向列相液晶中弱光引致各向异性衍射图样的研究

研究了弱线偏振光(≈0.16 W/cm²)通过垂直排列C₆₀掺杂的向列相液晶(5CB)薄膜的远场衍射图样.基于取向光折变机理,二波耦合使液晶分子进行二次取向之后,强度为高斯分布的光束通过样品时将形成高斯分布的空间电荷场,偏振光束通过样品时将产生偏振衍射图样.衍射图样的轮廓是同心圆环,在垂直于光的偏振方向有对称缺口.改变入射光的偏振方向可以看到衍射图样也随之改变, 有效非线性折射率系数n₂≈0.3cm²/W 关键词： 向列相液晶 取向光折变效应 自相位调制 衍射图样     

高阶涡旋光束生成技术研究

应用液晶空间光调制器加载螺旋相位片的方法可以高效地生成涡旋光束,但由于液晶空间光调制器分辨率有限,在加载高阶螺旋相位片时其中心会出现相位失真,造成涡旋光束质量不高。通过在螺线相位片中心区域引入闪耀光栅的方法,得到了光束质量较高的高阶单模涡旋光束和多模涡旋光束,为生成高阶涡旋光束提供了一种很好的方法。     

采用液晶空间光调制器进行激光光束的空间整形

提出采用液晶空间光调制器进行激光束的实时,可调控光束空间整形的新方法,研究了液晶空间光调制器的光学调制特性,用液晶空间光调制器衬时产生的软边切趾光阑与空间滤波器结合,有效地对任意光束进行空间整形,获得光束填充因子高,近“平顶”光强的光束近场分布。     

偏振调制光学乘法器的设计与实验

设计了一种偏振调制光学乘法器,以2个空间光调制器分别表示2个二进制乘数,让准直的偏振激光束依次通过2个空间光调制器进行各位求积,使得出射的线偏振光通过不同偏振方向的偏振片,对二进制各位的光强进行不同程度的衰减,对衰减后的光功率进行累加得到乘法结果.以2个3位二进制数乘法运算为例进行实验,验证了系统的可行性.     

涡旋光束在反射中的正交偏振特性研究

本文从角谱理论出发建立了涡旋光束在空气-玻璃界面反射时的傍轴传输模型, 并研究了反射过程中诱导产生的正交偏振效应. 当一水平偏振涡旋光束以不同角度入射时, 反射光束的正交偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布, 而水平偏振分量强度分布呈现与入射光束相似的分布, 且只在布儒斯特角附近入射时才现出与正交偏振分量垂直的双峰分布. 对于任意线偏振入射光, 其正交偏振分量的偏振方向不再垂直于入射时的偏振方向, 而是与反射光束的中心波矢垂直, 此时正交偏振分量出现有趣的旋转特性, 其物理原因归结于任意线偏振光入射时所对应的水平与垂直偏振分量的反射系数不同. 最后进行了相关实验验证, 发现实验结果与理论分析符合得较好. 关键词： 正交偏振 涡旋光束 任意线偏振     

全光控制产生任意矢量光束

提出通过调制光场的所有空间分布参数产生任意矢量光束的方法,即用两个反射型纯相位液晶空间光调制器可以对光的相位、振幅和偏振(包括偏振旋转和椭偏度)等参量进行全光调制或全光控制。在理论上给出了全光控制的琼斯矩阵方程,再计算要加载在空间调制器上的灰度图,从而产生目标矢量光场。实验上,通过调制两个或三个光场的空间分布参数产生了不同的矢量光场图样,从而验证了全光控制产生矢量光场方法的可行性。     

液晶空间光调制器的混合场效应

通过研究透射光的偏振方向或者偏振状态研究了液晶空间光调制器的混合场效应.观测了不同条件下液晶空间光调制器的透射光的线偏度以及主轴方向,分析了扭曲向列效应和双折射效应的变化.实验结果表明:液晶的双折射效应叠加在扭曲向列效应上,共同影响透射光的状态,其综合效应即混合场效应是液晶空间光调制器的主要工作模式.     

