2007年、BNS社は、非機械的広角ビームステアリング用の液晶偏光グレーティング(LCPG)スイッチをノースカロライナ州立大学と共同開発するためのコラボレーションを成功裏に開始しました。BNS社は、現在、ビームステアリング分野におけるこれらのグレイティングの使用において、特許出願中であり、かつ独占権を持っています。受動LCPGは、永久的に、かつ連続的に変化する周期偏光パターンを持つように、表面アライメントでUV硬化のネマチック液晶(LC)フィルムでできています。その構造は、位置に応じて変化する面内一軸複屈折です(すなわち、n(x) = [sin(x/), cos(x/), 0]、ここでLはグレーティングの周期です)。これらの透過グレーティングは、効率的(> 99.8%)に、入射光の回転方向に基づいて、円偏光の光を、正の1次または負の1次のいずれかに回折します。回折中に、偏光の回転方向が反転します。LCPGは50mmの開口径まで実証されており、BNS社で現在開発中の適切な製造設備を用いれば、あらに大きな開口径を達成することができます。受動LCPGデバイス上の偏光入射光の回転方向を制御するための高速電気光学半波長偏光位相板(高速E-O半波長板)を組み込むことにより、BNS社は、機械的な対応物と比較して、非常に優れたサイズ、重量および消費電力の高速切り替え可能な光学素子を作成することができます。
非機械的なビームスキャニングは、リニアLCPGとE-O半波長位相板スイッチの交互スタックを用いて達成することができます。非機械的なビームスキャナーは、従来のジンバルメカニカルスキャナーと比べて、その極端な小型さ、軽量さおよび低電力性(SWaP)という能力、ならびに、ランダムアクセスのスキャニングができる能力という点で、多くの利点あります。LCPGで非機械的なビームスキャニングを行うために、電気的に制御可能な位相差を有するネマチックまたは強誘電性の液晶変調器は、上記のように、典型的にはスイッチとして使用されます。この場合、半波長の位相差、または、ほぼゼロの位相差のいずれかを生成するために、液晶セルの位相差は電圧を印加することによって変更できます。位相差の無いセルは光の偏光に影響を与えず、半波長位相板は、このように円偏光の左右の向きを変えます。LCPGスタックを伝播する円偏光の回転方向を制御することにより、光が選択された角度にステアリングされます。

二段LCPGビームステアリングモジュール。一番上の光線では、第2のスイッチがアクティブであり、光線が正の方向にステアリングされます。一番下の光線では、第1のスイッチがアクティブであり、光線が負の方向にステアリングされます。両方のスイッチがオフになっている場合には、光線は影響を受けません。
LCPGは、偏光選択グレイティング パターンを構成することにより、光を偏向します。BNS社は、また、フレネルゾーンプレートとして知られている回折レンズパターンでリニア グレーティング パターンを置き換えることにより、偏光に敏感なレンズを開発してきました。したがって、液晶偏光ゾーンプレート(LCPZP)の動作は、それらが単に同心のグレーティングが、図2に示すように、ピッチが光軸から半径方向に変化する伝搬方向に沿って円対称なので、上記のようなLCPG構造とまったく同様に理解することができます。この半径方向の変化は、ビームにおける球面とマスターレンズに球形です。また、非球面マスターレンズまたは収差補正された光学系をシミュレートするために異なる曲率半径の複数の球面レンズに非球面項を含むことができます。
LCPGに似通って、円偏光の1つの回転方向の入射光に対しては、LCPZPが入射ビームをフォーカスしますが、LCPZPを通過する反対回りの光は拡散(発散)します。したがって、LCPZPの焦点は、入射円偏光の回転方向を変えることによって調整することができます。
このように、2つのLCPZP間に挟まれた半波長スイッチのスタックを作成することによって、切り替え可能可変焦点レンズを作成することができます。このとき、第1のレンズにより集光された光は、スイッチが「オフ」位置にあるとき、第2レンズによってデフォーカスされ、結局のところ、透過光はスタックによる影響を受けません。スイッチが「ON」のとき、円偏光の回転方向は、LCPZP素子の間で元の偏光方向に反転します。その結果、第2 のLCPZP素子は、透過光の正味のフォーカスとなって、追加のフォーカッシングとして貢献します。
ボルダーノンリニアシステムズ社は、LCPGベース光学系のリーダーとして長年の経験を持っており、連邦、軍事、産業、および教育機関のお客様にカスタムLCPGベースのシステムとコンポーネントを提供しています。詳細については、特定のアプリケーションについて研究開発部門を訪問するか、あなたのアプリケーションについて、BNS社がLCPGソリューションをどのように提供できるかを議論するために、ご連絡ください。