Abstract

A polarization-independent and high-diffraction-efficiency Fresnel lens is developed based on blue phase liquid crystals (BPLCs). The optically isotropic characteristic of BPLCs is used to produce a polarization-independent Fresnel lens. The small optical phase shift of BPLCs that is induced by the Kerr effect is sufficient for the BPLC Fresnel lens to have high theoretical and experimental diffraction efficiencies of 41% and 34%, respectively. An electrically erasable memory effect in the focusing diffraction at an electric field E>4.44V/μm is observed. The electro-optical properties of the BPLC Fresnel lens are analyzed and discussed.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. N. Kitaura, S. Ogata, and Y. Mori, Opt. Eng. 34, 584 (1995).
  2. M. Ferstl and A. M. Frisch, J. Mod. Opt. 43, 1451 (1996).
  3. T. Fujita, H. Nishihara, and J. Koyama, Opt. Lett. 6, 613 (1981).
    [PubMed]
  4. J. Jahns and S. J. Walker, Appl. Opt. 29, 931 (1990).
    [PubMed]
  5. L. C. Lin, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. Fuh, Opt. Express 15, 2900 (2007).
    [PubMed]
  6. K. C. Lo, J. D. Wang, C. R. Lee, and T. S. Mo, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).
  7. J. S. Patel and K. Rastani, Opt. Lett. 16, 532 (1991).
    [PubMed]
  8. Y. Hisakado, H. Kikichi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).
  9. S. Y. Lu and L. C. Chien, Opt. Lett. 35, 562 (2010).
    [PubMed]
  10. P. Pieranski, P. E. Cladis, T. Garel, and R. Barbet-Massin, J. Phys. (Paris) 47, 139 (1986).
  11. H. S. Kitzerow, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 202, 51 (1991).
  12. H. Stegemeyer and F. Porsch, Phys. Rev. A 30, 3369 (1984).
  13. 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).
  14. J. Yan, H. C. Cheng, S. Gauza, Y. Li, M. Jiao, L. Rao, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 96, 071105 (2010).
  15. G. Heppke, B. Jérôme, H. S. Kitzerow, and P. Pieranski, J. Phys. (Paris) 50, 2991 (1989).
  16. H. J. Cole and M. N. Pivenko, Nature 436, 997 (2005).
  17. H. Iwamochi and A. Yoshizawa, Appl. Phys. Express 1, 111801 (2008).
  18. K. M. Chen, S. Gauza, H. Xianyu, and S. T. Wu, J. Display Technol. 6, 49 (2010).

2010 (4)

S. Y. Lu and L. C. Chien, Opt. Lett. 35, 562 (2010).
[PubMed]

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).

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

K. M. Chen, S. Gauza, H. Xianyu, and S. T. Wu, J. Display Technol. 6, 49 (2010).

2008 (1)

H. Iwamochi and A. Yoshizawa, Appl. Phys. Express 1, 111801 (2008).

2007 (2)

L. C. Lin, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. Fuh, Opt. Express 15, 2900 (2007).
[PubMed]

K. C. Lo, J. D. Wang, C. R. Lee, and T. S. Mo, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).

2005 (2)

Y. Hisakado, H. Kikichi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).

H. J. Cole and M. N. Pivenko, Nature 436, 997 (2005).

1996 (1)

M. Ferstl and A. M. Frisch, J. Mod. Opt. 43, 1451 (1996).

1995 (1)

N. Kitaura, S. Ogata, and Y. Mori, Opt. Eng. 34, 584 (1995).

1991 (2)

J. S. Patel and K. Rastani, Opt. Lett. 16, 532 (1991).
[PubMed]

H. S. Kitzerow, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 202, 51 (1991).

1990 (1)

1989 (1)

G. Heppke, B. Jérôme, H. S. Kitzerow, and P. Pieranski, J. Phys. (Paris) 50, 2991 (1989).

1986 (1)

P. Pieranski, P. E. Cladis, T. Garel, and R. Barbet-Massin, J. Phys. (Paris) 47, 139 (1986).

1984 (1)

H. Stegemeyer and F. Porsch, Phys. Rev. A 30, 3369 (1984).

1981 (1)

Barbet-Massin, R.

P. Pieranski, P. E. Cladis, T. Garel, and R. Barbet-Massin, J. Phys. (Paris) 47, 139 (1986).

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).

Chen, K. M.

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).

Chien, L. C.

Cladis, P. E.

P. Pieranski, P. E. Cladis, T. Garel, and R. Barbet-Massin, J. Phys. (Paris) 47, 139 (1986).

Cole, H. J.

H. J. Cole and M. N. Pivenko, Nature 436, 997 (2005).

Ferstl, M.

M. Ferstl and A. M. Frisch, J. Mod. Opt. 43, 1451 (1996).

Frisch, A. M.

M. Ferstl and A. M. Frisch, J. Mod. Opt. 43, 1451 (1996).

Fuh, A. Y.

Fujita, T.

Garel, T.

P. Pieranski, P. E. Cladis, T. Garel, and R. Barbet-Massin, J. Phys. (Paris) 47, 139 (1986).

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).

K. M. Chen, S. Gauza, H. Xianyu, and S. T. Wu, J. Display Technol. 6, 49 (2010).

Heppke, G.

G. Heppke, B. Jérôme, H. S. Kitzerow, and P. Pieranski, J. Phys. (Paris) 50, 2991 (1989).

Hisakado, Y.