偏振态对准相位匹配线性电光效应的影响

系统研究入射光为不同偏振态时的准相位匹配线性电光效应。在准相位匹配条件满足时,若入射光为线偏振光,则o光与e光能够彻底耦合,出射光仍为线偏振光,且其偏振方向可以通过外加电场调节到任意角度;若入射光为椭圆偏振光,则o光与e光不能彻底耦合,输出光为与输入光同椭圆率的椭圆偏振光,其椭圆方位角可以通过调节外加电场旋转到任意角度;若入射光为圆偏振光,则o光与e光之间没有能量耦合,输出光仍为圆偏振光。准相位匹配条件满足的线性电光效应在保偏的偏振旋转器中有重要应用。在准相位匹配条件不满足时,o光与e光由于相位失配而没有能量耦合,输出光的偏振态取决于o光与e光的初始相位差和双折射(自然双折射和电光双折射)引起的附加相位差,特别是极化占空比为0.5时,电光效应引起的双折射总效果为零。     

温度对铌酸锂电光相位调制特性的影响

利用折射率椭球基本理论对线性电光效应进行了分析,对单轴晶体铌酸锂电光相位调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值模拟计算,分析了加电场时光通过LiNbO3电光调制器后出射光的相位变化与温度间的关系,得出在横向和纵向调制中温度对相位改变的影响。研究发现,无论在横向还是在纵向调制下,入射光偏振方向不同但其各自受温度影响的相位变化趋势大体一致,即随着晶体中温度的增加而增大。计算结果表明,LiNbO3电光调制的最佳使用方案为：电场沿x主轴方向施加,入射光偏振方向为感应主轴x’方向,且LiNbO3电光调制器粟用横向相位调制方式。     

非均匀关联径向偏振部分相干光的产生

从理论和实验两方面对非均匀关联径向偏振部分相干光的产生进行了研究.理论上,基于相位关联与相干度的联系,推导出了非均匀关联径向偏振部分相干光的2×2阶交叉谱密度矩阵及相干度分布.实验上,利用一个相位型液晶空间光调制器的不同区域,对入射的完全相干的径向偏振光的两个正交偏振分量分别加载随机相位调制,并实验测量了这种光束的相干度分布及其对光强分布的影响.实验结果验证了光束相干度的非均匀关联结构,并且通过改变随机相位的高斯调制半宽可以改变光束的相干性分布.研究表明,随着随机相位的高斯调制半宽的增加,光束中两点间的相干度逐渐减小,其光强分布由圆环状逐渐变化为类平顶的光强分布.这种非均匀关联的径向偏振部分相干光在激光微操纵和材料加工等领域具有一定的潜在应用价值.     

Oblique-Incidence Characteristics of a Parallel-Aligned Nematic-Liquid-Crystal Spatial Light Modulator

We have developed optically-addressed and electrically-addressed liquid crystal spatial phase-only light modulators having no pixelized structures. We obtained a large depth of phase-only modulation and high diffraction efficiency based on the electro-optical characteristics of a parallel-aligned nematic liquid crystal. These spatial light modulators (SLM) are of the reflection type, so there would be a loss of power in the readout light from the half mirror, which was set up so as to separate the incident and reflected lights. To optimize the characteristics of a reflection type spatial phase-only light modulator, we have proposed an oblique incident optical readout setup. We have examined the effect of conditions such as the polarization direction and the incidence angle of the readout light, and the orientation of liquid crystal molecules in the SLM. High diffraction efficiency close to the theoretical maximum value was obtained by adjusting the above conditions. The simulation analysis can well explain the experimental results of phase modulation.     

