高精度纯相位液晶的研究

合集下载

液晶空间光调制器相位调制特性研究综述

近晶相液晶(smectic)
胆甾相液晶(cholestevic)
Page 8
三液晶的光学特性
1. 液晶各向异性的描述
平行 (//) 方向：沿分子长轴方向，指液晶分子集合体的平均长轴方向。
垂直(┴)方向：沿液晶分子集合体的平均短轴方向。
指向矢(n)方向：在向列液晶中长轴的平均方向也可以看作该液晶的指向矢方向。
Etx an bn a2 b2 a1 b1 Eix Ety cn d n c2 d 2 c1 d1 Eiy
an bn 式中， c d n n
为表示光学元件偏振特性的琼斯矩阵。
Page 14
<2>扭曲向列相液晶TN位相调制原理---伴随振幅调制
液晶的有效双折射率：
ne (θ)为液晶有效双折射率，为 θ 的函数；ne 为液晶的异常折射率，no为液晶的寻常折射率，ne 和no 均由液晶本身决定；θ是液晶分子指向矢和电场方向的夹角。对于光学正性液晶：当施加不同的电压时液晶的分子长轴和电场之间会有不同的夹角。通过液晶有效双折射率变化来改变光通过液晶时的光程，达到相位调制的目的，位相的调制量为：
x
某时刻右旋圆偏振光E 随Z的变化
任何一种偏振光，都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光来表示。
Page 5
二偏振器件的琼斯矩阵
1. 偏振光的琼斯矩阵表示法
1941年琼斯利用一个列矩阵表示电矢量的 x、y 分量
i Ex E0 x e x i y Ey E0 y e
自然光的等效一束自然光可以等效为:光振动方向相互垂直的、等振幅的、互不相干的、光强度各占一半的两束光。

液晶显示技术的研究介绍

液晶显示技术的研究介绍By：标准时间3引言如今，科技进步给我们的生活带来了很大的变化。

液晶显示设备越来越多，各种各样的液晶显示产品走进我们生活中。

从手机到电脑显示器，从掌上电脑到平板电视。

无处没有液晶显示技术的身影。

本文围绕液晶显示技术，简要地介绍了扭曲向列型（TN）、超扭曲向列型（STN）和有源矩阵型（AM）液晶显示技术的工作原理，以及液晶显示技术的发展历史和未来显示技术的发展方向。

1.液晶显示技术的工作原理在机械上具有液体的流动性，在光学上具有晶体性质的物质形态被命名为流动晶体——液晶(Liquid Crystal)。

液晶分为溶致液晶和热致液晶两大类,作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。

1.1液晶的物理特性液晶的物理特性是：当通电施加上电场时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。

让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透，从技术上说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃薄板，中间夹着一层液晶。

当光束通过这层液晶时，液晶本身会一排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。

大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。

在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。

但将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子长轴会顺着槽排列。

所以，假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。

1.2液晶显示的主要工作模式由液晶显示的四种基本原理而派生出多种工作模式，主要有：TN模式、STN模式、FLC 模和液晶-聚合物模式等。

目前，扭曲向列型液晶（TN）即将淘汰，超扭曲向列型（STN）和有源矩阵（TFT）已成熟普及。

本文就以上几种液晶显示技术进行讨论。

1.3扭曲向列型液晶显示（TN-LCD）原理TN型采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以TN型为基础来进行改良。

而且，它的运作原理也较其它技术来的简单。

图中所表示的是TN 型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。

纯相位空间光调制器进行振幅调制和相位调制

纯相位空间光调制器进行振幅调制和相位调制文章标题：深度探究纯相位空间光调制器的振幅调制和相位调制一、引言纯相位空间光调制器（SLM）是一种能够在空间领域中对光进行精确调控的装置，它可以实现光的振幅调制和相位调制。

在本文中，我们将深入探讨纯相位空间光调制器的原理和应用，重点分析其在振幅调制和相位调制方面的特点和优势。

二、纯相位空间光调制器的原理和结构纯相位空间光调制器是一种基于液晶技术的光电器件，其根本原理是通过控制液晶分子的取向来改变光的相位和幅度。

其结构包括基板和液晶层，通过施加电场来改变液晶分子的取向从而控制光的相位和幅度。

三、纯相位空间光调制器的振幅调制特点及应用1. 振幅调制原理纯相位空间光调制器实现振幅调制的原理是通过调制输入的光强，具体来说就是通过控制光的衍射量来改变光的振幅。

这种振幅调制的特点是精细度高、速度快、实时性强。

2. 振幅调制应用在激光传输、光学成像、数字全息成像等领域，振幅调制技术都有着广泛的应用。

而纯相位空间光调制器作为一种理想的振幅调制装置，其在这些领域的应用也日益广泛。

四、纯相位空间光调制器的相位调制特点及应用1. 相位调制原理纯相位空间光调制器实现相位调制的原理是通过改变光的波前形状来实现相位的调制。

通过在空间上精确地调制光的相位，可以实现光的相位调制。

2. 相位调制应用相位调制在干涉成像、数字全息成像、光学通信等领域都有着重要的应用。

纯相位空间光调制器作为一种理想的相位调制装置，其在这些领域的应用也逐渐受到重视。

五、纯相位空间光调制器的综合应用通过对振幅调制和相位调制两种调制方式的深入理解，我们可以更好地实现纯相位空间光调制器在实际应用中的综合调控。

在光学成像领域，可以通过综合应用振幅调制和相位调制来实现更加精细的成像效果，提高成像的分辨率和清晰度。

六、个人观点和总结从以上的分析可以看出，纯相位空间光调制器具备着在振幅调制和相位调制方面的独特优势，并在光学成像、数字全息成像、光通信等领域有着广泛的应用前景。

液晶的研究

液晶的研究马晓硕 051002222摘要：研究了一维液晶光子晶体在光滤波器、低阈值激光器和光开关等领域的应用，研究了用向列栩液晶材料的电控双折射效应，液晶光谱成像，高精度纯相位液晶空间光调制器，研究了液晶掩膜的纳秒脉冲激光加工性能，研究了液晶弹性体的性能。

