基于全息聚合物液晶光栅的动态增益均衡器的设计与模拟

介绍了聚合物分散液晶(PDLC)材料及体全息光栅的特性,提出了基于全息聚合物液晶(H-PDLC)电控光栅多极串联式动态增益均衡器的设计。根据光栅的衍射特性计算公式,对全息聚合物液晶光栅在中心波长为1550 nm的波长选择特性进行模拟,并且进一步利用遗传算法模拟实现全息聚合物液晶动态光强增益均衡器的功能。计算模拟表明,选择合适的全息聚合物液晶光栅参量,能够使光栅在1550 nm为中心波长的衍射谱线半宽度达到10 nm。同时,采用基于全息聚合物液晶的动态光强增益均衡器,能够使掺饵光纤放大器在1530~1560 nm内,其自发辐射谱的不平坦度从3.3 dB降到0.1 dBp-p(峰-峰值)。     

用于全息波导头盔彩色显示的色散矫正设计

衍射光栅是全息波导头盔显示系统中的关键元件,但在彩色显示中,因其特性,红绿蓝三色波长的入射光会衍射不同的角度。在波导中经历数次全反射后,三色光在出射光栅的不同位置处出射从而造成色散。针对彩色全息波导头盔显示系统中的色散问题,结合全息波导系统本身的特点,提出了采用多层波导的方法矫正色散。根据不同波长入射光的衍射角,设计了四层波导,每层采用不同折射率的材料,对各个波长的光路进行矫正,以此来达到矫正色散的目的;最后通过仿真分析验证设计的准确性。结果表明,红绿蓝三色的光线几乎在同一位置处出射,三色图案高度重叠。因此采用所提多层波导设计的方法能够有效解决全息波导头盔显示系统中的色散问题。     

影响聚合物分散液晶体全息光栅衍射效率因素的分析

介绍了全息聚合物分散液晶 (H PDLC)体全息光栅形成机理。从理论上分析了衍射效率、折射率调制幅度以及散射对衍射特性的影响。通过实验研究了聚合物分散液晶 (PDLC)微观结构及PDLC材料配方、曝光时间、空间频率、膜层厚度以及外加电压等影响H PDLC光栅衍射效率的主要原因。实验研究表明 ,材料配方是影响最大的因素。较小的膜层厚度、较小的光束夹角和较短的曝光聚合固化时间有利于衍射效率的提高。在光束夹角为17° ,PDLC膜厚为 10 μm ,4 4 1 6nm激光功率 5 0mW ,曝光时间约 30s的情况下 ,利用改进的PDLC配方制作了衍射效率为 90 %的体全息光栅     

基于聚合物分散液晶的二维六角晶格变间距光栅的研制

利用柱面波与平面波干涉形成一种二维(2D)全息聚合物分散液晶(H-PDLC)变间距光栅。为了使聚合物与液晶分离得更加彻底,采用曝光强度为16mW/cm2、波长为532nm的激光进行实验,并且两次曝光时间分别为2s和60s,通过将样品二次曝光和旋转60°形成2D六角晶格H-PDLC变间距光栅,分别研究了光栅的理论周期变化范围、衍射特性、电控特性以及影响光栅周期变化的参数分析。结果表明:在半径为6 mm的圆形范围内,光栅的周期变化区间为1.804~2.281μm,与理论计算所得结果基本一致。在没有加载电压的情况下,一级衍射效率达18.3%,当加载电压达到90V时,零级衍射效率由15.6%增加至73%。该光栅具有变周期和电控特性,在衍射光学领域具有潜在的应用价值,可用于染料掺杂2D H-PDLC光栅的可调谐多波长有机激光器的研究。     

增塑剂对全息聚合物分散液晶光栅衍射性能的影响

在全息聚合物分散液晶的预聚物体系中添加增塑剂DOP,制备全息聚合物分散液晶光栅.通过红外光谱仪、AFM、He-Ne激光器观察分析发现,邻苯二甲酸二辛酯的添加不仅提高体系双键的转化率,改善聚合物基质的形貌,同时也提高光栅的衍射效率,降低驱动电压.针对实验结果进行分析,DOP的添加降低体系黏度、延长相分离的时间、提高单体的双键转化率,从而改善光栅电光特性.     

含氟单体材料对全息聚合物分散液晶Bragg光栅电光特性的影响

在全息聚合物分散液晶的预聚物体系中添加含氟的单丙烯酸酯单体,制备全息聚合物分散液晶Bragg光栅,通过AFM、He-Ne激光器观察分析,发现甲基丙烯酸十二氟庚酯(Actyflon-G04)的添加不仅改善聚合物基质的形貌,同时也影响光栅的电光特性。实验结果表明,光栅的衍射效率从78%上升到90%,驱动电压V90大幅降低。分析认为,Actyflon-G04的添加降低了聚合物界面的表面张力,影响液晶微滴的分子取向,从而实现了光栅电光特性的改善。     

