液晶器件相位调制特性研究

利用2×2琼斯矩阵方法,理论上分析了不同液晶排列的透射型与反射型液晶器件的相位调制特性.在光强透过率变化小于10%的条件下,得出了两种类型器件的纯相位调制范围.     

反射型LCOS器件纯相位调制特性的研究

研究了反射型的LCOS显示器件的相位调制特性.采用2×2的Jones矩阵计算仿真，从理论上分析了它的相位调制特性，建立了一套测量振幅和相位特性的测试系统.它采用He-Ne激光为光源，用干涉仪观察波前相位，将LCOS显示器件作为液晶空间光调制器，用计算机和相关的电路系统驱动控制，并用CCD采样数据，测试了1024×768 LCOS显示器件的相位调制特性.理论和实验的一致性说明了在特定的入射、出射偏振光配制下，LCOS显示器件可以做纯相位调制器. 关键词： 空间光调制器 液晶显示器 反射型LCOS     

平行排列液晶器件的波前调制特性

设计了一种新型的平行排列液晶相位调制器(LC PM),可在纯相位的模式下进行相位调制,研究了液晶相位调制器的光学特性,理论上给予了分析．对畸变波前进行了调制,在1 cm2的校正面积上,调制后的准确度PV(peak to valley)值接近λ／15(λ=0.6328 μm),RMS(Root Means Square)可达到λ／100,斯特列尔比SR (Strehl Ratio)达到0.989．改变了传统的扭曲向列液晶器件难于进行纯相位调制和得到高准确度调制的缺点,达到了理想的效果.     

快速响应的硅基纯相位液晶器件对动态大气湍流波前的校正能力研究

液晶相位调制器的响应时间延迟是影响液晶自适应光学系统性能的一个主要因素, 为了提高系统的响应速度, 开发了一种快速响应的向列相液晶材料, 并制成了反射式硅基液晶器件(LCOS). 分析了该LCOS的相位调制特性及其对静态畸变波前和扰动波前的校正能力. 首先, 测量了LCOS的电光响应特性, 得出其780 nm相位调制量的响应时间为2 ms. 其次, 测量了LCOS的相位调制特性, 并对相位调制进行了线性化处理. 再次, 测量了用该LCOS搭建的液晶自适应光学系统的闭环和开环3 dB带宽, 它们分别为16和18 Hz. 最后, 给出了开环液晶自适应光学系统校正大气湍流的数值模拟结果, 结果表明. 系统的Strehl比由校正前的0.025上升到了校正后的0.225. 因此, 该液晶自适应光学系统可以对Greenwood频率为30 Hz以下的大气湍流进行较良好的校正.     

基于聚合物网络液晶的近红外波段快响应相位调制器

相位型液晶空间光调制技术已经广泛应用于自适应光学、信息光学等领域,然而一直存在着响应速度较低的问题。为了提高相位型液晶空间光调制器的响应速度,采用聚合物网络液晶制备近红外波段亚毫秒响应相位调制器,并对其光散射特性和瞬态响应特性进行了研究。通过降低聚合反应温度并提高紫外(UV)固化照度,可以降低器件的光散射强度,实现较好的相位调制。在此基础上,初步研究了聚合物网络形貌对最大光散射强度的影响。在高电压加载下,聚合物网络的电致伸缩效应会极大降低聚合物网络液晶的响应速度,使其达到秒级,经分析认为通过采用高介电各向异性的液晶材料可以降低阈值电压,提高器件的响应速度。     

一种液晶相位调制特性的测量方法

提出一种基于衍射光栅的液晶相位调制特性测量方法.该方法利用液晶构建相位分别为0和φ的二值光栅,通过傅里叶光学的方法推导衍射光栅第0级衍射光斑光强和调制相位φ之间的关系,然后实测光强和液晶驱动电压之间的对应关系来得到相位和液晶驱动电压之间的对应关系,即液晶相位光栅的相位调制特性.最后利用测量相位调制特性结果构建液晶相控阵,用光束偏转误差验证调制特性测量结果,相位测量误差小于1×10~(-3)rad.     

