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液晶包层波导技术研究进展

液晶与显示 2024年第5期39卷 697-706页

作者：刁志辉毕泽坤范维方蔚云慧穆全全中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京101408

液晶包层波导以波导为载体、以液晶为工作物质,包层中的液晶通过倏逝波调控芯层中的波导模式。相比于传统液晶器件,液晶包层波导能够巧妙解耦光线调制距离与液晶层厚度,并基于表面层液晶作用显著降低液晶回弹时间,具有调制幅度大、响应... 详细信息

液晶包层波导以波导为载体、以液晶为工作物质,包层中的液晶通过倏逝波调控芯层中的波导模式。相比于传统液晶器件,液晶包层波导能够巧妙解耦光线调制距离与液晶层厚度,并基于表面层液晶作用显著降低液晶回弹时间,具有调制幅度大、响应速度快的优势。本文综述了液晶包层波导技术在光束扫描、傅里叶变换光谱领域的研究进展,并展望了液晶包层波导技术在可重构光子器件领域的应用前景。不同的宏观应用表现均源于液晶包层对波导模式的微观调控。凭借独特的工作方式,液晶包层波导赋予了宏观应用新的技术优势。本综述为新型液晶光束调控方法提供一种重要的研究思路。

关键词：液晶波导光调控

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基于扭矩平衡的分时锚定能测量方法

液晶与显示 2024年第5期39卷 561-568页

作者：韩彤彤穆全全彭增辉刘永刚李大禹于洋王启东中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

光控取向技术一直是液晶光学器件制备中的关键环节,精确测量光控取向技术中的锚定强度与曝光条件的关系对于提高器件性能至关重要。然而,目前锚定强度的测量方法还存在一定的局限性,比如无法实现对同一取向膜的单点前后多状态的测量等,... 详细信息

光控取向技术一直是液晶光学器件制备中的关键环节,精确测量光控取向技术中的锚定强度与曝光条件的关系对于提高器件性能至关重要。然而,目前锚定强度的测量方法还存在一定的局限性,比如无法实现对同一取向膜的单点前后多状态的测量等,这导致实际应用中的诸多不便。鉴于此,本文提出了一种基于相位检测原理的新型方位锚定能测量方法,通过采用微分归一化拟合的方法同时结合全方位透射特性校正有效消除了起始放置误差,不仅极大地优化了测量过程,使测量误差控制在8%以内,而且大幅提高了测量时效性。理论与实验结果表明,该方法能够快速有效地测量光控取向膜锚定能随曝光参数的变化,具有较高的准确性和稳定性,能够为液晶光学元件的精密制造过程提供实时在线监测手段,对掌握光控取向物理过程和提高制造质量至关重要。

关键词：液晶方位锚定能扭曲角光控取向技术

应用于彩色光波导显示中的液晶偏振体光栅结构设计与制备

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液晶与显示 2024年第4期39卷 427-435页

作者：阚丽娜穆全全彭增辉杨程亮于洋刘永刚王启东中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心北京100049 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

本文设计并实现了一种三层结构液晶偏振体光栅,对其衍射特性及其在光波导中的耦合情况进行了研究。理论上,选取横向周期为424 nm,根据特定工作波长450 nm、532 nm、633 nm在满足布拉格衍射条件的情况下计算出了相对应的3个纵向周期以实... 详细信息

本文设计并实现了一种三层结构液晶偏振体光栅,对其衍射特性及其在光波导中的耦合情况进行了研究。理论上,选取横向周期为424 nm,根据特定工作波长450 nm、532 nm、633 nm在满足布拉格衍射条件的情况下计算出了相对应的3个纵向周期以实现其厚度方向的叠加。采用有限元法对该器件进行了模拟仿真,计算出了其光谱特性及角度特性,根据红绿蓝三色光色散关系仿真出了其在波导内耦合的入射角与衍射角之间的关系曲线。实验上,本文实现了该液晶偏振体光栅器件的制备并对其进行了系统性能表征,给出了一个初步的光波导耦合实验,演示了其耦合效果。结果表明,所制备的三层液晶偏振体光栅器件在450 nm、532 nm、633 nm下衍射效率最高可达80%以上,对应波长下的角带宽分别为12°、8°、6°,其在波导内耦合的视场经模拟可达到27.81°,是一种良好的光波导耦合器件。

