c为本发明实施例一提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图；
[0041]图5为涡旋光衍射效率随入射光的偏振状态的变化曲线图；
[0042]图6为涡旋光衍射效率随所述第一基板的第一电极和第二基板的第二电极上施加的电压差的变化曲线图；
[0043]图7为本发明实施例二提供的液晶叉形偏振光栅中的液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的模拟示意图；
[0044]图8a_图Sc为本发明实施例二提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图；
[0045]图9为本发明实施例二提供的又一种液晶叉形偏振光栅中的液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的模拟示意图；
[0046]图1Oa-图1Oc为控制图形具有2个90°液晶取向位错环时，液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图；
[0047]图11为本发明实施例三提供的液晶叉形偏振光栅中的液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的模拟示意图；
[0048]图12a-图12c为本发明实施例三提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图；
[0049]图13为本发明实施例四提供的液晶叉形偏振光栅的液晶指向矢周期性渐变排布示意图；
[0050]图14a-图14c为本发明实施例四提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图；
[0051]图15为本发明实施例五提供的一种液晶叉形偏振光栅的制备方法的流程图；
[0052]图16为本发明实施例六提供的一种对光控取向膜进行多步重叠曝光的方法示意图；
[0053]图17为本发明实施例七提供一种液晶叉形偏振光栅的实时重构方法的流程图；
[0054]图18为产生拓扑荷数为2的液晶叉形偏振光栅重构为拓扑荷数为10的液晶叉形偏振光栅的显微图。
【具体实施方式】
[0055]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0056]实施例一
[0057]本发明实施例提供一种液晶叉形偏振光栅，图1为本发明实施例一提供的一种液晶叉形偏振光栅的剖面结构示意图，如图1所示，所述液晶叉形偏振光栅包括:相对设置的第一基板11和第二基板12，以及位于所述第一基板11和第二基板12的液晶层13 ;其中，所述第一基板11上设置有间隔粒子14，以支撑所述液晶层13 ;所述第一基板11和第二基板12近邻所述液晶层13的一侧分别设置有第一电极111和第二电极121 ;所述第一电极111和第二电极121近邻所述液晶层13的一侧设置有光控取向膜15，所述光控取向膜15具有中心区域呈叉形且分子指向矢方向呈周期性渐变分布的控制图形，所述控制图形控制所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性渐变分布，以使照射在所述液晶叉形偏振光栅的入射光转换为涡旋光。图2为液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的模拟示意图，如图2所示，示例性的设置周期为L，每个周期内的液晶指向矢方向呈渐变分布，图中由暗到亮表示液晶指向矢方向从0°渐变为180°。例如在一个周期L内，控制图形使光控取向膜的分子指向矢方向从O°渐变为180°。图3为液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的俯视示意图，如图3所示，在光控取向膜的锚定作用下，由于控制图形使光控取向膜的分子指向矢方向从0°渐变为180°，因此光控取向膜15使液晶层13中的液晶分子的指向矢呈周期性渐变分布(图1和图3仅示例出一个周期内的液晶分子的指向矢排布情况)。
[0058]本发明实施例通过在所述第一基板和第二基板上设置光控取向膜，且所述光控取向膜上设置有中心区域呈叉形且分子指向矢方向呈周期性渐变分布的控制图形，在所述控制图形的控制下，所述液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性渐变分布，以使照射在所述液晶叉形偏振光栅的入射光转换为涡旋光。由于液晶层中的液晶分子指向矢呈周期性渐变分布，相当于一个偏振光栅，因此入射光经过所述液晶叉形偏振光栅后，只存在三个衍射级次，分别对应零级高斯光束，和正负一级涡旋光束，抑制了高级次的涡旋光的产生，因此衍射效率大大提高。