液晶空间光调制器的调制特性测量

分析了液晶空间光调制器LC2002的工作原理,测量了振幅调制特性和最佳相位调制特性曲线.对经扭曲向列液晶空间光调制后的待测波面进行横向剪切干涉,用CCD记录其干涉图样,采用一维图像分析法得到最大相位调制为0.837π.实验证明液晶空间光调制器可以很好地进行相位调制.     

基于液晶光调制器的夏克-哈特曼波前探测技术

微透镜阵列是夏克-哈特曼波前探测器的关键器件。利用液晶器件的空间相位调制特性,可实现微透镜阵列功能,且具有孔径和焦距可变的优点。论述了基于液晶光调制的夏克-哈特曼波前探测校正技术的特征、技术进展、及应用前景。     

向列相液晶分子结构与黏度关系研究及BPNN-QSAR模型建立

用于光学、微波通信调谐等器件的向列相液晶材料需要具备高响应速度来实现应用需求.液晶器件响应速度与液晶的旋转黏度、液晶的双折射率等因素相关.微波器件用向列相液晶,常采用大π-电子共轭体系、大极性基团来提高液晶分子的双折射率和介电各向异性,实现宽相位调制量,也因此增大了液晶材料黏度,影响了微波器件的响应速度.本文以液晶黏度因素为主线,对本课题组设计合成的42种向列相液晶在25℃时的黏度用旋转流变仪进行测试,从液晶化合物的结构角度分析影响液晶黏度的因素.首次建立向列相液晶分子结构与黏度的BPNN-QSAR定量构效模型,模型测试组预测值跟真实值之间的相关系数q²=0.607>0.5,说明模型可用于液晶化合物的黏度性能预测,并对影响黏度性能的分子结构描述符进行了探讨.从实际应用出发结合本课题研究,设计了两个系列7个大双折射率液晶分子, BPNN模型测试黏度量度小于同类型分子,实验测试值与模型测试值相近.     

高精度纯相位液晶空间光调制器的研究

研制了平行排列液晶空间光调制器（LC SLM）。论述了平行排列液晶相位调制的理论,进行了计算模拟。对液晶空间光调制器相位调制特性和振幅调制特性进行了测量,实验结果表明,在整个灰度级范围内是纯相位调制的空间光调制器,并且调制的范围可达到0．6λ。在ZYGO菲佐干涉仪上进行了精度特性的研究,得到了非常好的结果,在1cm^2的面积上,进行了畸变波前的调制,其精度峰谷值可达0．098λ,均方根值可达0．017λ。在此精度的基础上产生了π相位差的栅结构,证明了这种液晶空间光调制器可以很好的进行相位调制。     

平行光管气流扰动的液晶自适应光学校正

利用液晶自适应光学技术,建立了一套验证系统.使用哈特曼传感器为波前探测器件,反射式的LCOS液晶器件为波前校正器件,以闭环控制校正方式工作.初步实现了波前PV值从1.02λ下降到0.37λ（λ＝633 nm）的校正准确度,成像质量明显提高.系统的调制传递函数由校正前的不到10 lp/mm提高到了校正后的超过50 lp/mm.     

用SVGA1薄膜晶体管液晶显示器矫正人眼波像差

在研究了SVGA1薄膜晶体管液晶显示器（TFT LCD）的位相调制特性的基础上,用它作为眼波像差的矫正器件,在用哈特曼-夏克波前传感器的眼像差测量系统中对眼波像差进行了成功的矫正.对于5.2 mm的瞳孔,矫正后人眼波像差的PV值降低了3倍多,并接近瑞利判据的像差容限.对系统的光学传递函数(MTF)的分析说明,经波像差矫正后眼的空间分辨率由17 c/deg提高到38 c/deg.     