关键词：光学器件角度响应衍射效率液晶偏振体光栅

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宽波段大视角液晶偏振转换器研究进展

液晶与显示 2024年第5期39卷 683-696页

作者：王启东穆全全刘璐璐于洋彭增辉刘永刚鲁兴海中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造重点实验室吉林长春130033 长春大学材料科学与工程学院吉林长春130022

偏振转换器能够通过对入射光偏振态的动态调控间接实现几何相位型多功能光学器件光学响应特性的动态可调。基于液晶的偏振转换器具有调控效率高、调控面积大、紧凑化程度高等诸多优势,是目前应用较为广泛的偏振转换器。本文围绕偏振转... 详细信息

偏振转换器能够通过对入射光偏振态的动态调控间接实现几何相位型多功能光学器件光学响应特性的动态可调。基于液晶的偏振转换器具有调控效率高、调控面积大、紧凑化程度高等诸多优势,是目前应用较为广泛的偏振转换器。本文围绕偏振转换效率、工作波段、视场角3个核心参量,系统介绍了液晶偏振转换器最新的研究进展,分别给出了典型液晶偏振转换器和大视角宽波段液晶偏振转换器的详细结构和性能表现,同时介绍了液晶偏振转换器工作波段和视角的拓展方法。该项工作能够为液晶偏振转换器结构设计与应用提供必要的参考,同时为基于几何相位或新型相位调控模式的研究提供一些思路。

关键词：液晶偏振转换器波段视角

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基于液晶包层平板光波导的偏振转换器设计

液晶与显示 2024年第6期39卷 725-734页

作者：蔚云慧毕泽坤刁志辉彭增辉刘永刚王启东穆全全中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京101408

基于液晶的动态可调偏振转换器具有大调制幅度、低功耗的优势,在片上集成系统具有重要的研究意义。然而现有的液晶偏振转换器存在传输损耗大、液晶分子难取向的问题。为此,本文提出了一种基于液晶包层平板光波导的偏振转换器。首先基于... 详细信息

基于液晶的动态可调偏振转换器具有大调制幅度、低功耗的优势,在片上集成系统具有重要的研究意义。然而现有的液晶偏振转换器存在传输损耗大、液晶分子难取向的问题。为此,本文提出了一种基于液晶包层平板光波导的偏振转换器。首先基于液晶各向异性与4层波导理论,构建了满足液晶包层平板光波导物理特性的偏振转换分析模型,厘清偏振转换发生的内在机理为液晶分子场致转动引起的波导内模式耦合。而后通过精确求解耦合状态下波导模式的传播常数和光场分布,提出一种适合于液晶包层平板光波导的偏振转换分析方法,总结出偏振转换效率及最小转换长度的理论公式,并掌握了模式耦合对偏振转换效率的影响规律。最后综合优化各层波导参数得到了一组可实现高偏振转换效率的器件参数,分析了芯层厚度、取向层厚度和电极长度偏差对转换效率的影响。结果表明,本文设计的液晶包层平板光波导偏振转换器可在0.2 V的驱动电压变化下实现转换效率在0%~99.98%的连续可调。

关键词：液晶光波导偏振转换器

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应用于325 nm波段高透过低降解液晶材料

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液晶与显示 2024年第1期39卷 10-16页

作者：刘怀宇刘永刚王启东穆全全杨小东彭增辉中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

液晶空间光调制器通过改变驱动电压强度控制液晶分子排布实现对光的调制。紫外区域可用的液晶空间光调制器随光聚合式3D打印等应用的兴起,重要性日益显现。然而绝大多数液晶材料都是有机物,在紫外波段存在光吸收和光反应。为了拓宽液晶... 详细信息

液晶空间光调制器通过改变驱动电压强度控制液晶分子排布实现对光的调制。紫外区域可用的液晶空间光调制器随光聚合式3D打印等应用的兴起,重要性日益显现。然而绝大多数液晶材料都是有机物,在紫外波段存在光吸收和光反应。为了拓宽液晶材料的应用波段,本文通过选择在应用波段不发生紫外吸收和光反应的官能团,设计了一类可在325~400 nm波段应用不发生光吸收和光反应的液晶材料,并对液晶材料的紫外-可见光光谱进行仿真以验证设计的合理性。将耐紫外液晶化合物配置成混合液晶材料后与常见的两种混合液晶材料的紫外稳定性进行比较。在经过120 min的325 nm紫外光源的辐照后,液晶材料的吸光度和相变温度几乎不变,双折射率变化0.04%,阈值电压变化1.39%,响应时间变化0.32%。