关键词：液晶光子晶体电镜双折射激光脉冲0 引言Kurt Bush等[1,2]首次将向列相液晶(NLC)作为缺陷引入反蛋白石结构三维光子晶体(PC)中，开创丫液晶在光子晶体中应用的先河。

一维光子晶体具有制作简单，缺陷好引入[3]。

光谱成像技术是一种集光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术于一体的遥感技术，可以以精细的光谱分辨能力在太阳反射光谱(o．35～2．5舯)对地球表面进行[4]。

液晶作为一种应用广泛的特殊功能材料，由于一方面具有象液体一样的流动性和连续性，另一方面它又具有象晶体一样的各向异性，因而具有了许多独特的性质，电控双折射特性就是其中之一。

尤其是向列相液晶，这种特性表现的尤为突出。

为了对液晶显示的电光特性进行模拟计算，首先要解决的问题是如何正确计算液晶在外加电场作用下指向矢的空间分布。

液晶弹性体是一种新型的只能液晶材料，是指非交联型液晶聚合物经适度交联，并在各项同性态的转变过程中显示出弹性的聚合物，因此，其具有液晶各向异性，又具有聚合物网络的弹性。

1 偏振敏感特性研究由于液晶分子具有双折射特性，所以传统中使用液品器件不可避免地伴随着偏振片的使用，即偏振片配合液晶的取向方向使用。

在一些非偏振光的应用中，由于偏振片的使用会导致光能减少。

即使是在偏振光的系统中，比如，在光通讯中，光纤内部光的偏振态是不可知的，这样在使用液晶器件的时候还是要依据液晶的取向方式在其前后加入相应的偏振片，因此仍会使得光能量减少，并且增加了系统的复杂性，降低r系统灵活性。

2 液晶光谱成像系统的研究采用电控双折射液晶渡片和偏振片，研制了可见光LCTF器件．利用向列相液晶材料的电控双折射效应．研制了可见光波段的液晶可调滤光片，并利用该器件搭建了一种小型液晶光谱成像系统。

液晶空间光调制器用于光学测量的研究

第 37 卷，增刊 Vol.37 Supplement红外与激光工程Infrared and Laser Engineer ing2008 年 4 月 Apr. 2008液晶空间光调制器用于光学测量的研究张洪鑫 1,2 ，张健 1，吴丽莹 1（1. 哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所，黑龙江哈尔滨 150080； 2. 哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨 150080）摘要：研究了利用液晶空间光调制器的相位调制特性进行光学测量的方法。

测试美国 BNS 公司反射式 256× 纯相位液晶空间光调制器，相位响应呈非线性。

利用反插值法对非线性相位响应进 256 行了校正，使非线性度缩小 1/8，获得了该器件线性的相位响应曲线。

利用液晶空间光调制器产生相息图，能够将 PV 值为 0.78 λ ，均方根为 0.13 λ 的不规则波面，调制成 PV 值为 0.27 λ ，均方根为 0.02 λ 的近似平面波。

实验结果表明，液晶空间光调制器作为补偿器能够应用于任意光学表面的测量。

关键词：光学测量；液晶；空间光调制器；相位调制；相息图中图分类号：TN761 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2008)增(几何量)-0039-04Optical measur ement using liquid cr ystal spatial light modulatorZHANG Hong-xin1,2, ZHANG Jian1, WU Li-ying1(1.Institute of Ultra-Precision Opt oelectronic Instrument Engineering, Harbin Inst itut e of Technology, Harbi n 150008, China; 2.Department of Mechanical and Electri cal Engineering, Harbin Uni versity of Science and Technology, Harbin 150080, China)Abst r act : The met hod of optical measurement usi ng the phase characteristics of liquid crystal spatial light modulator is discussed. The reflecting phase-only liquid crystal spatial light modulator from American BNS company is measured and the phase response is nonlinear. The phase nonlinearity reduces to 1/8 by inverse interpolation and the linear phase response curve is obtained. The Kinoform from this devi ce is used to modulate the arbitrary wavefront which PV is 0.78 λ and RMS is 0.13 λto approximate plane wavefront which PV is 0.27 λand RMS is 0.02 λ The experimental results show that t he liquid crystal . spatial light modulator can be used to measure the arbitrary optical surface. Key wor ds: Optical measurement; Kinoform Liquid crystal; Spatial light modulator; Phase modulation;0引言本等特点，可代替变形镜，实现高分辨，高精度的波前控制，从而应用于光学测量，光学成像，光学系统误差补偿，激光束整形，大气湍流模拟，自适应光学等[1-3]液晶空间光调制器是应用于波前控制的理想器件。

