Abstract

In this Letter we disclose a method to fabricate a liquid crystal (LC) Fresnel zone lens (FZL) with higher efficiency. The LCFZL, based on alternate twisted nematic (TN) and planar aligned (PA) regions, has been prepared by means of a two-step photo-alignment process. The FZL profile for both optical regimes, i.e., in TN and PA alignment domains, generates the same focal length (f). Thus, the proposed LCFZL manifests double light intensity at the focal point and therefore offers double the efficiency of existing FZLs. Moreover, because of lower driving voltage and fast response, these elements could find application in many modern devices.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. G. Lu, X. F. Sun, Y. Song, and H. P. D. Shieh, J. Disp. Technol. 7, 215 (2011).
    [CrossRef]
  2. C. Dorrer, S. K. H. Wei, P. Leung, M. Vargas, K. Wegman, J. Boulé, Z. Zhao, K. L. Marshall, and S. H. Chen, Opt. Lett. 36, 4035 (2011).
    [CrossRef]
  3. X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
    [CrossRef]
  4. S. J. Hwang, T. A. Chen, K. R. Lin, and S. C. Jeng, Appl. Phys. B 107, 151 (2012).
    [CrossRef]
  5. S. C. Jeng, S. J. Hwang, J. S. Horng, and K. R. Lin, Opt. Express 18, 26325 (2010).
    [CrossRef]
  6. M. S. Millán, E. Pérez-Cabré, and J. Otón, J. Phys. Condens. Matter 139, 012016 (2008).
    [CrossRef]
  7. C. R. Lee, K. C. Lo, and T. S. Mo, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 4144 (2007).
    [CrossRef]
  8. Y. M. Lou, Q. K. Liu, H. Wang, Y. C. Shi, and S. L. He, Appl. Opt. 49, 4995 (2010).
    [CrossRef]
  9. H. Jashnsaz, N. H. Nataj, E. Mohajerani, and A. Khabbazi, Appl. Opt. 50, 4295 (2011).
    [CrossRef]
  10. H. Ren, Y. H. Fan, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 83, 1515 (2003).
    [CrossRef]
  11. Y. H. Fan, H. Ren, and S. T. Wu, Opt. Express 11, 3080 (2003).
    [CrossRef]
  12. H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
    [CrossRef]
  13. Y. H. Fan, H. Ren, and S. T. Wu, Opt. Express 13, 4141 (2005).
    [CrossRef]
  14. L. C. Lin, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. Fuh, Opt. Express 15, 2900 (2007).
    [CrossRef]
  15. L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).
  16. K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, and A. Y. G. Fuh, Opt. Express 15, 14078 (2007).
    [CrossRef]
  17. Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
    [CrossRef]
  18. V. Chigrinov, V. Kozenkov, and H. S. Kwok, Photoalignment of Liquid Crystalline Materials: Physics and Applications. (Wiley, 2008).
  19. L. Vicari, Optical Applications of Liquid Crystals. (IOP Publishing, 2003).
  20. A. S. Marathay and J. F. McCalmont, J. Opt. Soc. Am. A 21, 510 (2004).
    [CrossRef]
  21. K. C. Lo, J. D. Wang, and C. R. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).
    [CrossRef]
  22. F. Fan, A. K. Srivastava, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 100, 111105 (2012).
    [CrossRef]
  23. J. T. Sun and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 561, 1 (2012).
    [CrossRef]

2012 (4)

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

S. J. Hwang, T. A. Chen, K. R. Lin, and S. C. Jeng, Appl. Phys. B 107, 151 (2012).
[CrossRef]

F. Fan, A. K. Srivastava, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 100, 111105 (2012).
[CrossRef]

J. T. Sun and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 561, 1 (2012).
[CrossRef]

2011 (3)

2010 (3)

2009 (1)

H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
[CrossRef]

2008 (2)

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

M. S. Millán, E. Pérez-Cabré, and J. Otón, J. Phys. Condens. Matter 139, 012016 (2008).
[CrossRef]

2007 (4)

C. R. Lee, K. C. Lo, and T. S. Mo, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 4144 (2007).
[CrossRef]

K. C. Lo, J. D. Wang, and C. R. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).
[CrossRef]

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

K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, and A. Y. G. Fuh, Opt. Express 15, 14078 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

2004 (1)

2003 (2)

Y. H. Fan, H. Ren, and S. T. Wu, Opt. Express 11, 3080 (2003).
[CrossRef]

H. Ren, Y. H. Fan, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 83, 1515 (2003).
[CrossRef]

Boulé, J.

Chen, C.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

Chen, S. H.

Chen, T. A.

S. J. Hwang, T. A. Chen, K. R. Lin, and S. C. Jeng, Appl. Phys. B 107, 151 (2012).
[CrossRef]

Cheng, K. T.