关键词：液晶材料紫外稳定性双折射率

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基于四象限液晶器件的差分相衬成像系统

液晶与显示 2023年第4期38卷 456-461页

作者：吴沛霖彭增辉穆全全宣丽张世冬李大禹中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 中科聚研(吉林)干细胞科技有限公司吉林吉林132000

在显微成像领域中,高成像质量图像的获取与良好的照明方式息息相关。传统显微镜使用聚光透镜来提供均匀强度的照明,调节聚光透镜的光阑匹配不同放大倍率的物镜。然而无色生物细胞的光学吸收系数低,在传统显微镜下难以观测到其细节信息... 详细信息

在显微成像领域中,高成像质量图像的获取与良好的照明方式息息相关。传统显微镜使用聚光透镜来提供均匀强度的照明,调节聚光透镜的光阑匹配不同放大倍率的物镜。然而无色生物细胞的光学吸收系数低,在传统显微镜下难以观测到其细节信息。为了突破传统显微镜的成像功能,本文设计了一种可调控的显微镜聚光镜模块,通过将小型扭曲液晶器件嵌入聚光透镜的后焦面处,调控液晶器件的对光的透过效果可以实现明场成像以及差分相衬成像。系统由一款商用显微镜改装而成,液晶器件尺寸为22 mm×18 mm,实现了系统的高度集成化。通过实验验证了系统的成像性能,实现了对微凸透镜样品的定量相位重建,实验与理论曲线的互相关系数达到0.9949,并且通过胚胎干细胞的重建展示了系统在实际应用中的效果。

关键词：显微镜计算成像差分相衬成像

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液晶空间光调制器对真实人眼畸变波前的校正

光学精密工程 2009年第11期17卷 2651-2656页

作者：姜宝光穆全全曹召良李抄夏明亮宣丽中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

基于液晶空间光调制器波前调制量大,像素密度高,驱动电压低等优点,用液晶空间光调制器作为校正眼像差的关键元件,研制了用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统。介绍了液晶空间光调制器的波前调制原理,利用ZY-GO干涉仪测定了位相... 详细信息

基于液晶空间光调制器波前调制量大,像素密度高,驱动电压低等优点,用液晶空间光调制器作为校正眼像差的关键元件,研制了用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统。介绍了液晶空间光调制器的波前调制原理,利用ZY-GO干涉仪测定了位相调制和灰度级的关系曲线。分别用Hartman-Shack波前探测器和高分辨率液晶空间光调制器探测和校正人眼的波前畸变,对近视5m-1(500度)的人眼进行了自适应校正实验。校正后,系统的波前误差为0.086λPV和0.013λRMS,达到了系统的衍射极限,并可清晰地分辨眼底原来模糊的细胞。实验结果表明,液晶空间光调制器可以有效校正畸变波前,达到提高成像质量的目的。

关键词：自适应光学波前探测器液晶空间光调制器(LCSLM)

1200mm望远镜开环液晶自适应光学系统设计

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光学精密工程 2010年第1期18卷 29-36页

作者：陈浩宣丽胡立发曹召良穆全全中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院研究生院

为验证液晶自适应光学成像技术校正大气湍流所引起的波前像差的有效性,提高光学系统的能量利用率,应用Ze-max软件设计出了与1200mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统。针对开环自适应光学系统探测光路和校正光路自身的特殊要求,制定... 详细信息

为验证液晶自适应光学成像技术校正大气湍流所引起的波前像差的有效性,提高光学系统的能量利用率,应用Ze-max软件设计出了与1200mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统。针对开环自适应光学系统探测光路和校正光路自身的特殊要求,制定了具体的公差原则,并应用Zemax软件进行了公差分析。分析表明,设计的自适应光学系统具备较宽松的公差条件,容易加工和装调。评价了该光学系统的成像性能,结果表明,设计的自适应光学系统的MTF曲线接近衍射极限,光学传递函数的模在50lp/mm时可达到0.4,而成像CCD的极限分辨率为31lp/mm,充分地利用了CCD相机的分辨资源。该自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.9m,F数为16,PV值为0.0314λ。

关键词：自适应光学光学系统望远镜离轴抛物面反射镜公差 Zemax软件