位相可控液晶空间光调制器的研究

论述了平行排列液晶的位相调制理论，进行了理论结果的计算模拟．研制出平行取向TFT型液晶空间光调制器并分析了其位相调制特性.结果表明,此平行取向的液晶空间光调制器可用于位相调制，其调整量优于0.7 μm，最小调整步长是0.052 μm．在ZYGO干涉仪上进行的位相控制实验，得到了很好的实验结果．     

Phase Modulation Characteristics Analysis of Optically-Addressed Parallel-Aligned Nematic Liquid Crystal Phase-Only Spatial Light Modulator Combined with a Liquid Crystal Display

An optically addressed parallel-aligned nematic-liquid-crystal spatial light modulator (PAL-SLM) has been studied as a dynamic phase-only light modulation device. The phase modulation characteristics of the PAL-SLM using a liquid crystal display (LCD) as an addressing mask were investigated by analyzing diffraction efficiencies resulting from binary gratings projected from the LCD. A more than 2π phase-only modulation depth was achieved. The highest first-order diffraction efficiency of approximately 38% was also obtained; this is close to the theoretical limit. The experimental results of diffraction efficiencies depending on the phase modulation depth are in good agreement with the simulation for the system operation.     

太阳光对液晶显示器件光学特性的影响

太阳光对液晶显示器件的影响主要表现在它对其液晶显示器件光稳定性和寿命的影响,从而引起液晶显示器件的迅速老化。通过用分光光度计测量经过不同时间太阳光辐照后液晶显示器件的光谱特性,研究长时间阳光辐照对液晶显示器件的光学性能的影响,分析其光学性能的变化。结果表明, B组普通计算器液晶显示器和C组电话液晶显示器两组液晶片的光学特性类似,品质较好;而A组台式计算器液晶显示器液晶片的老化问题明显比B, C两组严重,品质较差。液晶显示器件长时间受阳光辐照,液晶结构会相应发生变化,光学性能也发生相应变化,表现为液晶表面变黄发黑,其光谱透射特性明显下降。这与液晶材料及制作工艺有关。     

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采用三支节液态调配器使离子回旋加热(ICRH)天线系统达到阻抗匹配,在阻抗匹配的条件下结合频率调制技术来减小由天线输入阻抗变化所引起的反射功率。数值模拟了频率调制前后天线负载与反射系数的变化关系,用来验证频率调制对ICRH天线中阻抗匹配装置的影响。模拟结果表明:三支节液态调配器结合频率调制方法,能更好地降低天线传输系统的反射系数,使得发射机的功率通过天线辐射更加有效地耦合到等离子体中去。     

液晶光学相位共轭镜的研制

本文研制了一种由向列型液晶和非晶硅光导层组成的新型光学相位共轭镜。概述了该器件产生相位共扼波的原理,通过实验测试了器件的性能。测试表明,该器件有灵敏度高(20μW/cm²)、响应速度快(5ms)、光谱响应范围宽、结构紧凑等特点。由于响应快,器件能在没有防振装置的实验桌上输出相位共轭波,这对相位共轭的推广应用有重要意义。为了提高共轭光强,实验中还使用了一种脉冲增强技术,它将共轭光的功率提高了一个量级以上。     

Plasmonic all-optical bistable device based on nematic liquid crystal

Low-power all-optical bistable liquid crystal (LC) devices are reported in which surface plasmons propagate along a metallic grating. The threshold switching illumination was 1.4 mW/mm² in the device with the twisted-nematic LC cell. This is a lower value than for all-optical bistable devices reported previously. This low-power bistability device can be used in two-dimensional optical memories or spatial light modulators.     

模拟双星的液晶自适应校正分辨

研究了液晶自适应光学系统对模拟双星的校正.首先测定了LCOS液晶波前校正器的位相调制特性.结果表明其可以实现一个波长的调制量.同时,利用Gamma校正实现了位相和灰度级的线性调制关系.然后把液晶波前校正器和哈特曼波前传感器组成自适应光学系统,并和口径220 mm的望远镜对接,实现了对模拟双星的探测和校正分辨.     

频率调制对ICRH 天线阻抗匹配的影响研究

采用三支节液态调配器使离子回旋加热(ICRH)天线系统达到阻抗匹配,在阻抗匹配的条件下结合频率调制技术来减小由天线输入阻抗变化所引起的反射功率。数值模拟了频率调制前后天线负载与反射系数的变化关系,用来验证频率调制对ICRH 天线中阻抗匹配装置的影响。模拟结果表明：三支节液态调配器结合频率调制方法,能更好地降低天线传输系统的反射系数,使得发射机的功率通过天线辐射更加有效地耦合到等离子体中去。