纯相位液晶空间光调制器相位调制特性的优化

第32卷第2期浙江师范大学学报(自然科学版)Vol.32,No.22009年6月 Journal of Zhejiang Nor mal University(Nat.Sci.) Jun.2009 文章编号:100125051(2009)022*******纯相位液晶空间光调制器相位调制特性的优化3徐展斌,　应朝福,　林培秋,　王　辉(浙江师范大学信息光学研究所,浙江金华　321004)摘　要:针对美国BNS生产的Model PF512反射型纯相位液晶空间光调制器进行了相位调制的特性研究.通过实验和分析比较,优化了相位调制对灰度响应的关系,修正了客户查找表,提高了调制器的精度,对该调制器的使用具有重要的意义.关键词:信息光学;液晶空间光调制器;纯相位调制;客户查找表;调制特性中图分类号:T N761.92 文献标识码:AO pti m i za ti on of the pha se m odul a ted characters of pha se2on lyli qu i d cryst a l spa ti a l li ght m odul a torXU Zhanbin,　YING Chaofu,　L IN Peiqiu,　WANG Hui(Institute of O ptical Infor m ation,Zhejiang N or m al U niversity,J inhua Zhejiang　321004,China)Abstract:The phase modulated characters of PF512reflecting2ty pe phase2only liquid crystal s patial light mod2 ulat or(LCS LM)were studied,experi m ents and analysis had been carried out,the relati onshi p of phase mod2 ulated t o gray2t one res ponse was op ti m ized,the l ook2up table was corrected,then the p recisi on of the modula2 t or was i m p r oved.It would be significant for the modulat or perfor mance.Key words:infor mati on op tics;LCS L M;phase2only modulated;Look2up Table;modulated characters0　引　言液晶空间光调制器(LCS LM)作为一种可编程的新型衍射光学元件,具有质量小、功耗低、无机械惰性、可实时控制等优点,因而受到国内外学者的普遍重视[124].电寻址的纯相位液晶空间光调制器是通过控制电压来改变液晶分子的空间指向达到控制液晶的双折射,以实现对光波的相位面进行调控;电寻址LCS LM还具有空间分辨率高、响应速度快、功耗低、体积小、易于光电接口等特点,因此电寻址LCS L M 广泛应用于光信息处理研究领域[526].近年来,LCS LM在衍射光学、光互连、自适应光学、光束偏折等研3收文日期:2009201205;修订日期:2009202211　基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y105030)　作者简介:徐展斌(1981-),男,浙江兰溪人,助理研究员,硕士研究生.研究方向:全息技术;光电信息处理技术等.　通讯作者:应朝福究领域的应用也日趋活跃[7211].所有这些应用都涉及到器件的相位调制特性,相位调制特性直接关系到该器件使用的效果.笔者对浙江师范大学信息光学研究所购买的美国BNS 公司生产的专利产品Model PF512纯相位液晶空间光调制器的相位调制特性进行了测量,并对器件的客户查找表进行了修正.1　Model PF512的相位调制原理纯相位液晶空间光调制器的核心部件向列相液晶是一种单轴双折射晶体,光轴平行于液晶分子长轴排列的平均方向.当对液晶施加外部电场时,液晶分子发生倾斜,使得非寻常光的折射率发生变化,而寻常光的折射率不发生改变,进而导致光线的2个偏振分量通过液晶层后产生了相位差.当S LM 上每个像素被加上不同的电压时,它就会对读出光进行相应的相位调制.美国BNS 公司生产的Model PF512LCS LM 采用256阶的灰度图像来控制加在液晶上的电压,进而控制相位改变.由于该器件的像素为512×512,所以用512×512像素256阶灰度的图像作为写入信号来控制S LM 的相位改变量.由于器件本身相位调制对灰度的响应是非线性的,为了使用器件的方便,该LCS L M 随机软件中提供了一个客户查找表(LUT ).通过这个LUT,将输入的灰度图像的每个像素的灰度转换成另外一个新的灰度值,再用这个新的灰度去控制加在液晶上的电压,从而实现输入图像灰度与相位调制量之间近似的线性关系.这样在设计写入灰度图像的时候就不需要考虑该器件的相位调制特性.但厂家提供的客户查找表往往是针对批次产品的,对于具体某个调制器,LUT 存在误差,这种误差将导致调制器的衍射效率下降,信噪比降低.图1　相位调制特性测试光路图2　相位调制特性测量方法相位调制特性的测量可以采用泰曼2格林干涉的方法.实验装置如图1所示,LCS LM 代替干涉仪的一个反射镜,氦氖激光经显微物镜→针孔→准直透镜后得到平行光,平行光透过偏振片后,经分光镜一路作为参考光经反射镜入射至CCD ,另一路经LCS LM 后反射,两路光干涉,CCD 采集干涉条纹.在实验中,为了引入相对参考,写入空间光调制器的是上半部分灰度为某一值h 、下半部分灰度为0的灰阶图像,如图2(a )所示.空间光调制器的输出光与参考光发生干涉,由于S LM 对不同灰度图案的相位响应不同,CCD 接收到的图案的上下两部分干涉条纹发生相对平移,如图2(b )所示.上下条纹平移一个条纹即改变了2π的相位,上下条纹的移动量与条纹宽度的比值再乘以2π就是S LM 对上下部分灰度的相位响应差.为了精确地测量干涉条纹移动量,选择亮条纹的中心线作为测量基准.得到亮条纹的中心线的方法是,对CCD 采集到的干涉图案利用Matlab 软件进行图像形态学处理.首先,从干涉图中截取用来计算的部分,如图2(c )所示.然后,根据图像的灰度情况,选择合适的阀值进行图像二值化处理,如图2(d )所示.第3步,选择适当的结构函数和参数对图像进行开运算,如图2(e )所示,减少条纹的毛刺,同时保持条纹有一定宽度.第4步,选择适当的参数进行骨骼提取,如图2(f )所示,保证得到的单像素宽度条纹基本上没有横向毛刺和断点.这样就得到了单像素亮条纹的中心线,测量条纹移动量的最后一步就是截取中心线的稳定部分的横坐标,如图2(g )所示,并进行相减.截取中心线的稳定部分的横坐标主要是考561　第2期徐展斌,等:纯相位液晶空间光调制器相位调制特性的优化虑到中间部分条纹是一个渐变过程,在实际计算中应予以剔除.有了条纹的移动量就可以计算出灰度h 相对灰度0的相位改变量,也即是该器件对灰度为h 的相位响应.改变h 的值从0到255,分别求得相应的相位,就可以获得该S L M 的相位响应特性曲线.