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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

程欣  
【摘要】:近年来随着计算机技术、高分辨数字图像传感器件(如CCD或CMOS)和高分辨数字空间光调制器件(如LCD、LCOS、DMD等)的发展,光学波前测量和变换研究领域的一个新的发展趋势是数字、实时和动态。例如,在光学波前变换方面,通过将计算机设计的计算全息图或衍射光学元件直接输出显示到计算机控制的高分辨空间光调制器上,来实时、动态地改变入射光波的波前。这方面的研究正在形成一个称为数字衍射光学的新的研究方向。本论文重点研究液晶空间光调制器(LCSLM)的相干光学特性及其在数字衍射光学应用中有关问题。主要研究内容概括如下: (1)、在归纳和分析液晶指向矢理论的基础上,基于吉布斯自由能理论建立了求解液晶指向矢分布的数学模型;并通过MATLAB编程实现了对液晶分子指向矢分布的数值求解;为进一步定量研究液晶空间光调制器的相干光学特性和衍射特性提供了条件。 (2)、基于Jones矩阵理论详细分析了TN-LCSLM在开态和关态情况下的复振幅调制特性。我们分析了在关态情况下,系统透过率的一些特殊配置情况,通过这些特殊的条件可以对TN-LCSLM系统的一些固有参数进行标定和测量。开态情况下,TN-LCSLM系统的光学特性趋于复杂,很难给出像开态情况下的解析解,只能通过数值计算的方法对系统的光学特性进行描述。基于MATLAB数值计算的指向矢分布参数,我们对开态情况下系统强度透过率进行了详细的数值计算,基于数值计算结果,我们提出一种分析TN-LCSLM系统衍射效率的可行性方法。 (3)、基于MATLAB数值计算得出液晶指向矢在不同电压下的分布参数和液晶Jones矩阵理论,分析了TN-LCSLM的复振幅透过率,利用指向矢分布参数对显示一维矩形光栅时系统的一级衍射效率进行了数值计算和分析。计算结果表明,系统的一级衍射效率,不仅和外加驱动电压有关,还与输入输出偏振器的具体配置及透光轴取向有关,并存在一个实现最大一级衍射效率的系统配置。 (4)、基于波相差理论,分析了数字全息记录和再现过程中参考光的波面畸变


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