Abstract

We demonstrate a tunable phase grating using a polymer-stabilized blue phase liquid crystal. Because of the electric-field-induced rectangularlike phase profile, a high diffraction efficiency of 40% is achieved. Moreover, this device shows submillisecond response time. The proposed tunable phase grating holds great potential for photonics and display applications.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. P. Resler, D. S. Hobbs, R. C. Sharp, L. J. Friedman, and T. A. Dorschner, Opt. Lett. 21, 689 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. M. Bouvier and T. Scharf, Opt. Eng. 39, 2129 (2000).
    [CrossRef]
  3. L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
    [CrossRef]
  4. R. G. Lindquist, J. H. Kulick, G. P. Nordin, J. M. Jarem, S. T. Kowel, M. Friends, and T. M. Leslie, Opt. Lett. 19, 670(1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. I. Fujied, Appl. Opt. 40, 6252 (2001).
    [CrossRef]
  6. I. Drevenšek-Olenik, M. E. Sousa, G. P. Crawford, and M. Čopič, J. Appl. Phys. 100, 033515 (2006).
    [CrossRef]
  7. H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
    [CrossRef]
  8. Y. Hisakado, H. Kikuchi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
    [CrossRef]
  9. Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
    [CrossRef]
  10. L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 231101 (2009).
    [CrossRef]
  11. Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
    [CrossRef]
  12. J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
    [CrossRef]
  13. J. Yan, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Opt. Express 18, 11450 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. J. Jin, The Finite Element Method in Electromagnetics2nd ed. (Wiley–IEEE, 2002).
  15. L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
    [CrossRef]

2011

L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
[CrossRef]

2010

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

J. Yan, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Opt. Express 18, 11450 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

2009

Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
[CrossRef]

L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 231101 (2009).
[CrossRef]

2006

I. Drevenšek-Olenik, M. E. Sousa, G. P. Crawford, and M. Čopič, J. Appl. Phys. 100, 033515 (2006).
[CrossRef]

2005

Y. Hisakado, H. Kikuchi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
[CrossRef]

L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
[CrossRef]

2002

H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
[CrossRef]

2001

2000

M. Bouvier and T. Scharf, Opt. Eng. 39, 2129 (2000).
[CrossRef]

1996

1994

Bouvier, M.

M. Bouvier and T. Scharf, Opt. Eng. 39, 2129 (2000).
[CrossRef]

Chen, H. S.

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

Chen, R. T.

L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
[CrossRef]

Chen, X.

L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
[CrossRef]

Cheng, H. C.

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

Copic, M.

I. Drevenšek-Olenik, M. E. Sousa, G. P. Crawford, and M. Čopič, J. Appl. Phys. 100, 033515 (2006).
[CrossRef]

Crawford, G. P.

I. Drevenšek-Olenik, M. E. Sousa, G. P. Crawford, and M. Čopič, J. Appl. Phys. 100, 033515 (2006).
[CrossRef]

Dorschner, T. A.

Drevenšek-Olenik, I.

I. Drevenšek-Olenik, M. E. Sousa, G. P. Crawford, and M. Čopič, J. Appl. Phys. 100, 033515 (2006).
[CrossRef]

Friedman, L. J.

Friends, M.

Fujied, I.

Gauza, S.

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
[CrossRef]

Ge, Z.

L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 231101 (2009).
[CrossRef]

Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
[CrossRef]

Gu, L.

L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
[CrossRef]

Haseba, Y.

L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
[CrossRef]

Hisakado, Y.

Y. Hisakado, H. Kikuchi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
[CrossRef]

Hiskado, Y.

H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
[CrossRef]

Hobbs, D. S.

Howley, B.

L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
[CrossRef]

Hsu, H. K.

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

Jarem, J. M.

Jiang, W.

L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
[CrossRef]

Jiao, M.

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

J. Yan, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Opt. Express 18, 11450 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
[CrossRef]

Jin, J.

J. Jin, The Finite Element Method in Electromagnetics2nd ed. (Wiley–IEEE, 2002).

Kajiyama, T.

Y. Hisakado, H. Kikuchi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
[CrossRef]

H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
[CrossRef]

Kikuchi, H.