(a )某一输入的灰度图像;(b )通过CCD 接收到的图像;(c )截取的计算区域;(d )二值化后的图像;(e )开运算后的图像;(f )骨骼提取后得到的单像素宽度图像;(g )截取的稳定的中心线:计算得到相位为φ=0.4635×2π图2　实验结果图3　不经线性优化的灰度2相位关系图3　调制器相位调制的非线性特性调制器相位调制非线性特性指的是调制器的相位输出和实际灰度输入是非线性的.采用如图1所示的实验方法,通过输入不同灰度的图像,得到如图3所示的灰度2相位图像.由图3可知,该S L M 的相位调制随着灰度的变大先是变大,接着近似不变,最后是减少,有2个以上的灰度都对应着某一个相位值.同时,最大调制深度超过了2π,达到6.72rad,可以完成0～2π的相位调制.图4　实测LUT 与sl m 8303.lut4　计算客户查找表由于相位2灰度为非单调图像,某一相位值往往对应2个以上的灰度,笔者选择相位2灰度图像中的一段单调且相位满足0～2π所有值的图像.令φ=f (h ),h ∈[m ,n ],φ∈[0,2π].Δ=n -m +1为实际上器件所能分辨的灰阶数,所以为了提高灰度分辨力,在选择截取时应尽可能地选择Δ值大的部分.在实际计算过程中,选择m =179,n =242.为了实现相位2灰度关系的线性化,则有φ=kh ′,k =2π/255,h ′∈[0,255].661浙江师范大学学报(自然科学版) 2009年　通过求解上述2式可得h =f -1(kh ′).通过相位2灰度图像就可以求出h 与h ′之间的关系,并制作成一张新的客户查找表(ne w .lut ).由于灰度h 必须为整数而通过计算得到的值通常都带有小数部分,所以需要进行取整.为了减少误差,在进行取整的过程中不能单纯地对h 进行四舍五入,而要考虑向上取整和向下取整对相位调制量影响的大小,选择影响小的方向进行取整.通过实验计算得到的新的LUT (ne w .lut )与器件提供LUT 如图4所示.5　new .lut 与sl m 8303.lut 的对比采用图1所示实验光路,针对2个客户查找表,即厂家提供的sl m 8303.lut 与实测的LUT ,笔者测试了调制器的相位与灰度的对应关系,得到的结果如图5,图6所示. 　图5　通过sl m 8303.lut 线性优化的相位2灰度关系图图6　通过new .lut 线性优化的相位2灰度关系图图7　分别使用ne w .lut 和sl m 8303.lut 线性优化得到亮斑在某一方向的亮度分布及经光线衰减后得到的相应的亮度分布761　第2期徐展斌,等:纯相位液晶空间光调制器相位调制特性的优化861浙江师范大学学报(自然科学版) 2009年　从图5可以看出,根据厂家提供的LUT进行灰度2相位转换时,与理想的相位2灰度线性关系相比误差较大.同时,多次测量都出现在灰度较小时相位调制深度过大,灰度较大时相位调制不足,在灰度接近255的时候相位调制超过2π.从图6可以看出,利用实验获得的LUT进行灰度2相位转换时,实际测得的相位2灰度关系与理想的相位2灰度线性关系比较吻合.相比使用sl m8308.lut,更加接近理想情况.Model PF512LCS L M在实际应用中往往作为一个纯相位衍射元件来使用.利用新的客户查找表进行了相息图衍射实验.实验过程是在图1光路中去掉参考光路,将经过LUT修正相息图灰度分布输入LCS LM,LCS LM将灰度分布转换成与相息图相对应的相位分布.从LCS LM反射光的衍射分布就是相息图的衍射分布.图7为会聚球面波的相息图在其焦面上的衍射分布,图7(a)和图7(b)分别是采用ne w.lut和sl m8303.lut得到的结果.从图7可以看出,使用sl m8303.lut比使用ne w.lut得到的衍射噪音大.将上述2种情况的光强分别衰减相同幅度后得到图7(c)和图7(d).由图可以看出,使用ne w.lut比使用sl m8303.lut得到的中心最大亮度要大得多,也就是说通过ne w.lut优化得到的衍射效率比较高.新的客户查找表与sl m8303.lut相比,衍射噪音较小,衍射效率高,器件得到了较好的优化.6　结　论通过对Model PF512LCS LM相位调制特性的实际测量,得到了更能反映器件相位调制特性的新的客户查找表,经编程处理后得到了相位2灰度调制曲线,进一步优化了相位与灰度的线性关系.实际相息图衍射实验证实了利用新的LUT可以提高衍射信噪比,继而提高衍射效率.参考文献:[1]McGl oin D,Spalding G C,Melville H,et al.App licati ons of s patial light modulat ors in at om op tics[J].Op tics Exp ress,2003,11(2):1582166.[2]Frumker E,Silberberg Y.Fem t osecond pulse shap ing using a t w o2di m ensi onal liquid2crystal s patial light modulat or[J].Op tics Letters,2007,32(11):138421386.[3]陈海云,王辉,李勇,等.数字全息图的实时动态再现[J].浙江师范大学学报:自然科学版,2008,31(1):41244.[4]陈海云,王辉,王媛媛,等.用液晶空间光调制器实现动感合成全息[J].浙江师范大学学报:自然科学版,2006,29(3):2822286.[5]N ishchal N K,Joseph J,Singh K.Op tical Phase encryp ti on by phase contrast using electrically addressed s patial light modulat or[J].Op tComm,2003,217(1/6):1172122.[6]A la m M S.Phase2encoded fringe2adjusted j oint transfor m correlati on[J].Op tical Engineering,2000,39(5):116921176.[7]王大及,杨世宁,李耀棠.在液晶空间光调制器上的可编程菲涅耳透镜[J].量子电子学报,1995,12(1):106.[8]陈怀新,魏宏刚,陈祯培,等.采用液晶空间光调制器的可控性阵列菲涅耳波带片[J].光子学报,2001,31(5):5622566.[9]Mahmud M S,Naydenova I,Toal V.I m p le mentati on of phase2only modulati on utilizing a t w isted ne matic liquid crystal s patial light modulat or[J].J Op t A:Pure App l Op t,2008(10):127.[10]蔡冬梅,凌宁,姜文汉.纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析[J].物理学报,2008,57(2):8972903.[11]刘伯晗,张健.纯相位空间光调制器动态控制光束偏转[J].中国激光,2006,33(7):8992902.(责任编辑　杜利民)。

