用于显示的透射型法布里-珀罗光调制器

提出了一种用于显示的,基于透射型法布里-珀罗干涉的微机电系统(MEMS)光学调制器。基于多光束干涉原理分析了调制器的光学特性,推导出了调制器结构的特征参量。分析表明,当调制器的腔长为cλ/4时,透射光可以实现暗态显示;当调制器的腔长取为零或cλ/2时,透射光可以实现亮态显示。通过控制法布里-珀罗腔长,就可实现调制器的明暗调制。理论上证明了该调制器用于显示的可行性。设计了一种基于微机电系统的透射型法布里-珀罗光学调制器结构,该调制器的理论衬比度达到150。仿真结果表明,该调制器具有2.4 V的低电压静电驱动性能。     

基于微机电系统光栅平动式光调制器实验和优化设计

基于微机电系统(MEMS)的光栅平动式光调制器(光栅平动式光调制器)调制性能的实验研究关系到其进一步应用。设计了光栅平动式光调制器的相干光学信息处理系统实验方案,He-Ne激光器出射的光束经扩束器和准直透射后成为平行光入射光栅平动式光调制器,被测光栅平动式光调制器放置在相干光学信息处理系统的输入面,滤波器在频谱面上,显微镜放大像面上的信号,经CCD在计算机上记录存储;实验结果和理论分析吻合。对光栅平动式光调制器进行方案优化,将可动光栅边框和悬臂梁表面处理成不反光,使可动光栅和下反射镜构成的整个反射面为光栅周期的整数倍。经理论计算,在光栅周期为8μm,光栅占空比为0.5,光栅边距为2μm,周期数为6的条件下,光栅平动式光调制器图像填充率为74.67%,光学效率为81.06%,衬比度大于5000∶1。     

LED照明的光栅光调制器光学特性分析与实验

针对一种新型的光凋制器--光栅光调制器,研究用LED作为其照明光源时对光学调制特性的影响.以部分相干光理论为依据,结合MATLAB仿真,推导出用LED照明光栅光调制器时,光源带宽对成像对比度具有较大的影响,通过滤色片将光源带宽减小到13 nm时,像面上的对比度约为150,进一步减小带宽至10 nm,对比度将达到225.光源的尺寸在与光源到光栅光调制器之间的距离相比小于0.03时,对光栅光调制器的光学信息处理不会有影响,并通过实验加以证实,从而说明采用LED作为光栅光调制器照明光源的可行性.     

Grating light modulator for projection display

A novel grating light modulator for projection display is introduced. It consists of an upper moveable grating, a bottom mirror, and four supporting posts between them. The moveable grating and the bottom mirror compose a phase grating whose phase difference is controlled by the actuating voltage. When the phase difference is 2kπ, the grating light modulator will switch the incident light to zero-order diffraction; when the phase difference is （2k - 1）π, the grating light modulator will diffract light to first-order diffraction. A 16 × 16 modulator array is fabricated by the surface micromachining technology. The device works well when it is actuated by a voltage with 1-kHz frequency and 10-V amplitude. The fabricated grating light modulator can show blackness and brightness when controlled by the voltage. This modulator has potential applications in projection display system.     

基于MEMS光栅平动式光调制器信号处理分析

依据傅里叶光学理论,采用在频谱面上放置两种空间滤波器的方法进行信号处理,分析了光栅平动式光调制器在成像面上的强度分布情况,实现了对光能量的调制.分析表明：当滤出±1级谱时,像面上可以得到完全均匀的暗场；但是由于边框和悬臂梁的影响,得不到完全均匀的亮场；当滤出零频谱时,由于边框和悬臂梁的影响,得不到完全均匀的暗场和亮场.设计时,为了要在像面上得到更高的亮度均匀性,需要满足可动光栅栅条宽度为光栅周期的一半,同时应尽量减少悬臂梁和边框的宽度.     