纳米银掺杂的液晶/聚合物全息光栅中的表面等离子体共振

报道了纳米银颗粒的局域表面等离子体共振能显著提高全息聚合物分散液晶(H-PDLC)光栅的衍射效率。着重分析了球形纳米银颗粒在PDLC中的表面等离子体共振特性,根据Mie理论,模拟计算了球形纳米银颗粒在PDLC材料中的消光光谱并得出了相应的表面等离子体共振峰值,且该值与用光谱仪测得的材料吸收峰值相近。同时,根据准静态近似理论,模拟了球形纳米银颗粒在特定波长的光照射下的球内外电场分布。证明了球形纳米银颗粒在聚合物分散液晶材料中发生表面等离子体共振,当用与共振峰值相近的激光对材料进行曝光时,可以增强液晶与聚合物的相分离过程,所制备的光栅样品结构更加整齐平滑,从而提高了光栅的衍射效率。     

基于超快液晶薄膜的实时动态全息三维视频显示

介绍了在超快液晶薄膜中的实时动态全息视频显示成果,此薄膜不需任何外加电场,而且全息响应在毫秒量级,全息图建立和自擦除时间最快都可达到1ms。利用红绿蓝(RGB)三色激光作为读出光获得了无串扰噪声红绿蓝三色实时动态全息显示视频。基于全息复用技术,在此材料中实现RGB模式彩色全息视频显示。由于此材料易于制成大尺寸显示屏,而且无需任何外加电场,所以由其制成的空间光调制器或其他全息显示器件无需进行像素化,这样就能有效地克服现有空间光调制器的缺陷,其有望在未来被开发成高分辨率、大尺寸、彩色实时动态全息三维视频显示器。     

全息聚合物分散液晶膜的干涉图像存储及衍射特性

用激光干涉形成的亮条纹引发预聚物／液晶混合物相分离,在相分离稳定后,干涉图样被存储在聚合物／液晶复合膜中,被称之为全息聚合物分散液晶（HPDLC）。研究了相关因素对HPDLC膜信息存储的影响,并且光学显微镜观察了膜结构。给出了具有栅式结构膜的衍射特性。实验结果表明,形成的HPDLC膜其存储的栅结构稳定持久,而且其衍射效率可用电或热来调节。     

全息液晶/聚合物光栅的制备

将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合，以Ar^ 激光器为光源，使混合物在激光干涉光场的引发下发生光化学反应，从而导致液晶与预聚物发生相分离，形成全息液晶／聚合物相位光栅。采用光学显微镜和He-Ne激光器对所制样品进行测试，结果表明，当液晶含量在30％－45％范围时，所制样品具有较好的栅结构，其衍射效率具有电场可调性。     

聚合物分散液晶柔性全息曲面光栅的研究

本文通过将聚合物分散液晶膜包裹在固定曲率半径的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)软膜内,通过平面波干涉的全息技术,制作了一种柔性曲面全息光栅.文章研究了柔性曲面全息光栅的衍射再现特性.使用微元法以及耦合波理论研究推导了柔性曲面光栅在曲率改变时的衍射特性公式.提出以柱面波...     

一次曝光法制备二维可调谐液晶光栅

设计了全息光路,采用一次曝光方法制备了基于聚合物分散液晶材料体系的二维可调谐液晶光栅.采用偏光显微镜和原子力显微镜对光栅的形貌进行检测,并利用He-Ne激光器对光栅的电光特性进行测定.结果表明,该光栅具有清晰的二维结构,衍射图样为空间点阵,衍射效率具有电场可调谐性.实验表明,改进的光路设计可制备多种形式的可调谐液晶器件.     

基于体全息技术的裸眼3D投影系统

裸眼3D(naked-eye three-dimensional)技术具有多感知性、沉浸感、交互性、构想性的特点,可打破传统显示,让使用者不用戴眼镜就能轻松体验科技的立体影像效果,具备广阔、实用的应用前景。利用激光全息的干涉记录和衍射再现的原理,设计了裸眼3D显示屏的制作光路,使两幅具有不同视差的图像经投影仪投影到全息投影屏,经全息屏的光场调制后分别进入人的左眼和右眼,在人的大脑形成三维立体的显示效果;采用了光致聚合物感光材料作为体全息的记录介质,通过多层薄全息衍射效率的累积,使得体全息的衍射效率达到73.56%以上,最终制作了高分辨率、高能量利用率的裸眼3D投影系统,实现了裸眼3D的展示功能,可应用在广告传媒、数字文创、游戏等多个领域。     