利用纯相位型液晶空间光调制器实现空心光束_马浩统

第22卷第8期强激光与粒子束Vo l.22,No.8 2010年8月H IG H POWER LASE R AND PARTIC LE BEAMS Aug.,2010　文章编号:　1001-4322(2010)08-1810-05利用纯相位型液晶空间光调制器实现空心光束＊马浩统,　周　朴,　王小林,　马阎星,　汪晓波,　许晓军,　刘泽金(国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙410073) 摘　要:　为了提高激光系统的整体效率,需要将出射光强整形为空心分布。

采用纯相位型液晶空间光调制器整形近高斯分布光强到空心分布。

基于能量守恒定律和等光程原理,分析了纯相位型液晶空间光调制器光束整形系统,得出了整形系统所需的相位分布。

采用衍射光学方法,数值模拟了整形效果,讨论了入射光束束腰半径和强度分布等因素对整形效果的影响。

利用纯相位型液晶空间光调制器实验实现了空心光束,实验测得的转换效率大于99%。

关键词:　激光光学;　光束整形;　空心光束;　液晶空间光调制器中图分类号:　T N249 文献标志码:　A doi:10.3788/HP L PB20102208.1810 激光器输出光强通常为高斯分布,在实际应用中需要对光束光强分布进行整形,以提高系统的能量利用效率。

空心光束由于其特殊的光强分布,被广泛应用于空间光通信、原子光学、材料科学等方面[1]。

空心光束主要有空心高斯光束,拉盖尔-高斯光束,高阶贝塞尔光束等定义方式[2]。

空心光束的产生方法也得到了广泛的研究,人们采用诸如横模选择、模式变换、光学全息等方法产生了各种不同的空心光束[3]。

Kreuzer提出利用双非球面透镜组整形光束近场光强分布,由于其高的能量转换效率和简单的设计原理,得到了广泛的关注[4]。

J.A.H offnag le和C.M.Jefferso n采用双非球面镜组实现了平顶光束[5],M.A.Karim等人对产生贝塞尔光束的非球面光束整形系统进行了详细的理论研究[6]。

