液晶衍射光栅模型研究

在液晶指向矢计算的基础上，本文得到了向列相液晶在电场下折射率分布和相位延迟。并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上，分析了液晶衍射光栅对入射光一级衍射情况及其衍射效率，得到了它的数学模型。     

液晶衍射光栅的理论分析

在液晶指向矢计算的基础上,得到了向列相液晶在电场下折射率分布和相位延迟。并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上,分析了液晶衍射光栅对入射光一级衍射情况及其衍射效率,得到了15°左右的衍射角,且衍射效率达到40%。     

液晶相位光栅大屏幕投影

现已发现一种新型液晶盒工作模式，这就是液晶相位光栅模式，它是将空间周期电场加到介电和光学各向异性的均匀排列液晶层上而形成的。本文介绍了一种液晶相位光栅大屏幕投影系统，讨论了液晶相位光栅的基本衍射特性。     

液晶移相器的光电特性及其电路驱动

为了实现液晶移相器的每个光栅电极的驱动电压可以单独控制的目的,采用现场可编程门阵列编程的方法,进行了理论分析和实验验证,实现了驱动液晶移相器光栅电极的电压,以达到调整电极的相位分布。结果表明,液晶光栅电极相位的周期性分布对传输的光波可以进行相位调制,即可实现扫描。这一结果对调节液晶移相器光栅电极的相位是有帮助的。     

斜入射下液晶偏振光栅衍射特性研究

为了表征光束倾斜入射下液晶偏振光栅的衍射特性，提出了液晶偏振光栅斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型建模方法。该方法利用吉布斯自由能方程，求解液晶分子指向矢，得到驱动电压与液晶分子倾斜角的表达式，推导出斜入射角度与相位延迟量之间的关系，结合扩展琼斯矩阵表征不同入射角度下液晶偏振光栅的透过率，通过矢量衍射理论，建立了斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型。该模型不仅可以定量求解不同斜入射角度下液晶偏振光栅衍射效率，而且能够实现衍射效率最优时驱动电压的标定。通过仿真分析和实验对该模型的有效性进行了验证，结果表明:光束入射角度从0°倾斜到10°时，最优驱动电压由2.2 V降低到2.0 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到78%；光束入射角度从0°倾斜到?10°时，最优驱动电压由2.2 V升高到2.4 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到74%。     

液晶闪耀光栅波前相位测量方法

电控液晶光栅在卫星激光通信、激光雷达的光束指向应用中具有体积小、光束灵活可控的优势。而获取电控液晶光栅对光波前的相位调制分布则是评价液晶光栅性能的关键。提出液晶光栅调制波前相位的共轭移相干涉测量技术,通过实验对比验证了实测远场分布与近场相位计算远场分布的一致性,由此可实现由近场相位测量的光束指向控制新方法。     

基于大Δn液晶材料的短焦距透镜阵列

为了在不改变液晶透镜孔径的基础上减小其焦距,本文提出了一种基于大Δn液晶材料的短焦距透镜阵列。该透镜阵列采用大Δn液晶材料,使其在低驱动电压下便可以积累较大的光程差。下基板采用ITO驱动电极与ITO接地电极交替排列的结构,且ITO驱动电极位于介电层上方。ITO接地电极使其边缘区域内存在弱电场,介电层平滑了液晶层内的电场。该设计不仅在大孔径范围内实现抛物线形的相位分布,且减小了驱动电压。仿真结果表明,当驱动电压为6V时,该液晶透镜阵列的相位分布曲线与理想抛物线匹配较好。单个液晶透镜中心与边缘的相位差为42.17π左右,使其达到最小焦距约1.72mm。当驱动电压从0V增加到6V时,液晶透镜阵列的焦距从∞减小到1.72mm左右。因此,该液晶透镜阵列可以应用于2D/3D可切换显示、AR显示等领域。     

衍射法快速线性化液晶空间调制器的相位调制关系

纯相位型液晶空间光调制器是应用较广的高精度光学仪器。使用Holoeye产家推荐的双孔干涉测量法可使16阶闪耀光栅的1级光衍射效率达到80%。但需要滤波、准直、扩束等细致工作,耗时较长。运用二进制相位光栅衍射法可以简化修正过程。实验中每隔10个灰度值测一个点,利用Matlab做线性内插扩展到255灰度。使16阶闪耀光栅和二进制光栅的1级光衍射效率最终达到产家目录给出的83%和40%。修正结果证明5-5序列配置的Holoeye Pluto的液晶光阀在平均调制相位稳定的基础上,衍射法校正相位调制特性不受闪烁影响,且简单可行。     

扭曲向列相液晶太赫兹相位调制器特性研究

设计了扭曲向列相液晶太赫兹相位调制器,利用琼斯矩阵模拟分析了不同扭曲角30°、45°、90°对相位调制特性的影响。得出扭曲角越小其相位延迟量越高,并且对光的利用率越高。进一步分析电压效应,结果表明同一频率下加大电压可使透过率增大,相位延迟量减小。当扭曲角为30°,选择液晶材料为LC1825,液晶盒厚度为250μm设计了透射型相位调制器,在1.2THz频率处获得126°的相位延迟。为提高相位调制量设计了结构参数与透射型相同的反射型太赫兹相位调制器,在1.2THz下得到相位延迟量为270°,因反射型结构较透射型增加了一倍的有效光程,相位调制量大幅提高。     

被动矩阵垂直配向液晶显示器光程差的表征与测量

在不加电场的情况下,被动矩阵垂直配向液晶显示器(PMVA-LCD)对于垂直入射光不产生相位延迟,故无法表征及测量其光程差.通过对PMVA-LCD透过率与电压关系的理论推导及模拟得出,在电压增大到一定值后,其透过率随电压增大而保持稳定,即此时光程差保持稳定,这一数值可用来表征PMVA-LCD的光程差.对实际样品进行测试,得到的结果与理论分析结果较为接近,之间的误差主要由白光的色散现象引起.根据此方法,可以方便地匹配液晶层的△nd值与C-plate补偿片的补偿值R,使得PMVA-LCD达到更好的显示效果.     

