀態(tài)的陣列。接下來，在630中，如果需要，固化光控取向材料。這種固化可以是熱處理，或者使用穩(wěn)定第一光控取向?qū)拥牡诙繉?。這種固化條件取決于所用的確切材料。在取向?qū)拥墓袒螅?40中，也通過比如旋涂或棒涂的涂覆來施加液晶聚合物層(也稱為活性液晶元)。一旦被應(yīng)用，該材料中的分子將自動(dòng)地將其自身布置到取向?qū)拥亩鄠€(gè)快軸角度和多個(gè)預(yù)傾角，從而產(chǎn)生具有不同快軸角度和預(yù)傾角的多個(gè)波片陣列。這之后，在650中，施加uv束，這導(dǎo)致材料固化，并因此“鎖定”lc分子的位置。在一些情況下，可以在上面添加第二保護(hù)窗口，以防止物理損壞。在一些應(yīng)用中，期望單獨(dú)使用去偏振器而不使用襯底或在不同的襯底上施加去偏振器。在660中，例如通過將層從襯底上剝離而從襯底移除去偏振器。

通過控制寫光束的曝光時(shí)間和/或所述寫光束的功率值，該過程可以有效地控制傳遞到光控取向材料的能量水平，從而控制光控取向?qū)拥念A(yù)傾角。由于上面施加的雙折射層的雙折射值取決于材料的性質(zhì)和由光控取向?qū)右?guī)定的預(yù)傾角，因此該方法實(shí)際上可以修改雙折射層的雙折射的值，以這種方式可以將不同的雙折射值分配給器件的不同段。

此外，該過程可以獨(dú)立地控制每個(gè)段的快軸取向，從而創(chuàng)建具有空間變化的快軸和空間變化的雙折射的器件。增加這種額外的控制等級(jí)允許創(chuàng)建以多種方式改變所施加的光束的偏振的器件，在顯著更寬的波長范圍上產(chǎn)生顯著更強(qiáng)的去偏振效應(yīng)，并且獨(dú)立于光束尺寸和帶寬。

此外，由于光控取向材料本身也是雙折射的，所以實(shí)際上存在多層器件(兩個(gè)雙折射層)，其提供大得多的設(shè)計(jì)靈活性，并且允許產(chǎn)生具有更加詳細(xì)的偏振傳遞功能的復(fù)合去偏振器(與現(xiàn)有的單片器件相比)，從而再次允許更強(qiáng)的去偏振效應(yīng)，而與波長、帶寬和光束尺寸無關(guān)。

如圖7所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，光控取向材料720在襯底710的頂部，并且在光控取向材料720的頂部上存在多個(gè)(兩個(gè)或更多個(gè))雙折射材料層730、740，每層具有不同的雙折射和色散值。一個(gè)實(shí)例是標(biāo)準(zhǔn)(正色散斜率)雙折射材料的涂層，隨后是具有負(fù)雙折射色散斜率的第二層。在涂覆第一層之后，其分子將與下面的光控取向?qū)訉?duì)準(zhǔn)(快軸和預(yù)傾取向)。在涂覆第二層之后，第二層的分子將根據(jù)第一層對(duì)準(zhǔn)，還有效地與光控取向材料的軸取向和預(yù)傾角對(duì)準(zhǔn)。通過具有兩層或更多層擁有不同色散斜率的雙折射材料，該過程使每個(gè)段成為獨(dú)特的消色差波片，并產(chǎn)生性能與所施加的波長無關(guān)的去偏振器。作為消色差波片，每個(gè)段將在非常大的波長范圍內(nèi)對(duì)于所施加的任何光束呈現(xiàn)相同的雙折射值。

