收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于液晶空间光调制器的矢量光场调控研究

荣振宇  
【摘要】:振幅、相位和偏振是光场的三个重要调控参量。经典的标量衍射理论主要涉及光波的振幅和相位参量,而不考虑偏振态的影响。近年来随着研究的不断深入,光场的偏振态在研究光子的本质属性及光与物质的相互作用中起到了越来越重要的作用。对光波偏振特性的研究使得设计新的具有偏振选择和调控特性的光学元件或光学系统变得越来越重要。通常,将偏振态在空间中呈非均匀分布的光场称为矢量光场。矢量光场的衍射及其与物质的相互作用的新效应拓展了其在生物光子学、超分辨率成像、数据存储、光纤通信、光学微操纵等领域的应用。正是由于矢量光场的新颖特性及其潜在的应用前景,使得对矢量光场的研究在近几年有了突飞猛进的发展。在这一研究领域,如何将一束普通的高斯光束调制为一束具有所需要的偏振态非均匀分布的矢量光场是一项基础研究工作。本论文针对矢量光场的生成及其调控进行了理论分析和实验研究,主要研究内容如下: 1.综述了目前已有的矢量光场的生成方式。根据生成矢量光场的方法中是否有增益介质,分为主动式和被动式,介绍了一些典型的利用双折射晶体、Brewster光学元件、偏振选择腔镜等手段进行腔内模式选择来实现矢量光场的例子;另外,还介绍了利用Mach-Zehnder干涉仪光路、Sagnac干涉仪光路、衍射分光光学元件干涉光路等基于干涉手段实现偏振调控的例子;特别是随着光电子技术的发展,在传统的干涉手段中引入可程控光学元件实现光路的动态调控,介绍了在这一研究方向的最新进展。 2.基于径向偏振矢量光场和旋向偏振矢量光场的两个正交线偏振分量及合成光场的偏振态分布的计算机模拟,逐步将所讨论的矢量光场的分布特性推广到具有偏振态空间非均匀分布以及混合偏振态形式的一般矢量光场,为实验研究如何调控矢量光场提供设计基础。 3.基于程控液晶空间光调制器在光场动态调控中的应用,系统阐述了液晶的基本理论,并以液晶的连续弹性体理论为基础分析了液晶分子指向矢的模拟计算方法。根据论文后续工作的需要,以编号ZLI-4792的液晶材料及差分迭代算法为基础,通过计算机模拟研究了液晶池参数、迭代参数等对液晶指向矢空间分布计算的影响,确定了最佳液晶模拟计算参数。 4.基于液晶的琼斯矩阵理论,对液晶池在关态和开态下的琼斯矩阵进行了数值计算,并以此为基础定量地验证了液晶的“波导效应”。重点以液晶在开态下的琼斯矩阵元与驱动电压的关系为基础,详细分析了液晶的调制特性,说明其显示灰度与驱动电压的关系,并模拟了其对入射线偏振光的振幅、相位及偏振态的调制作用,分析了液晶光学系统在商用配置模式、纯振幅调制配置模式和纯相位配置模式下的振幅、相位调制曲线,利用理论计算模型为设计实验提供必要的参数。 5.以实现矢量光场调控为目的,开展了优化液晶空间光调制器调制特性的分析研究。理论分析表明,采用单个液晶空间光调制器难以直接实现对两个正交偏振分量的振幅、相位和偏振态同时调制。提出了基于Mach-Zehnder干涉仪光路的双通道正交偏振分量调制模式,通过模拟计算确定适于液晶光学系统输出两个正交偏振分量的系统配置条件;为了改进Mach-Zehnder干涉仪光路的缺陷,进一步提出了双级联液晶空间光调制器的设计思路,并通过计算模拟确定了适用于在级联系统中实现双通道正交偏振分量调制的液晶光学系统的配置条件,为实验工作的开展奠定了理论基础。 6.根据理论分析结果,实验建立了基于双级联液晶空间光调制器的矢量光场调控实验系统。利用琼斯矩阵理论分析了双级联液晶空间光调制器的调制特性及双通道计算全息图的设计原理;分析结果表明该系统能够对输出矢量光场的两个正交偏振分量的振幅和相位进行双通道的、独立的控制。基于该实验系统和专门设计的双通道偏振选择计算全息图,不仅实验生成了各种典型的矢量光场,成功实现了具有“无衍射特性”的矢量Bessel光束和同时具有偏振涡旋和相位涡旋的矢量光学涡旋等新型矢量光场。 此外,利用该实验系统还能实现偏振奇点与相位奇点在空间中的二维调控,为进一步研究光子的自旋角动量与轨道角动量的转化提供了很好的实验条件。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前12条
1 崔宏青;宋玉龙;刘绍锦;张俊瑞;冯亚云;凌志华;;多维液晶指向矢的数值模拟计算[J];液晶与显示;2006年02期
2 关荣华;;表面弹性能K_(24)项对液晶盒指向矢分布的影响[J];液晶与显示;2008年05期
3 赵祥杰;骆永全;罗飞;张大勇;;强激光诱导向列相液晶指向矢转动的数值研究[J];液晶与显示;2010年03期
4 张志东,邵喜斌,梁兆颜,黄锡珉;电控双折射盒中指向矢分布的计算[J];液晶与显示;1997年02期
5 王谦,何赛灵;液晶指向矢分布的模拟和比较研究[J];物理学报;2001年05期
6 刘红;扭曲相液晶由外场引起的形变[J];液晶与显示;2001年04期
7 李伯符;液晶物理[J];液晶与显示;2000年02期
8 凌志华,蒋敏,黄锡珉,王宗凯,张新夷;向列相液晶盒中液晶指向矢的分布及其显示特性的计算机模拟[J];液晶通讯;1993年01期
9 孙玉宝,范志新,张志东;OCB液晶显示的动力学计算[J];液晶与显示;2001年01期
10 孙宗利;张志东;魏怀鹏;;N-E模型描写的弱锚定边界条件下的Freedericksz转变[J];液晶与显示;2005年06期
11 郑桂丽;姜丽;张志东;;HAN-IPS液晶盒的引流效应[J];液晶与显示;2010年06期
12 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 吴振;仲政;;向列相液晶弹性体的指向矢偏转与其塑性行为的研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 荣振宇;基于液晶空间光调制器的矢量光场调控研究[D];山东师范大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 寇志起;用有限元方法计算向列相液晶盒中的指向矢分布[D];河北工业大学;2002年
2 刘敬志;液晶指向矢三维计算软件的解剖与物理应用[D];河北工业大学;2007年
3 程欣;液晶空间光调制器的相干光学特性及其在数字衍射光学中的应用[D];山东师范大学;2006年
4 马红梅;超扭曲向列相液晶显示中指向矢分布和膜补偿光学性质的研究[D];河北工业大学;2003年
5 段文杰;非均匀电场下含梯度挠曲电效应后三维液晶指向矢分布计算[D];河北工业大学;2012年
6 曾志;热—力—序耦合对液晶高弹体几种典型力学行为影响的建模与分析[D];复旦大学;2010年
7 宋静静;液晶锚泊侧链脂链一维周期模型的研究[D];河北工业大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978