用闪耀光栅获得并聚焦偏振光

构造了用闪耀光栅分离并聚焦偏振光的模型，用傅里叶光学的方法详细推导出了衍射场强分布公式，分析计算了闪耀光栅对偏振光分离并聚焦的特性。优化设计了两个闪耀光栅。计算结果表明，选用不同的光栅参数，可以实现将o光和e光分离任意角度并聚焦。本文的方法扩展了闪耀光栅的应用范围，对实际制作偏振光分束器有一定的指导意义。     

非对称全息方法制作闪耀光栅的模拟与分析

为了实现全息方法制作闪耀光栅,在对称全息光栅制作方法的墓础上,设计了一种非对称光路进行曝光。模拟了特定显影条件下光栅槽形及其衍射效率光谱。并与理想三角形闪耀光栅比较。结果表明：模拟槽形具备闪耀光栅槽形特征,其正一级衍射效率谱线与相应闪耀光栅非常接近。     

双闪耀光栅的计算机设计与制作方法

提出一种用计算机设计制作的双闪耀光栅，是在闪耀光栅和双频光栅基础上发展起来的一种新型光学元件，是由微闪耀光栅列阵组成的、兼有闪耀光栅和双频光栅的优良特性。     

闪耀光栅的衍射特性研究

为了系统研究闪耀光栅的衍射特性,分析光栅结构参量对其衍射效率的影响,采用严格的耦合波分析方法,得到了闪耀光栅的槽顶角、闪耀角等结构参量以及波长与衍射效率的关系。结果表明,随着槽顶角的增大,闪耀角向减少的方向移动,衍射效率则向降低的方向移动;槽顶角一定时,随着光波长的增大,衍射效率降低,同时闪耀角向增大的方向移动;同时分析了闪耀光栅的偏振现象。分析结果可为闪耀光栅的设计提供参考依据。     

采用弹性基底制作变间距光栅

提出了一种新的制作变间距光栅的方法,即利用软刻蚀在厚度变化的硅橡胶(PDMS)上制作等栅距的光栅结构,然后对其拉伸加载,使其成为变间距光栅。对所制作好的变间距光栅采用基于衍射原理的逐点扫描法检测其线密度的分布,同时用经典理论推导了光栅表面的线密度分布,并对两种方法所得结果进行了比较发现,检测结果与理论分析结果相吻合。研究结果表明,这种制作变间距光栅的方法是可行的,与传统的制作方法相比,具有间距连续变化、变化规律不受光路控制以及制作成本低等优点。     

啁啾光栅解调的准分布式光纤Bragg光栅传感器

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的应用范围.提出一种线性啁啾光栅(CFBG)解调的准分布式FBG传感系统.利用波导理论分析了CFBG特性;利用传输矩阵法推导了CFBG反射谱模型及波长与相位延迟的关系,并给出了相位延迟曲线.实验表明:所设计的系统应变测量范围为0～2000 με,温度测最范围为0～80℃;相位变化与被...     

龙格-库塔法与矩阵分析法处理线性啁啾光纤光栅时延特性的差异

耦合模方程一般是分析光纤光栅特性的出发点 ,在求解它的数值解法中 ,目前主要有龙格 -库塔法和矩阵分析法。介于这两种方法的差异 ,从一线性啁啾光纤光栅出发 ,比较它们得到的时延曲线。在相同的条件下 ,当波长增大时 ,前者所得的曲线中出现愈来愈明显的间断现象 ,且它与步长的选择无关 ,而后者所得时延曲线连续 ;但是增加取样点数 ,龙格 -库塔法所得时延轨迹的不连续情况可以被消除。因此在取样点数适当多时 ,龙格 -库塔法与矩阵分析法所得时延一致。     

利用二元光学进行闪耀光栅的设计

详细介绍了一种基于二元光学的闪耀光栅的设计方法,并利用傅立叶变换和二元光学理论推导了此光栅的衍射效率公式以及实现闪耀的条件,并利用matlab分析了各级衍射效率,证明可对特定级次实现闪耀。     

全息拼接光栅的误差研究

为了制作大面积拼接光栅,对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差,确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性,计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响,分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ,该误差接近光栅拼接精度要求,通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明,利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。     

编码孔径光谱成像仪中凸面闪耀光栅的研制

针对一款基于DMD的光谱维编码Offner光谱成像仪对凸面闪耀光栅的性能要求,提出了一种凸面闪耀光栅的宏观-微观一体化优化设计方法,利用三维偏振光追迹算法有机融合了宏观层面的Offner光学系统设计与微观层面的凸面闪耀光栅槽型设计。介绍了编码孔径Offner光谱成像系统的组成和工作原理,并结合系统的使用要求设计了一款平均衍射效率为85.47%的中波红外凸面闪耀光栅。在此基础上,采用超精密单点金刚石车床成功制备了曲率半径为120 mm、周期为99.945 μm、闪耀角为1.1783°、槽深为1.834 μm的凸面闪耀光栅。测试结果表明,在3~5 μm光谱范围内,最大衍射效率为93.46%,平均衍射效率为84.29%,与理论设计值较为吻合,验证了凸面闪耀光栅设计方法的有效性。