如圖8所示，在另一實(shí)施例中，光控取向材料820在襯底810的頂部，并且雙折射材料830施加在光控取向820的頂部。在雙折射材料層830(第一層雙折射材料，或在前面描述的多層器件的情況下的第n層)上方施加第二光控取向?qū)?40。然后以與第一光控取向?qū)宇愃频姆绞椒指詈蛯?duì)準(zhǔn)該第二光控取向?qū)?40，但是在快軸取向、預(yù)傾角或段的幾何性質(zhì)例如尺寸和位置上具有不同的值。然后，另一個(gè)或多個(gè)雙折射材料層850被施加在第二光控取向?qū)?40上，并且根據(jù)第二光控取向?qū)?40的性質(zhì)被對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二光控取向?qū)右云湟恍┒卧诳臻g維度上與第一光控取向?qū)拥亩沃丿B的方式被分割。在其他實(shí)施例中，光控取向?qū)右远尾煌某叽纭⑿螤詈臀恢梅指?。這通過創(chuàng)建比如子段或更高分辨率的段，允許進(jìn)一步的幾何分割以及使用更復(fù)雜的偏振傳遞功能(通過具有在不同取向的多個(gè)層)來在設(shè)計(jì)中增加另一個(gè)自由元素，從而創(chuàng)建甚至更有效的去偏振元件。

注意，上面討論的去偏振器不必制造為單部件。在一個(gè)實(shí)施例中，去偏振器由兩部分制成，然后將它們粘合在一起。第一部分是具有取向?qū)雍碗p折射層的玻璃。第二部分是具有相同(但在該第二玻璃中不同的段/取向角和/或預(yù)傾斜)的第二玻璃。然后，將兩個(gè)部分堆疊或粘合在一起(或者僅僅保持它們一個(gè)接一個(gè)地，甚至沒有接觸)，并且它們制造基本上與如上所述的去偏振器相同類型的去偏振器。

如圖9所示，在另一實(shí)施例中，第一光控取向材料920在襯底910的頂部上。代替具有固定雙折射性質(zhì)的材料層的是，在第一光控取向?qū)?20和第二光控取向?qū)?40之間施加液晶材料的有源層930。將襯底950施加在第二光控取向?qū)?40的頂部上。有源液晶材料仍然根據(jù)光控取向?qū)又械膱D案排列，并且其分子仍然根據(jù)光控取向?qū)拥念A(yù)傾角來預(yù)傾斜，但是有源液晶材料的雙折射的基本值將通過外部施加的場，例如電壓以及預(yù)傾角控制。這種結(jié)構(gòu)允許第三程度等級(jí)的控制(快軸的固定取向、固定取向預(yù)傾角，以及有源傾斜角的動(dòng)態(tài)控制，因此允許液晶的雙折射特性)。通過具有這種額外的控制等級(jí)，雙折射的值可以隨時(shí)間改變，從而允許根據(jù)工作波長來調(diào)整雙折射的值(以優(yōu)化特定光源的波長)，和/或動(dòng)態(tài)地改變值以便隨著時(shí)間改變偏振特性，來產(chǎn)生去偏振器，其不僅在空間域中而且在時(shí)域中對(duì)光束去偏振。

不同的預(yù)傾角使液晶分子沿傳播軸以不同的傾斜角排列。結(jié)果，對(duì)于兩個(gè)不同的預(yù)傾角，垂直于表面通過的光束將看到不同的雙折射值，并且對(duì)于光束的偏振將會(huì)不同地變化。此外，自此以后存在兩個(gè)單獨(dú)的延遲值。與具有雙折射材料的均勻?qū)拥南惹鞍l(fā)明相反，在我們的整個(gè)器件中的不同預(yù)傾角導(dǎo)致在器件上的延遲和快軸角度的變化，以及施加到其上的任何光束的變化。因此，該器件能夠使即使是單色光束也顯著去偏振，這直到現(xiàn)在都是不可能的。

在某些實(shí)施例中，通過使襯底為例如反射鏡的反射襯底或涂覆有單層或多層反射涂層的玻璃，使上述去偏振器為可反射的(其用作鏡子以及去偏振器)。這些反射去偏振器具有作為反射鏡和去偏振器的附加功能。這些反射去偏振器的優(yōu)點(diǎn)是它將節(jié)省具有兩個(gè)單獨(dú)的光學(xué)部件的用戶費(fèi)用。注意，在制造這種反射去偏振器的情況下需要調(diào)節(jié)雙折射的值以考慮兩次穿過雙折射層的光束。