Y. Hisakado, H. Kikichi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).

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).

Iwamochi, H.

H. Iwamochi and A. Yoshizawa, Appl. Phys. Express 1, 111801 (2008).

Jahns, J.

Jau, H. C.

Jérôme, B.

G. Heppke, B. Jérôme, H. S. Kitzerow, and P. Pieranski, J. Phys. (Paris) 50, 2991 (1989).

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).

Kajiyama, T.

Y. Hisakado, H. Kikichi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).

Kikichi, H.

Y. Hisakado, H. Kikichi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).

Kitaura, N.

N. Kitaura, S. Ogata, and Y. Mori, Opt. Eng. 34, 584 (1995).

Kitzerow, H. S.

H. S. Kitzerow, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 202, 51 (1991).

G. Heppke, B. Jérôme, H. S. Kitzerow, and P. Pieranski, J. Phys. (Paris) 50, 2991 (1989).

Koyama, J.

Lee, C. R.

K. C. Lo, J. D. Wang, C. R. Lee, and T. S. Mo, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).

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).

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).

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).

Lin, L. C.

Lin, T. H.

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).

Lo, K. C.

K. C. Lo, J. D. Wang, C. R. Lee, and T. S. Mo, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).

Lu, S. Y.

Mo, T. S.

K. C. Lo, J. D. Wang, C. R. Lee, and T. S. Mo, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).

Mori, Y.

N. Kitaura, S. Ogata, and Y. Mori, Opt. Eng. 34, 584 (1995).

Nagamura, T.

Y. Hisakado, H. Kikichi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).

Nishihara, H.

Ogata, S.

N. Kitaura, S. Ogata, and Y. Mori, Opt. Eng. 34, 584 (1995).

Patel, J. S.

Pieranski, P.

G. Heppke, B. Jérôme, H. S. Kitzerow, and P. Pieranski, J. Phys. (Paris) 50, 2991 (1989).

P. Pieranski, P. E. Cladis, T. Garel, and R. Barbet-Massin, J. Phys. (Paris) 47, 139 (1986).

Pivenko, M. N.

H. J. Cole and M. N. Pivenko, Nature 436, 997 (2005).

Porsch, F.

H. Stegemeyer and F. Porsch, Phys. Rev. A 30, 3369 (1984).

Rao, L.

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

Rastani, K.

Stegemeyer, H.

H. Stegemeyer and F. Porsch, Phys. Rev. A 30, 3369 (1984).

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).

Walker, S. J.

Wang, J. D.

K. C. Lo, J. D. Wang, C. R. Lee, and T. S. Mo, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).

Wu, S. T.

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

K. M. Chen, S. Gauza, H. Xianyu, and S. T. Wu, J. Display Technol. 6, 49 (2010).

Xianyu, H.

Yan, J.

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

Yoshizawa, A.

H. Iwamochi and A. Yoshizawa, Appl. Phys. Express 1, 111801 (2008).

Adv. Mater. (1)

Y. Hisakado, H. Kikichi, T. Nagamura, and T. Kajiyama, Adv. Mater. 17, 96 (2005).

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Express (1)

H. Iwamochi and A. Yoshizawa, Appl. Phys. Express 1, 111801 (2008).

Appl. Phys. Lett. (3)

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).

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

K. C. Lo, J. D. Wang, C. R. Lee, and T. S. Mo, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).

J. Display Technol. (1)

J. Mod. Opt. (1)

M. Ferstl and A. M. Frisch, J. Mod. Opt. 43, 1451 (1996).

J. Phys. (Paris) (2)

P. Pieranski, P. E. Cladis, T. Garel, and R. Barbet-Massin, J. Phys. (Paris) 47, 139 (1986).

G. Heppke, B. Jérôme, H. S. Kitzerow, and P. Pieranski, J. Phys. (Paris) 50, 2991 (1989).

Mol. Cryst. Liq. Cryst. (1)

H. S. Kitzerow, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 202, 51 (1991).

Nature (1)

H. J. Cole and M. N. Pivenko, Nature 436, 997 (2005).

Opt. Eng. (1)

N. Kitaura, S. Ogata, and Y. Mori, Opt. Eng. 34, 584 (1995).

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. A (1)

H. Stegemeyer and F. Porsch, Phys. Rev. A 30, 3369 (1984).

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

Basic configuration and operating principles of the BPLC Fresnel lens (a) off state and (b) on state.

Fig. 2
Fig. 2

Polarizing micrographs of the BPLC Fresnel lens (a) without an applied voltage and (b) under different voltages. (c) Reflection spectrum of BPLC under different voltages.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Experimental setup for measuring the focusing properties of the BPLC Fresnel lens. (b) Measured diffraction efficiency of the BPLC Fresnel lens as a function of applied voltage for an incident light with various polarization states.

Fig. 4
Fig. 4

Polarizing micrographs and diffraction patterns of the BPLC Fresnel lens (a) at V = 140 V , (b) after relaxation of the voltage from 140 V , and (c) by application of a pulse voltage of 20 V during relaxation of voltage from 140 V . Measured response times of (d) the BPLC and PS-BPLC (inset) Fresnel lenses with the applied voltage switched between 0 and 100 V .

Equations (2)

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

Γ = 2 π λ ( n o ( E ) n iso ) d ,
η m = ( sin ( Γ 2 ) / m π 2 ) 2 .

Metrics