基于挠曲电效应的场致双模式液晶切换光栅

李世龙; 程昊; 任雨婷; 付钰伟; 郝微; 赵鑫颖; 邢红玉; 叶文江

doi:10.3724/CJLCD.2026-0141

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基于挠曲电效应的场致双模式液晶切换光栅

器件物理及器件制备 | 更新时间：2026-10-16

- 基于挠曲电效应的场致双模式液晶切换光栅
- Field-induced dual-mode switchable liquid crystal grating based on flexoelectric effect
- 液晶与显示 2026年41卷第9期页码：1232-1238
- 作者机构：
  
  河北工业大学理学院，天津 300401
- 作者简介：
  
  李世龙，男，硕士研究生，2024年于河北科技大学理工学院获得学士学位，主要从事液晶物理及液晶器件物理方面的研究。E-mail：1258393697@qq.com
  叶文江，男，博士，教授，2011年于河北工业大学获得博士学位，主要从事液晶物理及液晶器件物理方面的研究。E-mail：wenjiang_ye@hebut.edu.cn
- 基金信息：
  
  河北省自然基金(A2023202014)
- DOI：10.3724/CJLCD.2026-0141
  中图分类号： O753.2;O436
- CSTR：32172.14.CJLCD.2026-0141
- 收稿：2026-07-27，
  
  修回：2026-08-21，
  
  纸质出版：2026-09-05
- 稿件说明：
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李世龙, 程昊, 任雨婷, 等. 基于挠曲电效应的场致双模式液晶切换光栅[J]. 液晶与显示, 2026,41(9):1232-1238.

LI Shilong, CHENG Hao, REN Yuting, et al. Field-induced dual-mode switchable liquid crystal grating based on flexoelectric effect[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(9): 1232-1238.
李世龙, 程昊, 任雨婷, 等. 基于挠曲电效应的场致双模式液晶切换光栅[J]. 液晶与显示, 2026,41(9):1232-1238. DOI： 10.3724/CJLCD.2026-0141. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0141.

LI Shilong, CHENG Hao, REN Yuting, et al. Field-induced dual-mode switchable liquid crystal grating based on flexoelectric effect[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(9): 1232-1238. DOI： 10.3724/CJLCD.2026-0141. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0141.

摘要

传统液晶切换光栅普遍存在偏振敏感、光栅周期难以连续电控调谐、响应迟缓等问题。为解决上述问题，本文采用一种宽温域（0~65 °C）挠曲电液晶混合体系，结合图案化光取向工艺制备了一种可连续调谐光栅周期、衍射角和衍射效率的双模式液晶切换光栅，该光栅包含两种尺寸差异显著的周期性结构，能够在不同距离处分别产生两种截然不同的衍射信号。零电压下呈现基于光取向图案的小衍射角横向一维衍射；施加电压超过14 V后，基于挠曲电效应的大衍射角十字条纹形衍射被激发；14~26 V电压范围内，光栅周期6.65~1.87 µm连续可调，全量程周期调谐耗时约100 s，相较于传统的光响应胆甾相液晶光栅调控速度提升近12倍。同时，器件偏振依赖性弱，可同步实现光栅周期、衍射角和衍射效率的连续电控调节。该光栅制备工艺简便，无需复杂图案电极结构，在光谱扫描、自适应光束整形、增强现实显示等动态光学场景具备广阔应用潜力，为可调谐液晶光电器件的设计提供了新的技术路径。

Abstract

Conventional switchable liquid crystal（LC） gratings generally suffer from polarization sensitivity， poor continuous electrical tunability of the grating period， and slow response， which cannot meet the requirements for multi-dimensional and high precision light manipulation in complex optical systems. To address these drawbacks， this work adopts a flexoelectric LC mixture with a broad operating temperature range （0~65 ℃）. Combined with patterned photoalignment， we fabricate a dual-mode switchable LC grating capable of continuous tuning of grating period， diffraction angle， and diffraction efficiency. The grating contains two periodic structures with markedly different feature sizes and can generate two distinct diffraction signals at different propagation distances. At zero applied voltage， transverse one-dimensional diffraction with small diffraction angles originating from the photo aligned pattern is observed. When the applied voltage exceeds 14 V， cross-stripe diffraction of large angles originating from the flexoelectric effect is activated. Within the voltage range of 14 V to 26 V， the grating period can be continuously tuned from 6.65 µm to 1.87 µm. The tuning for full range of period takes approximately 100 s， and the tuning speed is nearly 12 times higher than that of conventional light-driven cholesteric LC gratings. Meanwhile， the device exhibits weak polarization dependence and supports simultaneous continuous electrical modulation of grating period， diffraction angle， and diffraction efficiency. It features a simple fabrication procedure without elaborate patterned electrode structures. It holds promising application prospects in dynamic optical scenarios such as spectral scanning， adaptive beam shaping， and augmented reality displays， and provides a new technical route for the design of tunable LC optoelectronic devices.

关键词

Keywords

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