基于LCOS的典型性可编程衍射光学元件研究

发布时间：2020-06-01 06:59

【摘要】：随着科学技术的发展,现代光学与微电子学相互渗透紧密联系,在光通讯、信息存储等领域快速发展,对光电信息实时处理的要求也越来越高。传统光学元件虽结构稳定,光学性能优异,但结构固定单一、制作成本高,已经不能灵活地满足日趋增长的复杂光学波前调制需求。空间光调制器作为一种在光电信号处理中扮演着重要作用的器件,能实时地对光波前进行振幅、相位和偏振态的调制。硅基液晶(LCOS)作为一种离散结构的可编程光波前调制器件,集液晶显示技术与硅芯片技术,通过计算机接口标准图形信号来控制和驱动每个像素加载电压,让高度集成化与可编程调制两种技术共同发挥作用。由于其具有衍射效率高、定位精准、功耗低、调制灵活等特点,正逐步取代传统的光学元件,成为实时光学信息处理、光计算系统中的关键器件,已经广泛应用于光互连、激光制导、微光等领域。利用纯相位LCOS将计算光学与衍射光学元件相结合,研究实现衍射光学元件的方法,对于光电信息处理的发展具有积极的作用。通过设计功能软件,实现动态地衍射光学元件相位调制图的计算,构建起衍射光学元件与LCOS器件之间的连接桥梁。本论文的主要研究内容与创新情况如下:(1)基于LabVIEW设计了一款光学实验仿真软件,利用MATLAB计算方面的优势以及LabVIEW图形化语言的特点,通过LabVIEW和MATLAB结合编写而成,软件系统主要以LabVIEW设计仿真界面,以MATLAB来编写光学模拟仿真,软件实现了基础光学(透镜成像、光的反射)、光的衍射(单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射)和光的干涉(薄膜干涉、多缝干涉)等经典光学现象的再现,同时集成了拓展实验模块中全息图、衍射光学元件相位调制图等实时计算方面的应用。(2)针对传统光学元件设计自由度低以及成本高等问题,研究了一种基于液晶空间光调制器(LC-SLM)实现可编程衍射光学元件(DOE)的方法。首先,分析了 LCOS的像素结构特性;其次,利用计算机编码产生衍射光学元件的相位调制图;最后,将几种典型性DOE(菲涅尔相位透镜、数字闪耀光栅、Axilens)对应的相位函数加载至硅基液晶(LCOS)上,从而实现对入射波阵面的相位调制,得到相应的衍射图样,实验结果验证了该方法的正确性和有效性。相比于传统的光学元件,本文提出的方法能够大大提高制作DOE的灵活性,适用于各种波阵面调控的场合。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74

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本文编号：2691117