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液晶光调制器特性应用与研究

王昕  
【摘要】: 自从液晶被发现以来,人们一直针对其特性不断地探索液晶在光学中的应用可能性进行研究。最近二十年,液晶不仅在平面显示领域,而且在光学信息处理与通讯中也因为自身的独特性质获得了长足的发展。液晶薄膜被广泛应用在,光传输,光调制,光栅和光开关等光学系统中,基于液晶薄膜的空间光调制器在对入射光的相位与振幅进行调制方面有其他类型调制器所没有的优点。液晶空间光调制器实时可控,调制区域为有源矩阵独立像素调节,可单独控制调制面的任何部分,随时可按要求改变调制模式并无需器件结构上的改动。近年来新出现的硅基板液晶器件更具有分辨率高,尺寸小,光能利用率高,调制精确等特性。我们对液晶空间光调制器的工作模式与原理进行了分析,并基于一块硅基板液晶制成了液晶空间光调制器系统。对其振幅调制模式初始工作点的选择,我们采用琼斯矩阵和参数空间方法进行优化寻找,对比了目前在显示领域常用的液晶工作模式,最后提出了适合空间调制应用的2种振幅调制工作模式并在实验中测量了其实际调制性能。对于光能效率更高,应用更广泛的相位调制模式,我们在分析与测量了调制器相位调制性能的基础上,对其在各种光学信息处理中的应用作了各种尝试。以相位空间光调制器构造的光学系统中实现光线偏转与聚焦为基础,我们建立了可调液晶透镜阵列,除了光线成像于聚焦以外,此系统在阵列的透镜数量,焦距,会聚/发散转换以及个别透镜单独调节方面具有完全的实时可控性。另外我们在光调制的基础上提出了一种新的光能量分配方法,结合现有的光调制技术实现了多对多端口光能量分配系统,能自由改变多个输入端口的光强度比例,并将调制过的光束输出到指定空间位置的多个接收端口。两者在探索液晶器件在光学系统中的应用可能方面均有自己的独创性与实用性,我们在文章中详细讨论了两系统的实现原理与实验手段,给出了测量结果并对其进行了深入分析。最后我们利用液晶薄膜对光线通过/遮断的开关性能,结合现在新颖的三维视频显示技术,开发了一套数字式三维立体视频系统,在视频的采集,编辑,保存,播放方面实现了全数字化,佩戴特殊液晶眼镜便能观看真实立体效果的电脑视频。以上工作为今后进一步研究液晶器件在光学科研,娱乐中的理论与实用化提供了一定基础。


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