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, and A. Y. G. Fuh, Opt. Express 15, 14078 (2007).
[CrossRef]

Chigrinov, V.

V. Chigrinov, V. Kozenkov, and H. S. Kwok, Photoalignment of Liquid Crystalline Materials: Physics and Applications. (Wiley, 2008).

Chigrinov, V. G.

F. Fan, A. K. Srivastava, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 100, 111105 (2012).
[CrossRef]

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

J. T. Sun and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 561, 1 (2012).
[CrossRef]

Dorrer, C.

Fan, F.

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

F. Fan, A. K. Srivastava, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 100, 111105 (2012).
[CrossRef]

Fan, Y. H.

Fuh, A. Y.

Fuh, A. Y. G.

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, and A. Y. G. Fuh, Opt. Express 15, 14078 (2007).
[CrossRef]

Guo, L.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

He, S. L.

Horng, J. S.

Hwang, S. J.

S. J. Hwang, T. A. Chen, K. R. Lin, and S. C. Jeng, Appl. Phys. B 107, 151 (2012).
[CrossRef]

S. C. Jeng, S. J. Hwang, J. S. Horng, and K. R. Lin, Opt. Express 18, 26325 (2010).
[CrossRef]

Jashnsaz, H.

Jau, H. C.

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

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

Jeng, S. C.

S. J. Hwang, T. A. Chen, K. R. Lin, and S. C. Jeng, Appl. Phys. B 107, 151 (2012).
[CrossRef]

S. C. Jeng, S. J. Hwang, J. S. Horng, and K. R. Lin, Opt. Express 18, 26325 (2010).
[CrossRef]

Khabbazi, A.

Kozenkov, V.

V. Chigrinov, V. Kozenkov, and H. S. Kwok, Photoalignment of Liquid Crystalline Materials: Physics and Applications. (Wiley, 2008).

Kwok, H. S.

F. Fan, A. K. Srivastava, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 100, 111105 (2012).
[CrossRef]

V. Chigrinov, V. Kozenkov, and H. S. Kwok, Photoalignment of Liquid Crystalline Materials: Physics and Applications. (Wiley, 2008).

Lee, C. R.

K. C. Lo, J. D. Wang, and C. R. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).
[CrossRef]

C. R. Lee, K. C. Lo, and T. S. Mo, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 4144 (2007).
[CrossRef]

Leung, P.

Li, A. W.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

Li, Y.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

Lin, K. R.

S. J. Hwang, T. A. Chen, K. R. Lin, and S. C. Jeng, Appl. Phys. B 107, 151 (2012).
[CrossRef]

S. C. Jeng, S. J. Hwang, J. S. Horng, and K. R. Lin, Opt. Express 18, 26325 (2010).
[CrossRef]

Lin, L. C.

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

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

Lin, T. H.

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

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

Liu, C. K.

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, and A. Y. G. Fuh, Opt. Express 15, 14078 (2007).
[CrossRef]

Liu, Q. K.

Lo, K. C.

K. C. Lo, J. D. Wang, and C. R. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).
[CrossRef]

C. R. Lee, K. C. Lo, and T. S. Mo, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 4144 (2007).
[CrossRef]

Lou, Y. M.

Lu, J. G.

J. G. Lu, X. F. Sun, Y. Song, and H. P. D. Shieh, J. Disp. Technol. 7, 215 (2011).
[CrossRef]

Marathay, A. S.

Marshall, K. L.

McCalmont, J. F.

Millán, M. S.

M. S. Millán, E. Pérez-Cabré, and J. Otón, J. Phys. Condens. Matter 139, 012016 (2008).
[CrossRef]

Mo, T. S.

C. R. Lee, K. C. Lo, and T. S. Mo, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 4144 (2007).
[CrossRef]

Mohajerani, E.

H. Jashnsaz, N. H. Nataj, E. Mohajerani, and A. Khabbazi, Appl. Opt. 50, 4295 (2011).
[CrossRef]

H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
[CrossRef]

Moheghi, A.

H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
[CrossRef]

Nataj, N. H.

H. Jashnsaz, N. H. Nataj, E. Mohajerani, and A. Khabbazi, Appl. Opt. 50, 4295 (2011).
[CrossRef]

H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
[CrossRef]

Nemati, H.

H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
[CrossRef]

Niu, L. G.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

Otón, J.

M. S. Millán, E. Pérez-Cabré, and J. Otón, J. Phys. Condens. Matter 139, 012016 (2008).
[CrossRef]

Pérez-Cabré, E.

M. S. Millán, E. Pérez-Cabré, and J. Otón, J. Phys. Condens. Matter 139, 012016 (2008).
[CrossRef]

Rad, M. B.

H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
[CrossRef]

Ren, H.

Shi, Y. C.

Shieh, H. P. D.

