论文题目: LCoS相位空间光调制器的特性及其应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 戴海涛
导师: 徐克璹
关键词: 相位空间光调制器,液晶,参数空间,可变焦菲涅尔透镜,分形波带片,缺项
文献来源: 复旦大学
发表年度: 2005
论文摘要: 空间光调制器是近代光信息处理系统中关键的器件，它可以用作物函数的输入，也可以作为空间滤波器件而存在。特别是相位型的空间光调制器件由于它的高的光能利用率和高的衍射效率而广泛的用在光电混合信息处理系统中．随着液晶技术的发展，液晶器件被广泛的用作电寻址的空间光调制器件，普通的TFT器件具有开口率小(光能利用低)，分辨率低等缺点，LCoS器件则是一种新型的液晶器件，它克服了一般TFT器件的缺点，因而具有更为广泛的应用前景。 本文首先从液晶的基础物理知识出发，根据液晶到连续体弹性形变理论得到了在外加电场作用下液晶的指向矢的分布，利用不同的理论阐述了光波在液晶中的传输特性，简单介绍了液晶相位调制的原理。 首先建立了LCoS器件的理论模型，并采用参数空间的方法通过改变液晶的扭曲角度和偏振片的起偏角度选择和优化了LCoS器件用作相位调制的合适的工作模式，找到了两种比较合适的作为相位调制的工作模式----(0°，0°)和(0°，52°)配置。同时利用扩展琼斯矩阵，详细地研究了这两种工作模式的相位调制特性。理论研究表明在这两种工作模式下，工作在(0°，52°)模式下的LCoS器件是可以作为纯相位的调制器件来使用的，同时采用合适的偏振配置(0°，52°)的器件还具备强度调制特性。因此(0°，52°)模式具有复合调制的特性。实验室基于工作在(0°，52°)配置下的LCoS器件制做了实体的相位调制器件，我们还设计了基于干涉的相位测量系统，实际测量了LCoS器件的相位调制特性和伴随着相位调制的反射率变化的情况。实验表明工作在(0°，52°)模式下的LCoS器件可以用作纯相位的空间光调制器，入射光的波长为532nm时，它的动态相位变化范围可以达到1.9π，伴随着不超过5％的反射率变化。 同时为了验证(0°，0°)模式的特性，实验室中还制作了6个像素的平行排列(0°，0°)模式液晶器件(被动寻址)，通过调节补偿器的方法测量了它的相位特性，由于采用了高折射率的被动寻址液晶材料，同样对于532nm的入射光它的相位调节范围可以达到甚至超过4π，而反射率的变化则不超过10％。实验也表明如果在(0°，52°)模式的器件中采用高双折射率的助动寻址液晶材料或者采用更短波长的入射光必然能够达到2π以上的相位调制量。 然后利用已经制作的LCoS相位空间光调制器，实现了可编程的变焦菲涅尔透镜，通过实验研究了变焦菲涅尔透镜的聚焦特性，发现LCoS器件的表面弯曲会导致聚焦焦点的弥散并设计了校正的方案。 分形波带片是最近才提出的一种新型的光学器件，有关分形波带片的研究才刚刚开始，使用已有的LCoS相位空间光调制器，实现了可变缺项的分行波带片的制作，并详细地研究了n=4情况下的可变分形波带片的聚焦特性。理论上推导n=4情况下的分形波带片的轴上光强分布公式，实验结果和理论的预测很好的吻合。实验还发现，聚焦的焦斑半径会随着焦距的长度而增大，而聚焦深度则随着分形波带片的阶次的升高而减小，同时还对比了分形波带片和常规波带片的焦距调节方式和精度，理论研究表明分形波带片的调节焦距的方式具有更高的调节精度。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
§1.1 空间光调制器
§1.2 液晶空间光调制器
§1.2.1 液晶的研究历史及其作为空间光调制器的研究
§1.2.2 液晶空间光调制器强度调制和相位调制的原理概述
§1.3 液晶显示器件作为相位空间光调制器的研究工作介绍
§1.4 LCoS器件的结构及其与TFT器件的对比
§1.5 本文立题的意义及本文内容的要点
§1.5.1 本文立题的意义
§1.5.2 本文内容的要点及创新点
第二章 液晶的连续体弹性形变理论及光波在液晶中的传输
§2.1 液晶连续体模型及理论
§2.1.1 液晶的简单介绍
§2.1.2 液晶的弹性形变和自由能密度
§2.1.3 电场对液晶的作用
§2.2.4 液晶分子的定向简介
§2.2 液晶器件中的光波传输
§2.2.1 液晶的分层介质模型
§2.2.2 琼斯矩阵方法
§2.2.3 扩展琼斯矩阵方法
§2.2.4 光波在液晶中的传播的4×4矩阵方法
§2.3 本章总结
第三章 LCoS相位空间光调制器的模式优化及其相位特性测量
§3.1 LCoS器件的理论模型
§3.2 参数空间方法
§3.3 纯相位工作模式的进一步研究
§3.3.1 利用液晶连续体弹性理论和扩展琼斯矩阵方法对两种工作模式的研究
§3.4 (0°,0°)和(0°,52°)工作模式的液晶器件的相位调制特性测量
§3.5 本章总结
第四章 LCoS相位空间光调制器的应用
§4.1 LCoS相位空间光调制器用作可变焦的程控相位型菲涅尔波带片
§4.1.1 菲涅尔波带片的概述
§4.1.2 菲涅尔波带片的简单介绍
§4.1.3 利用LCoS相位空间光调制器实现可变焦的菲涅尔波带片
§4.1.4 总结
§4.2 LCoS相位空间光调制器用于分形波带片的制作和焦点特性研究
§4.2.1 分形概念的简单介绍
§4.2.2 分形波带片及可变缺项的分形波带片
§4.2.3 可变缺项分形波带片的衍射
§4.2.4 可变缺项的分形波带片焦点特性的实验研究
§4.2.5 分形波带片和常规波带片的聚焦特性的简单比较
§4.3 本章总结
第五章 内容总结和展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文和成果
发布时间: 2007-06-28
参考文献
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