德国Holoeye高精度纯相位空间光调制器

德国Holoeye高精度纯相位空间光调制器德国Holoeye产品主要为LCOS面板，空间光调制器和衍射光学元件。

主要应用、成像&投影、光束分束、激光束整形、相干波前调制、相位调制、光学镊子、全息投影、激光脉冲整形等。

主要目标客户为航空航天，国防工业和汽车的科研和大规模工业应用领域。

德国HOLOEYES公司生产的空间光调制器（SLM）是基于液晶微显示技术，该器件能对光的振幅和位相进行调制，特别是作为动态光学器件使用。

需要加载到调制器上的光学传递函数或图像信息可直接由光学设计软件生成，并直接可以通过计算机加载。

由于调制器智能的系统体系结构，使得用户操作非常便捷，而且调制信息可直接通过计算机图形显卡的DVI或VGA接口加载。

此空间光调制器最大的潜力在于，它可以作为动态相位调制器用于电寻址衍射元件中。

除了在显示方面的应用，特别是在激光应用方面也很大的空间，如：衍射光学、生物光子学和医疗激光应用材料加工。

在用相位调制进行强激光脉冲整形方面是此类SLM的主要应用和挑战。

然而实现一个无运动的变焦仍然是SLM的目标。

空间光调制器是实时光学信息处理，自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件。

在很大程度上，空间光调制器的性能决定了这些领域的实用价值和发展前景。

HOLOEYES的调制器可以直接通过显卡的DVI接口连接到计算机上。

空间光调制器能如此方便使用离不开在windows 平台上的灵活高效的帧速率图形卡。

该空间光调制器由HOLOEYE软件驱动，该软件可工作在所有版本的windows 操作平台上。

该软件能方便的控制所有相关的图像参数，另外，精心设计的空间光调制器软件能实现多种光学函数，像，光栅、透镜、轴锥体和光圈，并且能够根据用户设定的图像设计衍射光学器件（DOE）。

完整的套件包括调制器、视频分配器和图像处理的所有相关器件。

由于它小的尺寸，可以容易的被集成到光学系统中。

为保证器件的光学质量（如：相位调制），HOLOEYE对每个器件都进行了测量。

液晶材料中液晶相行为的研究

液晶材料中液晶相行为的研究液晶材料是一种特殊的物质，具有在高温条件下呈现液体状态的流动性以及在低温条件下表现出固体结构的特性。

液晶相行为是液晶材料中液晶分子排列和相互作用的研究领域，具有广泛的应用前景。

液晶相行为的研究早在19世纪中叶就开始，当时科学家发现某些有机化合物在透过偏光显微镜观察时，呈现出特殊的光学行为。

随着技术的发展和对液晶材料性质的深入研究，人们逐渐揭示了液晶相行为背后的原理和机制。

液晶相行为的研究对于液晶显示技术的发展起到了重要的推动作用。

液晶显示器广泛应用于电子产品中，如手机、电视和计算机显示屏。

了解液晶相行为对于改善液晶显示器的性能，提高显示效果至关重要。

科学家通过控制液晶分子排列的方式，设计出各种不同的液晶材料，以适应各种不同的应用需求。

液晶相行为的研究也为智能材料的开发提供了新的思路。

智能材料是一种可以根据外界条件做出响应和反应的材料，如温度、光照、电场等。

液晶材料可以通过改变温度、施加电场或加入其他外界刺激来调控液晶相的行为，从而实现智能材料的设计和制备。

这种能够对外界刺激作出响应的特性使得液晶材料在可变光学器件、传感器和生物医学领域等方面具有广泛的应用前景。

在液晶相行为的研究中，科学家们不仅关注液晶分子的排列方式，还对液晶分子之间的相互作用进行了深入研究。

液晶分子之间的相互作用对于液晶相的形成和性质起着重要的影响。

一些研究表明，液晶分子之间的相互作用可以通过改变匹配剂的结构和形状来调控。

这种对相互作用进行的调控可以有助于设计出新型的液晶材料，拓展液晶应用的领域。

近年来，随着微纳技术的发展，研究人员开始探索在微观尺度上对液晶相行为的研究。

微纳液晶材料具有小尺寸、低功耗和快速响应的特点，适用于光学器件的微型化和集成化。

通过在微观尺度上对液晶相行为进行研究，可以实现更精确和可控的光学性能，推动纳米光电子学和纳米光学器件的发展。

尽管液晶相行为的研究取得了很大的进展，但仍存在一些挑战和问题。

超清晰液晶显示技术的研究与应用

超清晰液晶显示技术的研究与应用现如今，液晶显示器是目前最为常见的显示技术之一，无论是在电视、移动设备还是计算机等领域都具有重要的应用价值。

虽然经过长时间的发展和成熟，液晶显示技术已经在分辨率、色彩还原等方面取得了巨大的进步，但是人们对于显示效果的需求仍在不断提高。

为了满足人们对于高质量显示的需求，科学家们在液晶显示技术的研究方面不断努力。

其中最为重要的一项研究就是超清晰液晶显示技术。

超清晰液晶显示技术是指能够实现比传统液晶显示器更高的分辨率、更高的对比度、更细腻的图像还原等效果的液晶显示技术。

在现有的液晶显示器技术中，以4K和8K分辨率为代表的技术，已经能够实现比较高质量的显示效果。

然而，科学家认为，如果用肉眼去看4K和8K分辨率的影像，其实无论分辨率如何高，仍然能够看到一些模糊和失真的情况。

这就需要更高清晰度的液晶显示器技术来解决。

首先，超清晰液晶显示技术的研究需要解决的首要问题就是提高分辨率。

传统的液晶显示器使用的是单色光源，每个像素点都是一个红、绿或蓝三色滤光片的组合，而这些滤光片之间有一定的间隙，也就是我们熟知的“像素间隙”问题。

超清晰液晶显示技术的研究主要是围绕如何减小像素间隙的问题进行的。

比如，目前有一种Nano-IPS技术，它采用了更加细腻的制造工艺，也使得像素点更加接近于不重叠的状态，极大地缩小了像素间隔。

这一技术不仅能提升分辨率，而且使得观看更加逼真，消除了以往存在的马赛克和斑点等不良影响。

其次，超清晰液晶显示技术还需要解决的一个问题就是提高对比度。

在目前的技术水平下，液晶显示器的黑色显示及对比度一直是它的瓶颈之一。

虽然目前有一些LCD面板能够实现更高的黑色还原度，但是它们往往只能在低于80%亮度水平的情况下实现，即在花屏和灰阶的控制上，都需要来自新的技术方案的支持。

超清晰液晶显示技术的研究主要是以使用更先进的HGL技术为重点的。

HGL技术，也叫做全阵列直底式LED面板，通过使用更小的LED灯珠和分批次点亮这些LED，使得黑色还原更加优秀，同时对比度也得到了极大的提升。

液晶光相控阵技术及应用研究

液晶光相控阵技术及应用研究采用向列型液晶材料制作的纯相位液晶光相控阵具有响应速度快、分辨率高、体积小、重量轻、可编程性强等突出优点,成为近年来国内外光学相控阵领域中研究的前沿热点。