J. G. Lu, X. F. Sun, Y. Song, and H. P. D. Shieh, J. Disp. Technol. 7, 215 (2011).
[CrossRef]

Song, Y.

J. G. Lu, X. F. Sun, Y. Song, and H. P. D. Shieh, J. Disp. Technol. 7, 215 (2011).
[CrossRef]

Srivastava, A.

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

Srivastava, A. K.

F. Fan, A. K. Srivastava, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 100, 111105 (2012).
[CrossRef]

Sun, J. T.

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

J. T. Sun and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 561, 1 (2012).
[CrossRef]

Sun, X. F.

J. G. Lu, X. F. Sun, Y. Song, and H. P. D. Shieh, J. Disp. Technol. 7, 215 (2011).
[CrossRef]

Ting, C. L.

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, and A. Y. G. Fuh, Opt. Express 15, 14078 (2007).
[CrossRef]

Vargas, M.

Vicari, L.

L. Vicari, Optical Applications of Liquid Crystals. (IOP Publishing, 2003).

Wang, H.

Wang, J. D.

K. C. Lo, J. D. Wang, and C. R. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).
[CrossRef]

Wang, L.

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

Wang, X. Q.

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

Wegman, K.

Wei, S. K. H.

Wu, S. T.

Wu, S. Z.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

Yang, H.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

Yu, Y. S.

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

Zhao, Z.

Appl. Opt. (2)

Appl. Phys. B (1)

S. J. Hwang, T. A. Chen, K. R. Lin, and S. C. Jeng, Appl. Phys. B 107, 151 (2012).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (3)

H. Ren, Y. H. Fan, and S. T. Wu, Appl. Phys. Lett. 83, 1515 (2003).
[CrossRef]

K. C. Lo, J. D. Wang, and C. R. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 181104 (2007).
[CrossRef]

F. Fan, A. K. Srivastava, V. G. Chigrinov, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 100, 111105 (2012).
[CrossRef]

Europhys. Lett. (1)

H. Nemati, E. Mohajerani, A. Moheghi, M. B. Rad, and N. H. Nataj, Europhys. Lett. 87, 64001 (2009).
[CrossRef]

J. Disp. Technol. (1)

J. G. Lu, X. F. Sun, Y. Song, and H. P. D. Shieh, J. Disp. Technol. 7, 215 (2011).
[CrossRef]

J. Opt. (1)

Y. Li, Y. S. Yu, L. Guo, S. Z. Wu, C. Chen, L. G. Niu, A. W. Li, and H. Yang, J. Opt. 12, 035203 (2010).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A (1)

J. Phys. Condens. Matter (1)

M. S. Millán, E. Pérez-Cabré, and J. Otón, J. Phys. Condens. Matter 139, 012016 (2008).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys. (1)

C. R. Lee, K. C. Lo, and T. S. Mo, Jpn. J. Appl. Phys. 46, 4144 (2007).
[CrossRef]

Mol. Cryst. Liq. Cryst. (2)

X. Q. Wang, F. Fan, J. T. Sun, L. Wang, A. Srivastava, and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 559, 228 (2012).
[CrossRef]

J. T. Sun and V. G. Chigrinov, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 561, 1 (2012).
[CrossRef]

Opt. Express (5)

Opt. Lett. (1)

Proc. SPIE (1)

L. C. Lin, K. T. Cheng, C. K. Liu, C. L. Ting, H. C. Jau, T. H. Lin, and A. Y. G. Fuh, Proc. SPIE 6911, 69110I (2008).

Other (2)

V. Chigrinov, V. Kozenkov, and H. S. Kwok, Photoalignment of Liquid Crystalline Materials: Physics and Applications. (Wiley, 2008).

L. Vicari, Optical Applications of Liquid Crystals. (IOP Publishing, 2003).

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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Configuration of the designed LCFZL. One ITO coated glass substrate has its inner surface coated with a PI layer, while the other substrate is coated with an SD1 layer. White and black regions represent the TN and PA domains, respectively.

Fig. 2.
Fig. 2.

Optical microphotograph of the designed LCFZL. (a) LCFZL (lens I) with f=3.2mm under parallel polarizers, (b) the enlarged image of the lens I shown in (a), and (c) LCFZL (lens II) with f=50mm under crossed polarizers.

Fig. 3.
Fig. 3.

Diffraction pattern for the designed LCFZL. (a) Diffractive state of lens I, (b) diffractive state of lens II, (c) dark or nondiffractive state of lens I at the electric field of 10 V, (d) the light intensity profile for lens I, and (e) the light intensity profile for lens II.

Equations (1)

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

D1=02A1Eout|oddei2π(A/2A1)dA2A1+02A1Eout|evenei2π(A/2A1)dA2A1=E02π[2ieine2πλd2i],

Metrics