[0059]在上述实施例的基础上，可选的，所述叉形具有至少一个分支，叉形分支数量与所述涡旋光的拓扑荷数相同。图2示例性的展示所述叉形具有2个分支，通过该液晶叉形偏振光栅的入射光转换的涡旋光束的拓扑荷数为2，图2中的叉形分支数量并非对本发明实施例的限定，在其他实施方式中，所述叉形还可以具有多个分支或者只有一个分支，以获得拓扑荷数大于2或者为I的涡旋光模式。
[0060]进一步的，在上述实施例基础上，优选的，可以控制间隔粒子的尺寸调整第一基板和第二基板之间的距离，以实现入射光在所述液晶叉形偏振光栅中的寻常光和非寻常光的相位差大于或者等于η ;这样设置的好处是，当入射光在所述液晶叉形偏振光栅中的寻常光和非寻常光的相位差等于π时，入射光照射到所述液晶叉形偏振光栅后出射的光束只有涡旋光，零级高斯光束被抑制，因此涡旋光的衍射效率和为100%。当入射光在所述液晶叉形偏振光栅中的寻常光和非寻常光的相位差大于π时，可以通过控制施加在所述液晶叉形偏振光栅第一基板和第二基板上的电压差，使零级高斯光束消失，实现涡旋光的衍射效率之和为100%。
[0061]图4a-图4c为本发明实施例一提供的液晶叉形偏振光栅产生的涡旋光衍射示意图。本发明实施例提供的液晶叉形偏振光栅对入射光的波长没有限制，可实现任意波长入射光的涡旋光的转换。并且对于入射光的不同偏振状态，可以产生不同偏振模式的涡旋光。如图4a所示，当入射光为线偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光具有两个衍射光斑，分别为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)和负一级衍射光斑(左旋圆偏振)；当入射光为圆偏振时，经所述液晶叉形偏振光栅转换的祸旋光只有一个衍射光斑，为正一级或负一级衍射光斑。如图4b所示，入射光为左旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)，如图4c所示，入射光为右旋圆偏振，经所述液晶叉形偏振光栅转换的祸旋光为负一级衍射光斑(左旋圆偏振)。图5为祸旋光衍射效率随入射光的偏振状态的变化曲线图，如图5所示，入射光为线偏振时(偏振片与四分之一波片光轴的夹角角度为0°和90° )，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光具有两个衍射光斑，分别为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)和负一级衍射光斑(左旋圆偏振)，正一级和负一级的衍射效率均为50%。当入射光为左旋圆偏振(偏振片与四分之一波片光轴的夹角角度为45° )，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为正一级衍射光斑(右旋圆偏振)，正一级衍射效率为100%。入射光为右旋圆偏振(偏振片与四分之一波片光轴的夹角角度为135° )，经所述液晶叉形偏振光栅转换的涡旋光为负一级衍射光斑(左旋圆偏振)，负一级衍射效率为100%。本发明实施例提供的液晶叉形偏振光栅具有偏振选择性，通过选择不同的入射光偏振性，可以获得不同偏振状态的涡旋光，以满足不同模式涡旋光生成器的需要，可满足其在量子通讯、量子计算、微粒操控等领域的应用需求。
[0062]进一步的，通过在所述第一基板的第一电极和第二基板的第二电极上形成电压差，调节控制施加在所述液晶叉形偏振光栅第一基板和第二基板上的电压差，可以产生不同衍射强度的涡旋光。图6为涡旋光衍射效率随所述第一基板的第一电极和第二基板的第二电极上施加的电压差的变化曲线图。如图6所示，经过所述液晶叉形偏振光栅的高斯光和涡旋光的衍射效率之和为100%，通过调节所述第一基板的第一电极和第二基板的第二电极上间的电压差的数值，可以使所述O级高斯光消失，从而使入射光完全转换为涡旋光，此时涡旋光的衍射效率和为100%。
[0063]实施例二
[0064]本发明实施例提供了又一种液晶叉形偏振光栅，与上述实施例一不同的是，所述控制图形的中心区域还包括至少一个90°液晶取向位错环。图7为本发明实施例二提供的液晶叉形偏振光栅中的液晶指向矢方向呈周期性渐变分布的模拟示意图，如图7所示，示例性