作为一种性能优良的光学器件,本文对液晶光相控阵技术及应用问题展开研究,主要工作与贡献如下:1、针对基于液晶光相控阵实现高效率精确非机械式波束偏转问题,详细研究了液晶光相控阵的栅瓣形成机理,推导出了各个模型下出射光束远场光强分布的解析表达式,并给出了栅瓣位置及强度的估算公式,发现栅瓣的位置和强度由单缝衍射与多缝干涉共同决定。

通过实验验证了二元光栅模型能够更准确地解释液晶光相控阵的栅瓣形成机理。

2、针对系统输出功率较低的问题,研究了基于二维液晶光相控阵阵列的激光相干合成原理,深入分析了不同情况下各子阵的附加相位对光束相干合成的影响,提出了实现合成光束在阵列视场域内连续扫描的方法。

基于实验室自制的液晶光相控阵,验证了合成光束的一维偏转。

3、针对矢量光场的生成问题,设计并构建了基于液晶光相控阵的通用型矢量光场发生器,推导出了发生器中液晶光相控阵四个部分之间的坐标关系以及各个部分相位图的计算公式。

提出了实现矢量光场发生器中4 f系统非机械式横向精确对齐的方法,有效降低了发生器中光路对齐的复杂度,增加了系统的灵活性。

4、针对矢量光场发生器中存在的一些影响光场调控精度的不利因素,构建了矢量光场发生器的自适应闭环结构,显著提高了系统的工作性能,并扩宽了其应用范围。

校正了矢量光场发生器的偏振调制,在提高偏振调制精度的同时减小了调制过程中两个自由度之间的相互耦合。

给出校正幅度调制的迭代优化算法,可以在几步之内快速收敛,实现像素级上的幅度优化。

5、建立了控制衍射极限矢量光场自旋轴指向的通用型数学模型,通过将位于高数值孔径透镜焦点处的电耦极子辐射出来的电场进行相干叠加,推导出了透镜孔径面上所需的入射光场的解析表达式,利用优化后的矢量光场发生器准确生成了焦场在几种不同自旋轴指向下所需的入射光场,并通过Richard-Wolf矢量衍射理论详细仿真了理想和实验情况下强聚焦场的电场分布情况。

发现液晶制造纳米结构时的新现象--用AI识别分子聚集动向的技术来创制高功能材料-

发现液晶制造纳米结构时的新现象--用AI识别分子聚集动向的技术来创制高功能材料-发现液晶制造纳米结构时的新现象 - -用AI识别分子聚集动向的技术来创制高功能材料-NEDO致力于“超尖端材料超高速开发基础技术项目”，现在与产业技术综合研究所、九州大学共同开发了世界上第一个将人工智能( AI )和分子模拟组合的分析技术，发现了液晶纳米结构化时发生的新现象。

传统的经典核生成理论解释说，各种物质的纳米结构是经过1阶段~2阶段的过程生成的。

但是这次，我们发现液晶的情况需要经过更复杂的3个阶段的过程，同时也成功地阐明了其机理。

本分析技术不仅适用于液晶，还可应用于聚合物和生物材料等各种物质的分析，因此将促进广泛的高功能材料的创制。

另外，本研究成果的详细情况于2021年9月6日(英国夏令时)刊登在英国综合科学杂志《Nature Communications》上。

1 .概要我们广泛利用的塑料、合金、加工食品等日用品大致以固态物的形式提供，但其中大部分是通过正确控制从液体混合物到固态物的冷却工艺进行加工的。

其中，液晶、溶液、聚合物、生物材料等会因冷却工艺的不同而形成丰富多彩的结构模式。

这些模式带来了功能的多样性，甚至决定了产品的性能。

因此，在物理学、生物学、材料科学、工程学等广泛的研究领域，理解冷却过程是如何进行、如何进行控制成为了重要的课题。

冷却过程往往从纳米结构的生成开始。

作为简单说明这一点的理论，有古典核生成理论※1，但是即使如此，也不能定量说明纳米结构的生成速度等对材料开发至关重要的物理量，其合理性长期受到质疑。

作为解决这个问题的手段，从微观的视点观察各个分子的运动，能够实际计算纳米结构的个数和增加方法的分子模拟※2技术备受期待。

但是，存在许多仅靠分子模拟难以观察的纳米结构，正在研究与各种先进技术的组合。

例如，从过去的x射线照射实验等中可以预想到冷却途中的液晶中存在特征性的纳米结构，但光靠分子模拟还不清楚详细情况，一直没有弄清楚。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