基于通用三原色信道的四原色图像颜色表示方法

本文针对当前多原色宽色域成像系统的图像信号无法在现有标准三原色信道传输、以及多原色宽色域显示系统没有多原色图像源的问题,提出了一种基于通用三原色信道的四原色图像颜色表示方法。由四原色构成的四边形被分解为两个三角形,位于每个三角形内的复合色光可以由三原色进行唯一地表达。若四原色成像系统摄取的彩色像素位于由红绿蓝三原色构成的三角形内,该像素将按照标准YUV格式进行编码,形成YUV序列;若四原色成像系统摄取的彩色像素不位于由红绿蓝三原色构成的三角形内,该像素将采用非标准YUV格式进行编码,也形成YUV序列。标准YUV格式与非标准YUV格式的区别使得解码器能够盲识别彩色像素来自红绿蓝三原色还是来自其他三原色,从而使得宽色域视频显示系统使用相应的三原色进行正确显示。实验结果表明:本文提出的图像编码方法可以完全利用标准三原色信道传输四原色图像信号,解码器可以100%正确识别YUV信号的三原色来源。作者利用JPEG图像压缩算法测试YUV序列,相较于RGB三原色系统下的标准YUV序列,非红绿蓝三原色下的YUV序列压缩率提升0.07～5.99,色域覆盖率远远超过Pointer色域,更加接近人眼可视色域。     

光致聚合物全息光栅曝光特性的研究

为了研究采用由曙红做染料、丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺构成的光致聚合物制成的全息透射光栅的曝光特性,用实验的方法探索了光栅空间频率、曝光强度、曝光时间等因素对该透射光栅衍射效率的影响。实验表明,聚合物全息透射光栅空间频率,曝光强度,曝光时间都有一个互相关联的最佳范围,在这一范围内衍射效率能达到最大值。当聚合物光栅在空间频率为2751 line/mm附近,曝光强度在12mW~15mW之间,曝光量在770mJ/cm2左右时,衍射效率最大。最大衍射效率能达到75%左右,在全息光栅中衍射效率较高。     

单体材料结构对全息聚合物分散液晶光栅电光特性的影响

使用3种分子结构不同的单体材料体系制备了全息聚合物分散液晶光栅,对所制备光栅的形貌、衍射特性、驱动特性、单体双键转化率等进行了研究.研究结果表明:体系中单体材料结构刚性的增加有助于相分离结构的改善.由柔性单体制备的光栅样品,双键转化率低,光栅液晶区域液晶微滴尺寸小,驱动电压高;刚性适度的样品,其光栅液晶区域液晶微滴较大,衍射能力达到96%,实际衍射效率为82%,且曝光结束后单体的单体双键转化率达到了57%,驱动电压为8.3 V/μm;随着单体材料结构刚性的继续增加,光栅液晶微滴反而变小,液晶区域变窄,驱动电压升高.因此,合理增加单体的刚性程度有助于提高光栅相分离及光栅的电光特性.     

新型聚合物网络稳定液晶光栅的制备

将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合，注入液晶盒，以紫外灯为光源，通过光掩模法使混合物在紫外光的引发下产生相分离，形成聚合物网络稳定液晶光栅。采用光学显微镜和He-Ne激光器进行测试，结果表明该光栅获得了周期性的栅结构，且衍射效率具有电场调谐性。     

一种红敏光致聚合物全息特性的研究

为了研究以丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙稀酰胺共同作为单体的厚约180μm的光致聚合物材料的全息特性,采用记录透射型衍射光栅和进行数字全息存储实验的方法,获得了较为理想的实验结果。结果表明,该光致聚合物材料呈现出较高的衍射效率(大于40%)及较高的灵敏度(约0.01cm2/mJ),且衍射效率达最大后趋于稳定,说明所制的样品均匀性很好,在其中所记录的衍射光栅处于较为稳定的状态,未出现过调制现象及明显的噪音光栅。根据该光致聚合物材料的布喇格偏移,得出样品厚度缩皱百分比约为1.7%;并在所制的样品内进行了数字全息存储,再现图像清晰,误码率约为5.3×10-4。说明该光致聚合物适合数字全息存储。     

单体平均官能度对制备液晶/聚合物光栅的影响

液晶／聚合物光栅，即全息聚合物分散液晶光栅(Holographic polymer dispersed liquid crystal，HPDLC)是一种新型光电子信息功能器件。采用紫外光固化丙烯酸脂和向列相液晶TEB30A制备了透射HPDLC型光栅，探讨了单体平均官能度对液晶／聚合物光栅的影响。实验将官能度分别为2．0和5．0的两种单体混合。使平均官能度在2．0～5．0变化，制备出系列HPDLC透射型光栅，通过观察光栅形貌、测量光栅的衍射效率及驱动电压，分析了相分离过程中的光聚合速度和液晶扩散速度的匹配问题。     

基于液晶偏振光栅的快速大角度光束偏转

基于液晶偏振光栅的快速大角度光束偏转技术在航空航天、激光通信、车载雷达、光信息处理、生物医药和军事对抗等领域具有重要应用前景,并得到了极大的关注。液晶聚合物偏振光栅可以实现高效率、大角度的光束偏转,并且制备工艺简单、成本低,逐渐被应用到非机械式光束偏转系统中。本文采用两种偏振全息光路分别实现大周期和小周期的液晶聚合物偏振光栅的制备,获得的液晶聚合物偏振光栅最高衍射效率达到99.3%。级联两个液晶聚合物偏振光栅,再层叠液晶聚合物铁电液晶液晶聚合物波片组,实现了更大角度范围的偏转,验证了70μs的4通道光束快速扫描。