在一個(gè)實(shí)施例中，襯底僅在去偏振器的制造期間使用(并且不必是透明的或反射的)，并且在制造完成之后，通過例如剝離，從襯底移除去偏振器，然后去偏振器在沒有任何襯底時(shí)使用，或者粘合到不同的襯底上。

在另一實(shí)施例中，透明襯底的兩側(cè)均用于沉積光控取向?qū)?。如圖10所示，存在兩個(gè)光控取向?qū)?020、1040，一個(gè)在襯底1010的頂表面上，另一個(gè)在襯底1010的底表面上。類似于上文，頂部光控取向?qū)?020通過雙折射層1030覆蓋。底部光控取向?qū)?040被另一雙折射層1050覆蓋。如上所述，每個(gè)光控取向?qū)影ǘ鄠€(gè)段，每個(gè)段具有不同的快軸取向和不同的預(yù)傾角中的至少一個(gè)，使得光控取向?qū)拥膶?duì)應(yīng)段上的雙折射層的每個(gè)段具有不同的快軸角度和不同的雙折射值中的至少一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，頂部去偏振器至少在段、快軸取向和預(yù)傾角中的一個(gè)方面不同于底部去偏振器。更進(jìn)一步地，可以在器件的頂部或底部上添加一個(gè)或多個(gè)另外的去偏振器。

在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)去偏振器被堆疊或粘合在一起。這些多個(gè)去偏振器通過段、快軸取向和預(yù)傾角中的至少一個(gè)而彼此不同。因此，根據(jù)上述一些實(shí)施例，利用多個(gè)去偏振器形成更有效和靈活的去偏振器堆疊。

根據(jù)以上各種實(shí)施例的去偏振器具有優(yōu)于現(xiàn)有器件的許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。以前，通常的做法是使用lyot去偏振器，其由兩種雙折射材料構(gòu)成，并且對(duì)僅能夠操作消色差光束(帶寬>10nm)以及對(duì)于尺寸大于6mm的光束具有顯著限制。另一種方法是具有去偏振器陣列，其由具有不同偏振快軸但在上面具有一個(gè)均勻雙折射層的段制成。由于上述層具有均勻的雙折射值，通過各個(gè)段的單色光將使其偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)不同的角度(根據(jù)快軸角度的值)，但是其偏振狀態(tài)不會(huì)被改變。如果，例如，應(yīng)用線性偏振光，則對(duì)于不同的段離開所有段的光將具有不同的快軸角度，但是每個(gè)段仍然將是線偏振的。另一方面，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的器件，除了具有不同的快軸值之外，通過具有擁有不同雙折射值的段，將進(jìn)一步修改偏振，并且將對(duì)具有非常窄的帶寬(低至0)的光束進(jìn)行去偏振，如0.1nm或更小。

盡管本發(fā)明已經(jīng)被相當(dāng)詳細(xì)地描述并具有與幾個(gè)所述實(shí)施例相關(guān)的一些特殊性，但是這并不意味著它應(yīng)該被限制到任何此類細(xì)節(jié)或?qū)嵤├蛉魏翁囟▽?shí)施例中，而是應(yīng)當(dāng)參考所附的權(quán)利要求對(duì)其進(jìn)行解釋，以便在考慮到現(xiàn)有技術(shù)的情況下提供對(duì)這些權(quán)利要求最廣泛的可能的解釋，從而有效地涵蓋本發(fā)明的預(yù)期范圍。此外，盡管目前未能預(yù)見的本發(fā)明的非實(shí)質(zhì)性的修改仍然可以代表其等同物，但是前述根據(jù)發(fā)明人可預(yù)見的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，這些實(shí)施例使得能夠獲得可能的描述。