光栅平动式光调制器结构参量的优化分析

提出的光栅平动式光调制器是一种基于微机电系统(MEMS)工艺的光调制器,利用其表面具有的变形部分(可动光栅)提供衍射光栅,通过控制可动光栅的位移实现光调制器的两种工作状态,即亮态和暗态。根据衍射理论和傅里叶光学对光栅平动式光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和仿真。重点讨论了可动光栅占空比、长度L1、垂直光栅周期方向上边框长度、光栅栅条宽度、整个器件的光栅周期数等对光调制器工作性能的影响。结果表明,可动光栅与反射镜的距离为入射波长的一半时,调制器工作在暗态;而当可动光栅向反射镜方向下移入射波长的1/4时,光调制器工作在亮态;要达到最佳的衬比度,需满足可动光栅的栅条宽度为光栅周期的一半,L1应该为光栅周期的整数倍;在不满足L1为光栅周期d的整数倍时,可动光栅在垂直于光栅周期方向上的边框越小越好;光栅栅条越宽、光栅周期数越多,衬比度越高。     

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.     

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.     

基于液晶空间光调制器的光栅衍射效率

基于Jones矩阵理论和液晶弹性自由能理论,分析计算了扭曲向列型液晶空间光调制器（TN-LCSLM）的复振幅调制特性.以显示一维矩形光栅为例,详细计算了不同输入输出偏振器配置下的一级衍射效率.数值计算结果和分析表明,在加输出偏振器和不加输出偏振器两种情况下都存在一个具有最大一级衍射效率的取向配置.     

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.     

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.     

光栅光阀的光学特性分析和仿真

光栅光阀是一种基于微型机电系统（MEMS）工艺的光调制器,利用其表面具有的可选择的变形部分（可动光阀）,提供衍射光栅,被应用于投影显示等领域。光栅光阀的光学性能决定其在投影显示系统中应用的成败。依据多光束干涉理论和衍射理论对光栅光阀工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和计算机仿真。结果说明,光栅光阀在工作中处于“开”态时,可动光阀下降的距离应该是入射波长的1／4倍;设计时选择h=λ0／2,δ=Aλ0／4;当间隙处的反射率不同时,占空比对光栅光阀的光学特性有着不同的影响,给出了占空比与反射率的最佳组合值。     

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     

嵌入式镀膜光栅的数值模拟研究

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层,以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题,本文基于严格耦合波分析理论,对该光栅进行建模与数值分析.结果表明,在TE模入射时,该光栅的一级衍射效率可随膜厚在[0, 37%]内变化,其余非零级次的衍射效率低于2%.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求,同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向[45 °,70 °]、横向[-15 °,15 °]内变化时,一级衍射效率的变化平稳,可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响,给出了相应的数值分析,可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.     

嵌入式镀膜光栅的数值模拟研究

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层,以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题,本文基于严格耦合波分析理论,对该光栅进行建模与数值分析.结果表明,在TE模入射时,该光栅的一级衍射效率可随膜厚在[0,37％]内变化,其余非零级次的衍射效率低于2％.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求,同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向[45°,70°]、横向[-15°,15°]内变化时,一级衍射效率的变化平稳,可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响,给出了相应的数值分析,可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.     

液晶电视空间光调制器对比度的研究

本文分析了影响液晶显示屏对比度的种种因素,根据偏振光在液晶中传输的性质,提出了一种有效改进液晶电视空间光调制器对比度的新方法。通过实验得到了液晶电视最佳对比度的条件,从而使原来4∶1的最佳对比度提高到19∶1。     

Performance Improvement of Optical Single Sideband Signal Using an Integrated Mach-Zehnder Modulator

Abstract

A novel integrated Mach-Zehnder modulator consisting of three phase modulators to generate an optical single sideband with carrier signals in the radio-over-fiber system has been proposed. By adjusting the direct current voltage applied in the modulation arm, named the “direct current arm,” the power of the optical carrier in the optical single sideband signal is controllable, and the optimal carrier-to-sideband ratio of 0 dB can be achieved for any modulation index. The simulation results show that the receiver sensitivity can be greatly improved, and the radio-over-fiber system based on the proposed technique has better robustness.