相位型液晶空间光调制器的研究

论文摘要

液晶空间光调制器是光信息处理中的重要元件,利用它的振幅和位相调制特性可以实现多种光学变换和信息处理。而用一个纯相位液晶空间光调制器则可以进行全息图像的重建,还可以进行光学位相的共轭和数字光学计算等等。本文正是基于纯相位液晶空间光调制器广泛的应用前景,从以下几个方面进行了研究:本文首先对液晶的发展以及前人对液晶空间光调制器所做的研究进行了简要介绍,然后分析了电寻址空间光调制器的调制原理,着重讨论了琼斯矩阵理论,从理论上分析液晶实现纯相位空间光调制器的可行性。确定所选用的液晶屏,根据液晶屏的驱动结构和电光调制特性,在前人基础上改进驱动电路、调整寄存器设置、添加视频处理模块,将加载在液晶分子两侧的电压限定在能实现纯相位调制的区域,同时修改电源结构、缩小线路板尺寸以及通过单片机与串口通信控制系统的调节,使得液晶空间光调制器信号处理稳定、方便使用。在液晶空间光调制器系统设计完成后,对其进行了相位调制特性和强度调制特性的测量。首先分别介绍了测量相位和强度所用的光路图及测量原理,并介绍了所采集干涉图的处理方法。然后在测试过程中,根据光路情况,调节偏振片取向,测得了不同偏振片配置情况下的相位和强度调制情况,最终获得了纯相位调制状态,即最大相位调制量接近2π,而强度几乎不发生变化的状态。并将其与实验室原有空间光调制器在调制性能方面进行了比较,验证了其性能的优越性。最后,应用液晶纯相位空间光调制器制作了位相光栅,实验分析了垂直光栅和水平光栅的衍射情形,证明了液晶纯相位空间光调制器作为衍射光学元件的潜在应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 液晶空间光调制器的发展
• 1.3 液晶空间光调制器的现状及问题
• 1.4 本文研究的目的和主要工作
• 2 液晶位相调制研究的基本理论
• 2.1 液晶及液晶的电光特性
• 2.1.1 液晶的物质状态和类别
• 2.1.2 液晶的电光效应
• 2.2 电寻址液晶空间光调制器的结构和调制原理
• 2.2.1 扭曲向列液晶盒
• 2.2.2 TFT-SLM的结构和调制原理
• 2.2.3 TFT-LCSLM的主要性能指标
• 2.2.4 基于Jones矩阵的调制理论
• 2.3 本章小结
• 3 液晶空间光调制器驱动电路的设计
• 3.1 液晶屏显示模块介绍
• 3.2 驱动电路的设计
• 3.2.1 电路系统的总体构成
• 3.2.2 模拟视频信号处理
• 3.2.3 数字同步信号处理
• 3.2.4 串口通信及单片机控制
• 3.3 寄存器设置及软件设计
• 3.4 电路板制作注意问题
• 3.5 本章小结
• 4 液晶空间光调制器光调制特性实验分析
• 4.1 相位调制特性测量
• 4.1.1 相位测量基本光路及测量原理
• 4.1.2 基于傅里叶变换的干涉条纹处理
• 4.1.3 最大相位调制量的测量分析
• 4.2 强度调制特性测量
• 4.3 纯相位调制特性分析
• 4.4 调制性能的比较
• 4.5 本章小结
• 5 纯相位液晶空间光调制器作为位相光栅的应用
• 5.1 位相光栅的制作原理
• 5.2 对位相光栅的实验验证
• 5.2.1 实验光路图
• 5.2.2 位相光栅为垂直方向
• 5.2.3 位相光栅为水平方向
• 5.3 衍射光斑位置的测量与计算
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 驱动电路板原理图
• 附录B 驱动电路板实物图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