本文關(guān)鍵詞：液晶微光學結(jié)構(gòu)建模與大孔徑電控液晶透鏡研究

  更多相關(guān)文章： 電控液晶透鏡 建模與仿真 點擴散函數(shù) 擺焦 大通光孔徑

【摘要】：液晶材料具有介電各向異性,目前被廣泛應(yīng)用于平板顯示領(lǐng)域和多種光電器件中。基于液晶材料的電控液晶透鏡具有獨特的電調(diào)焦電擺焦功能,常以陣列形式存在,通光孔徑一般較小,從而限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。迄今為止,發(fā)展大通光孔徑電控液晶透鏡技術(shù),已成為國內(nèi)外的一個研究熱點并受到廣泛關(guān)注。本論文針對該種液晶結(jié)構(gòu),較為深入地開展了理論分析和實驗技術(shù)研究。首先,基于連續(xù)體彈性理論,開展了電控液晶透鏡其指向矢和空間電勢的三維建模。然后,對經(jīng)典的電控液晶透鏡和擺焦透鏡進行了仿真,以檢驗建模的正確性。最后,從液晶透鏡的通光孔徑限制因素出發(fā),結(jié)合理論計算和仿真分析,提出了大孔徑電控液晶透鏡器件結(jié)構(gòu)和圖案電極的設(shè)計方法,完成了器件的制作、測試與評估。本論文的主要工作和創(chuàng)新點包括如下幾個方面。首先,用有限元法完成了電控液晶透鏡的三維建模,詳細分析了數(shù)值計算難點。通過坐標變換把不同形狀的四面體離散單元變換成了規(guī)則的四面體,使各離散單元區(qū)域內(nèi)的積分限同質(zhì)化,從而顯著降低了建模難度。然后,對常規(guī)電控液晶透鏡進行了再仿真,更為精確地給出其指向矢和電勢的空間分布特征,提出了點擴散函數(shù)的動態(tài)再現(xiàn)算法,進而得到透鏡結(jié)構(gòu)的精細焦距和焦斑屬性,從而克服了傳統(tǒng)方法基于相位延遲分布曲率來粗略估算焦距這一缺陷。接著,模擬和分析了電擺焦液晶透鏡的電光和光學性能,討論了關(guān)鍵性的向錯線問題,提出了通過抑制向錯線改善電擺焦液晶透鏡性能的方法和途徑。最后,基于發(fā)展大通光孔徑電控液晶透鏡這一目標,設(shè)計了新的液晶器件結(jié)構(gòu)和圖案化電極形態(tài)。為了進一步提升聚光效能,發(fā)展了四層電極結(jié)構(gòu)。通過在層化液晶內(nèi)產(chǎn)生陡峭電場,使波前更接近理想情況。所制作的通光孔徑為2mm的原理性電控液晶透鏡初步展現(xiàn)了所預(yù)測的聚光效能,從而驗證了大通光孔徑電控液晶透鏡設(shè)計方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：電控液晶透鏡 建模與仿真 點擴散函數(shù) 擺焦 大通光孔徑
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 常規(guī)微透鏡概述9-10
• 1.2 電控液晶微透鏡研究進展10-14
• 1.3 課題來源及論文主要工作14-15
• 2 電控液晶微光學基本特征15-26
• 2.1 液晶材料的分類15-17
• 2.2 液晶的基本物理性質(zhì)17-20
• 2.3 液晶的連續(xù)體彈性理論20-22
• 2.4 電控液晶微透鏡的基本物理特征22-25
• 2.5 小結(jié)25-26
• 3 液晶微透鏡的三維有限元建模26-60
• 3.1 液晶微透鏡的數(shù)值計算方法26-30
• 3.2 離散化與插值函數(shù)30-33
• 3.3 單元矩陣與向量33-36
• 3.4 坐標變換下單元矩陣的數(shù)值計算36-39
• 3.5 單元向量的數(shù)值計算39-46
• 3.6 總體矩陣與向量46-51
• 3.7 邊界條件51-57
• 3.8 計算指向矢與電勢的算法57-59
• 3.9 小結(jié)59-60
• 4 液晶微透鏡的仿真結(jié)果與分析60-79
• 4.1 經(jīng)典液晶微透鏡仿真60-63
• 4.2 平行光傳播過程模擬63-67
• 4.3 光強分布仿真再現(xiàn)67-72
• 4.4 電擺焦液晶微透鏡72-78
• 4.5 小結(jié)78-79
• 5 大通光孔徑液晶透鏡79-103
• 5.1 液晶透鏡通光孔徑的限制和解決方法79-81
• 5.2 大通光孔徑電控液晶透鏡設(shè)計81-84
• 5.3 結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化84-90
• 5.4 大通光孔電控液晶透鏡的電子學制作方法90-94
• 5.5 光學測試與分析94-102
• 5.6 小結(jié)102-103
• 6 總結(jié)與展望103-106
• 6.1 全文總結(jié)103-104
• 6.2 設(shè)計展望104-106
• 致謝106-107
• 參考文獻107-113
• 附錄 碩士期間的成果113

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本文編號：583442