高精度纯相位液晶空间光调制器的研究
作者：刘永军，宣丽，胡立发，曹召良，李大禹，穆全全，鲁兴海， Liu Yongjun， Xuan Li， Hu Lifa， Cao Zhaoliang， Li Dayu， Mu Quanquan， Lu Xinghai
作者单位：刘永军,Liu Yongjun(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春,130033;中国科学院研究生院,北京,100039)，宣丽,胡立发,曹召良,李大禹,穆全全
,鲁兴海,Xuan Li,Hu Lifa,Cao Zhaoliang,Li Dayu,Mu Quanquan,Lu Xinghai(中国科学院
长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春,130033)
刊名：
光学学报
英文刊名：ACTA OPTICA SINICA
年，卷(期)：2005,25(12)
被引用次数：20次
1.F T S Yu;S Jutamulia;T W Liu Adaptive realtime pattern recognition using a liquid crystal TV based joint transform correlator 1987(08)
2.Judit Remenyi;Peter Varhegyi;Laszlo Domjan Amplitude,phase,and hybrid ternary modulation modes of
a twisted-nematic liquid crystal display at ～ 400 nm[外文期刊] 2003(17)
3.Jeffery A Davis Polarization eigenstates for twisted nematic liquid crystal displays[外文期刊] 1998(05)
4.J L Pezzaniti;R A Chipman Phase-only modulation of a twisted nematic liquid crystal TV by use of the eigen polarization states 1993(18)
5.N Konforti;E Marom;S T Wu Phase-only modulation with twisted nematic liquid crystal spatial light modulators 1988(03)
6.李大海;陈怀新;陈祯培利用液晶电视的位相调制特性补偿畸变波前[期刊论文]-中国激光 2003(07)
7.Y Sheng;G Paul-Hus Optical on-axis imperfect phase-only correlator using liquid-crystal television [外文期刊] 1993(29)
8.Wang Xu;Daniel Wilson;Richard Muller Liquid crystal blazed-grating beam deflector 2000(35)
9.R N Thurston;D W Berreman Equilibrium and stability of liquid-crystal configuration in an electric field 1981(01)
10.王伟;李国华;薛冬液晶电挂双折射率与电压关系的研究[期刊论文]-光学学报 2004(07)
11.陈怀新;隋展;陈祯培采用液晶空间光调制器进行激光光束的空间整形[期刊论文]-光学学报 2001(09)
12.云茂金;李国华;王宁电压调谐液晶滤光片的研究[期刊论文]-光学学报 2002(09)
13.A D Fisher;J N Lee The current status of two-dimensional spatial light modulator technology 1986
1.陈浩.宣丽.胡立发.曹召良.穆全全1200 mm望远镜开环液晶自适应光学系统设计[期刊论文]-光学精密工程2010(1)
2.江继军.沈志学.张大勇.李剑峰.刘海涛偏振无关的可变纯相位延迟器研究[期刊论文]-光电工程 2010(12)
3.樊琼剑.李莉.沈春林.龚华军.赵敏基于旋转螺旋屏的三维立体成像系统研究[期刊论文]-传感器与微系统
2009(11)
4.徐桂权.冯少彤.聂守平.朱竹青反射式空间光调制器的相位调制特性测试[期刊论文]-激光技术 2009(6)
6.罗烽庆.蔡文睿.王福娟.李奕鑫.王嘉辉.蔡志岗基于LABVIEW的分振幅光偏振态测量系统[期刊论文]-激光杂志2009(5)
7.蔡冬梅.杨慧珍.凌宁.姜文汉液晶空间光调制器用于光束偏转控制的衍射效应[期刊论文]-中国激光 2008(4)
8.曹召良.穆全全.胡立发.彭增辉.刘永刚.宣丽液晶波前校正器特性研究[期刊论文]-光子学报 2008(10)
9.阎传文.白剑.侯西云.杨国光自适应微反射镜阵列制作与性能测试[期刊论文]-光学仪器 2008(5)
10.陈婷.冯仕猛复指数矩阵法研究螺旋液晶光学传播特性[期刊论文]-光学学报 2008(9)
11.王丽液晶光调制器的调制特性及应用研究[期刊论文]-现代显示 2008(3)
12.曹召良.穆全全.胡立发.彭增辉.刘永刚.宣丽600mm望远镜液晶自适应系统成像光路设计[期刊论文]-光学学报2008(6)
13.侯广辉.温继敏.黄亨沛.王欣.刘宇.谢亮.祝宁华电吸收调制激光器集成芯片的高频测试[期刊论文]-中国激光2007(10)
14.王玲.丁志华.李娜用于OCT动态聚焦的液晶菲涅尔波带透镜研究[期刊论文]-光电工程 2007(10)
15.张艳.吴丽莹.张健电寻址空间光调制器相位调制特性的研究[期刊论文]-红外与激光工程 2007(3)
16.吕赛君.裴旦.白剑.侯西云.杨国光基于微光机电系统的微光学自适应微镜的研究[期刊论文]-光学学报
2007(7)
17.苏永道.梁伟.金卫东.张鸿栋.廖光熙生物球晶中双马尔特十字的形成机理[期刊论文]-光学学报 2007(7)
18.刘伯晗.张健纯相位空间光调制器动态控制光束偏转[期刊论文]-中国激光 2006(7)
19.刘永军.胡立发.曹召良.李大禹.穆全全.鲁兴海.宣丽一种用于光学成像系统的新型液晶相位调制器[期刊论文] -光学学报 2006(4)
20.李娜基于LCD的动态变焦透镜的研究[学位论文]硕士 2006
本文链接：/Periodical_gxxb200512019.aspx。