【摘要】：全息視頻顯示是一種真三維顯示技術(shù),被認(rèn)為是替代目前高清電視的未來產(chǎn)品。全息視頻顯示的核心器件是空間光調(diào)制器(SLM),不同于目前的液晶高清電視,它至少需要具備2π的相位調(diào)制能力并且像素特征尺寸應(yīng)該與光波長尺度相當(dāng)。目前被廣泛研究的SLM主要有聲光調(diào)制器(AOM)、數(shù)字微鏡裝置(DMD)以及硅基液晶(LCOS)。LCOS集成了現(xiàn)代平板顯示技術(shù)和CMOS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是未來全息顯示技術(shù)中一種可供選擇的器件。但是,雖然CMOS技術(shù)已經(jīng)達(dá)到亞微米的尺度,目前市場(chǎng)上能夠購買到的可用于全息顯示的LCOS最小像素尺寸為6.4μm。造成這種問題的原因是：當(dāng)前的LCOS器件是利用液晶(LC)的光程差來達(dá)到2π相位調(diào)制的目的,不能隨像素尺寸的縮小而減小LC層厚度。如果將目前LCOS像素尺寸直接減小到理論要求的尺寸會(huì)明顯導(dǎo)致像素尺寸和LC層厚度的比例過小,使得LCOS中相鄰像素之間電場(chǎng)相互干擾產(chǎn)生邊緣場(chǎng)效應(yīng),影響LCOS的相位調(diào)制能力并且降低LCOS的衍射效率,無法達(dá)到實(shí)用的目的。為了突破現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的局限,我們探討使用表面等離子體(SP)技術(shù)。SP(或者稱為表面等離子激元(SPP))是由金屬表面自由電子和光子的相互作用產(chǎn)生的沿著金屬—電介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ碾姾擅芏炔?是一種新型的光控制技術(shù),具有近場(chǎng)增強(qiáng),可調(diào)性,在亞波長尺度上對(duì)光的調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)。SP的物理性質(zhì)可由麥克斯韋方程和相應(yīng)的公式來解析描述,也可以通過數(shù)值模擬的方法進(jìn)行計(jì)算,具有常規(guī)金屬或電介質(zhì)所無法實(shí)現(xiàn)的特性。本文基于SP技術(shù)提出兩種新穎的LCOS結(jié)構(gòu),期望解決目前基于LCOS的全息視頻顯示所面臨的邊緣場(chǎng)效應(yīng)以及低衍射效率的問題,嘗試突破目前LCOS空間光調(diào)制器的瓶頸。論文主要包括以下幾方面的研究內(nèi)容和研究成果：1)分析了目前用于全息視頻顯示的LCOS器件所面臨的問題,指出當(dāng)前用于全息視頻顯示的LCOS無法滿足寬視場(chǎng)需求。2)針對(duì)目前LCOS器件的邊緣場(chǎng)效應(yīng)問題,提出基于表面等離子共振(SPR)的LCOS結(jié)構(gòu)模型。在傳統(tǒng)的Kretschmann結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上,利用SP對(duì)周圍介質(zhì)敏感的特性,將LC作為調(diào)制折射率的電介質(zhì),實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)制。數(shù)值分析結(jié)果表明,基于SPR的LCOS結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)反射光的相位調(diào)制,減小使用的LC層厚度,從而減小邊緣場(chǎng)效應(yīng)的影響。3)由于SP具有突破衍射極限的能力,研究了金屬—電介質(zhì)—金屬(MDM),即縫隙表面等離子(GSP)的色散特性,提出在LCOS單元結(jié)構(gòu)中引入特異介質(zhì)表面(metasurface)結(jié)構(gòu),利用TechWiz LCD仿真工具計(jì)算LC分子的指向矢分布情況,使用FDTD Solutions工具對(duì)光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明在確定所使用的金屬電介質(zhì)種類及厚度時(shí),由不同金屬寬度組成的GSP具有對(duì)光的異常散射特性,可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)散射光的相位調(diào)控,利用亞波長尺度的結(jié)構(gòu)對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控可以有效地提高全息重構(gòu)的衍射效率。
【圖文】：

為光學(xué)特性模擬提供了可能。文中將從ＴｅｃｈＷｉｚ邋ＬＣＤ獲得的ＬＣ逡逑指向矢的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入ＦＤＴＤ邋Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ軟件，通過兩種軟件的結(jié)合，確保了實(shí)驗(yàn)逡逑的有效性。首先通過ＴｅｃｈＷｉｚ邋ＬＣＤ仿真分別得到ＬＣＯＳ基本單元以及基于ＧＳＰ逡逑的ＬＣＯＳ單元的ＬＣ指向矢分布以及ＬＣ層中電場(chǎng)線的分布情況，，如圖４．７所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN27

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本文編號(hào)：2553599