基于空间光调制器的光束大角度扫描技术研究

为实现一束激光在90°锥形范围内的扫描,利用液晶空间光调制器在光束偏转控制时精度高、无机械惯性等优点,研究并建立了基于液晶空间光调制器的光束偏转和角放大光路系统。提出了空间光调制器的可编程相位调制算法和角放大光路结构,推导了空间光调制器光束偏转角度与相位灰度驱动图的关系,设计了角度放大倍率高于22倍的角放大光路系统。在此基础上,建立了光束扫描控制实验系统,对该装置角度出射范围进行了测量,将实际的角放大倍率与设计值进行对比。实验结果表明:研制系统的出射视场角可达91.22°,并可通过畸变校正实现出射视场角范围内的规则形状扫描。该研究在光束敏捷控制、无线激光通信、目标搜索与追踪等领域具有重要的研究价值和应用前景。     

反射式液晶空间光调制器电控光束偏转

为获得较大的光束电控偏转范围,使用空间分辨力高达8 m的反射式液晶空间光调制器实现了对入射632 nm激光的电控偏转。利用双光束共焦干涉方法测量了液晶空间光调制器的电控相位延迟特性,最大相移量可达3。根据二元光学理论和器件的电控相位延迟特性,设计了周期台阶相位模式和相应的加载灰度图,以最大衍射效率实现对入射光束的闪耀电控偏转。结果表明:相位模式台阶数为8时,可以实现10 mrad的光束偏转,闪耀级次衍射效率可达46%。利用二元光学的衍射模型对影响衍射效率的关键因素进行了分析,认为器件较低的填充因子和周期台阶模式相位重置点诱导的指向矢回程区是限制光束衍射效率的主要因素。     

基于Wollaston棱镜的大角度液晶光束偏转系统

设计了一种能够应用于空间光通信的大角度高精度光束偏转系统。系统采用液晶空间光调制器(LCSLM)实现小角度光束偏转,采用多Wollaston棱镜级联实现角度放大。介绍了LCSLM和Wollaston棱镜的光束偏转原理,并对大角度高精度光束偏转系统进行了仿真分析。仿真结果表明系统能够实现角度范围为±13.25°的光束偏转。国内首次提出运用Wollaston棱镜来实现大角度的光束偏转。     

彩色全息显示中液晶空间光调制器位相调制偏差的矫正方法

采用三基色激光照明并结合时分复用或空间复用技术,可实现基于液晶空间光调制器(LC-SLM)的彩色全息显示.但由于在不同激光波长入射条件下LC-SLM的位相调制特性曲线不同,难以同时满足多波长入射条件下2π线性位相调制的要求,致使彩色全息再现结果受到共轭像和零级斑的干扰.针对该问题,本文通过实验测试获得LC-SLM在不同波长入射时的位相调制特性曲线,并分析了RGB激光器各分量的位相调制特性曲线非线性偏差和调制幅度偏差对多阶位相型傅里叶变换相息图再现效果的影响.根据"查表法"建立了各波长入射条件下满足2π线性位相调制的灰度映射关系,并对RGB分量相息图进行修正.通过对修正前后RGB分量相息图的数值模拟再现和光电再现实验与分析,结果表明:该方法有效地克服了LC-SLM位相调制特性曲线偏差的不利影响,从而改善了彩色全息显示中各分量相息图的再现质量.     

Liquid crystal polarization rotator: Optical element for intermodulation spatial-bandwith reduction in holography

A liquid crystal polarization rotator (LCPR) to reduce the intermodulation spatial-bandwidth in offset-reference holography is proposed. The LCPR is divided into two portions which rotate the direction of polarization of the incident light beam differently. The rotation angle is set so that the direction of polarization of the transmitted light beams make an angle 90° with each other, so that object beams through the two portions do not interfere with each other. This rotator reduces the spatial frequency range of hologram intermodulation noise to 1/2 that of the conventional hologram recording method.     

相位板偏振偏转角对径向偏振光的梯度力分布的影响

研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。     

相位板偏振偏转角对径向偏振光的梯度力分布的影响

 研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。