基于光栅光调制器的投影显示光学系统设计与实验

基于微机电系统(MEMS)光栅光调制器在静电压驱动下可改变其衍射效果,并在光学4f系统中实现光信息处理,从而应用于投影显示.在典型4f光学系统基础上,优化设计了基于MEMS光栅光调制器的投影显示系统,根据菲涅耳衍射分析了该系统;分别利用两种光栅光调制器实验样品在设计的光学系统中进行了显示实验研究.结果表明,该系统可实现投影显示;配以驱动电路可实现动态显示,并可进行工作电压、吸合电压、响应频率等特性测试.     

介质层充电对光栅光调制器驱动的影响

利用高斯定理分析了二氧化硅层中存在电荷时,光栅光调制器中的空间电场分布,得到了光栅光调制器在介质层存贮电荷影响下的静电力公式. 分析了调制器中二氧化硅介质的充电和放电机理,得到了光栅的位移随介质充放电的变化关系. 通过分析指出当驱动电压的周期和介质的充放电时间常数相近的时候,介质层中存贮的电荷会使得可动光栅被下拉后发生缓慢的回跳. 电压被撤消后,光栅会受到存贮电荷所产生电场的作用而被下拉. 当驱动电压的周期远小于介质的充放电时间常数的时候,随着存贮电荷的增加,光栅在有外加电场时被下拉的距离和外加电场为零时被下拉的距离逐渐相等,光调制器输出光的光强变化逐渐减弱,当存贮电荷产生的电场为外加电场的一半时,器件完全失效. 通过实验对理论分析的结果进行了验证,实验结果和理论分析一致. 文章最后提出了一种消除介质层所存贮的电荷的方法,通过实验证明了这种方法的可行性. 关键词： 微机电系统 光栅光调制器 介质层充电     

二维光栅光调制器阵列的光学分析与实验

基于标量衍射理论分析了二维光栅光调制器的衍射特性,提出了投影系统的光学处理方法,利用Matlab软件进行了仿真分析.分析结果表明,二维光栅光调制器的衍射光强分布是单个像素衍射光强的干涉叠加,其分布趋势与单个光调制器的衍射光强分布类似;通过反傅里叶变换可将各个调制器的衍射光重新分开而成像.如果用±1级衍射光的成像,相位为2kπ的调制器在投影面得到一个明亮的像,而相位为(2k-1)π的调制器在投影像面上得到一个黑暗的像.通过一个基于静态微光电系统光栅光调制器的投影光学系统得到了一幅明暗调制的像,证明了光栅光调制器用于投影显示的可行性.     

光栅光调制器的表面弯曲度分析及实验

讨论了二维光栅光调制器阵列的表面弯曲度对衍射光学特性的影响.利用实测的表面结构数据建立了阵列模型,利用Matlab软件计算了不同弯曲度对频谱面上衍射光强的分布影响.得到了弯曲度与对比度之间的关系.结果表明暗态时光栅面的弯曲度对成像对比度的影响很大,如果将光栅面的中心弯曲度控制在0.1λ以内,在像面上将获得1000以上的对比度.并通过实验动态显示器件的明暗态调制,得出减少光栅面弯曲度的优化方案.     

光谱分析方法测试GMLM微间距的实验和方法推广

基于MEMS的光栅平动式光调制器(GMLM)依靠结构中可动光栅和下反射镜之间的微间距的变化来实现光的调制作用,被应用于显示领域。可动光栅和下反射镜之间的微间距是一个关键的参数,传统的测试方法如台阶仪等要破坏结构,WYKO白光干涉仪测量成本高,所以要寻求一种测试成本较低、测量精度较高的测试方法。文章采用非接触的波长扫描式光谱分析方法进行了GMLM可动光栅和下反射镜之间的微间距测试实验研究。实验表明：实验结果和理论分析吻合,验证了理论模型的正确性;对比WYKO白光干涉仪测试,该方法的相对测试误差小于1%;具有很好的重复性。对该光谱分析方法进行了推广,从理论上推导了该方法可以实现准动态测量GMLM器件吸合电压、共振频率以及其他基于衍射/干涉的MEMS器件的微小间距测试等。