数字化光学元件中黑栅效应的研究

计算机光学元件是纯相位元件,能够产生任意形状的波面分布,但存在着加工工艺过于复杂的缺点。目前出现了用数字化元件实现计算机光学元件的方法,在这些方法中经常要面临黑栅效应的干扰。利用傅里叶光学理论研究了黑栅效应对具体元件的影响程度,找出了影响黑栅效应强弱的因素,并用MATLAB软件进行了模拟。模拟结果表明:减小黑栅的宽度可使光能量向接收屏中央集中,有效降低黑栅效应的干扰。     

纳米流体辐射特性理论分析与实验研究

随着人类社会的飞速发展,能源紧缺、环境污染问题日益严重。当下,开发新能源、发展新能源技术已成为全球各国首要能源策略。作为一种清洁能源,太阳能蕴藏着巨大能量,太阳能利用和相关技术在世界范围内也引起了广泛关注。基于纳米流体的太阳能直接吸收式集热装置能够耦合光伏与光热技术,有利于提高太阳能综合利用的效率。由于纳米流体辐射理论对于开发新的光伏热实验平台具有重要的作用,而纳米流体辐射特性研究仍处于起步阶段,所以对于纳米流体辐射规律及机理的研究具有重要的意义。首先综述了纳米流体辐射特性的研究现状,并对纳米流体的辐射特性进行了理论研究,进而采用瑞利散射模型和Mie(米氏)模型对纳米流体最重要的辐射特性之一的透射率进行了理论分析;而后运用实验进行对比验证,分析不同理论模型与实验数据间的吻合性。结果表明：Mie模型比瑞利散射模型更加准确,在光伏热实验平台开发利用中具有更好的适用性。该研究旨在利用纳米颗粒改变流体对太阳能的辐射特性,探索一种实际设计时纳米流体辐射特性简易高效的计算准则,并得到影响纳米流体辐射特性的重要因素之一的体积分数的变化规律,从而提高太阳能直接吸收式集热装置的太阳能利用率。纳米流体辐射特性理论的分析与研究,有利于促进纳米技术在太阳能领域的应用,提高太阳能的综合利用效率。     

白光下液晶器件光程差分布的测试与单色光验证

提出了把液晶波片作为电控补偿器,使用偏光显微镜的白光照射条件下测试液晶器件光程差二维分布的方法,建立了液晶器件在正交偏光下测试二维光程差分布的验证系统。使用该系统测试了液晶电控波片的光程差分布,将测试数据与传统的1/4波片法的测试结果进行了标定,误差在3%以内。在此基础上,使用上述系统完成了液晶光楔、紫外光寻址的透过式液晶空间光调制器二维光程差分布的测试,得到了二者的电控二维光程差分布规律。该方法的进一步优化,还可以用于液晶光学相控阵列的测试。研究意义在于,可以用偏光显微镜自带的白光照明系统来测试电控液晶器件在多个波长,包括近红外波段下光程差二维分布的显微结构,用于液晶光学相控阵列的驱动电压非线性校正、相位凹陷与回程区检测,还可用于液晶空间光调制器的光学寻址伽马校正等方面。     

二元光学液晶闪耀光栅的特性分析

在二元光学理论的基础上,结合波动光学理论和液晶指向矢的计算提出一种新的二元光学液晶闪耀光栅设计.对液晶光栅电极施加阶梯分布的电压使之形成相位阶梯形分布,推导出液晶闪耀光栅的衍射效率.结果表明,通过改变周期单元光栅电极数日而改变光栅常数,可以改变光衍射角度,一级衍射角度调节范围0°～10°;调节电极电压可以使特定级次衍射光效率达到90%以上,使该级次得到闪耀.     

Programmable agile beam steering based on a liquid crystal prism

To meet the application need for agile precision beam steering, a novel liquid crystal prism device with a simple structure, convenient control, low cost and applicable performance is presented, and analysed theoretically and experimentally. The relationships between the optical path and the thickness of the liquid crystal cell under different voltages are investigated quantitatively by using a theoretical model. Analysis results show that the optical path profile of the liquid crystal prism has a quasi-linear slope and the standard deviation of the linear slope is less than 16 nm. The slope ratio can be changed by a voltage, which achieves the programmable beam steering and control. Practical liquid crystal prism devices are fabricated. Their deflection angles and wavefront profiles with different voltages are experimentally tested. The results are in good agreement with the simulated results. The results imply that the agile beam steering in a scope of 100 μrad with a micro-rad resolution is substantiated in the device. The two-dimensional beam steering is also achieved by cascading two liquid crystal prism devices.