Y. Hisakado, H. Kikuchi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
[CrossRef]

H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
[CrossRef]

Kowel, S. T.

Kulick, J. H.

Lee, S. H.

L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 231101 (2009).
[CrossRef]

Leslie, T. M.

Li, W. Y.

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

Li, Y.

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

Lin, H. C.

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

Lin, Y. H.

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

Lindquist, R. G.

Nagamura, T.

Y. Hisakado, H. Kikuchi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
[CrossRef]

Nordin, G. P.

Rao, L.

L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
[CrossRef]

J. Yan, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Opt. Express 18, 11450 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 231101 (2009).
[CrossRef]

Resler, D. P.

Scharf, T.

M. Bouvier and T. Scharf, Opt. Eng. 39, 2129 (2000).
[CrossRef]

Sharp, R. C.

Sousa, M. E.

I. Drevenšek-Olenik, M. E. Sousa, G. P. Crawford, and M. Čopič, J. Appl. Phys. 100, 033515 (2006).
[CrossRef]

Tsou, Y. S.

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

Wu, S. T.

L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
[CrossRef]

J. Yan, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Opt. Express 18, 11450 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
[CrossRef]

L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 231101 (2009).
[CrossRef]

Xianyu, H.

Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
[CrossRef]

Yamamoto, S.

L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
[CrossRef]

Yan, J.

L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
[CrossRef]

J. Yan, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Opt. Express 18, 11450 (2010).
[CrossRef] [PubMed]

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

Yang, H.

H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
[CrossRef]

Yokota, M.

H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
[CrossRef]

Adv. Mater.

Y. Hisakado, H. Kikuchi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
[CrossRef]

Appl. Opt.

Appl. Phys. Lett.

L. Rao, J. Yan, S. T. Wu, S. Yamamoto, and Y. Haseba, Appl. Phys. Lett. 98, 081109 (2011).
[CrossRef]

Z. Ge, S. Gauza, M. Jiao, H. Xianyu, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 94, 101104 (2009).
[CrossRef]

L. Rao, Z. Ge, S. T. Wu, and S. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 231101 (2009).
[CrossRef]

Y. H. Lin, H. S. Chen, H. C. Lin, Y. S. Tsou, H. K. Hsu, and W. Y. Li, Appl. Phys. Lett. 96, 113505 (2010).
[CrossRef]

J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
[CrossRef]

L. Gu, X. Chen, W. Jiang, B. Howley, and R. T. Chen, Appl. Phys. Lett. 87, 201106 (2005).
[CrossRef]

J. Appl. Phys.

I. Drevenšek-Olenik, M. E. Sousa, G. P. Crawford, and M. Čopič, J. Appl. Phys. 100, 033515 (2006).
[CrossRef]

Nat. Mater.

H. Kikuchi, M. Yokota, Y. Hiskado, H. Yang, and T. Kajiyama, Nat. Mater. 1, 64 (2002).
[CrossRef]

Opt. Eng.

M. Bouvier and T. Scharf, Opt. Eng. 39, 2129 (2000).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Other

J. Jin, The Finite Element Method in Electromagnetics2nd ed. (Wiley–IEEE, 2002).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Sketched LC director distribution and (b) corresponding phase profiles for TE (dashed curve) and TM (solid curve) polarized light under V = 160 V rms .

Fig. 2
Fig. 2

(a) Experimental setup for measuring diffraction efficiency. The iris can be relocated to select the diffraction order: P, polarizer. (b) Recorded diffraction patterns at the voltage-off state. (c) Diffraction pattern at 160 V . λ = 632.8 nm .

Fig. 3
Fig. 3

Diffraction efficiency of the zeroth, first, and second orders. Dots represent experimental data, and solid curves are the simulation results.

Fig. 4
Fig. 4

Measured response time of the zeroth (solid black curve) and first (dashed red curve) orders.

Equations (5)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Δ n ind ( E ) = Δ n sat { 1 exp [ ( E / E s ) 2 ] } ,
n o ( E ) = n i Δ n ind ( E ) / 3 ,
n e ( E ) = n i + 2 Δ n ind ( E ) / 3 .
η N ( V ) = I N ( V ) / I 0 .
φ ( x ) = 0 d n e ( x , z ) d z ,

Metrics