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液晶光学器件激光损伤研究

激光技术 2010年第3期34卷 392-394页

作者：骆永全张大勇张翠娟罗飞沈志学刘海涛中国工程物理研究院流体物理研究所绵阳621900

为了实现液晶光学器件在高功率固体脉冲激光装置上的应用,采用理论模拟和实验相结合的方法研究了液晶光学器件的激光损伤情况,建立了液晶光学器件激光损伤的物理模型,计算了一定入射激光能量密度下液晶光学器件的温度场分布和损伤情况,... 详细信息

为了实现液晶光学器件在高功率固体脉冲激光装置上的应用,采用理论模拟和实验相结合的方法研究了液晶光学器件的激光损伤情况,建立了液晶光学器件激光损伤的物理模型,计算了一定入射激光能量密度下液晶光学器件的温度场分布和损伤情况,测量了液晶光学器件中聚酰亚胺薄膜和液晶材料的激光损伤阈值,得到了液晶光学器件的激光损伤机理和损伤阈值。结果表明,液晶光学器件的激光损伤主要源于组成液晶光学器件的聚酰亚胺薄膜和液晶材料因温度升高导致的破坏,通过液晶光学器件结构的合理设计和物理参量的选择可以提高其抗激光损伤能力。

关键词：激光光学激光损伤抽运-探测液晶光学器件

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液晶光学器件功能薄膜的激光损伤机理研究

液晶光学器件功能薄膜的激光损伤机理研究

作者：李阳龙中国工程物理研究院

学位级别：硕士

液晶光学器件在光束整形、激光偏振态和相位控制等激光束精密控制技术上具有重要的应用潜力,但其能否在强激光系统中应用,其中一个重要指标是其抗激光损伤能力。本论文研究了连续波及脉冲体制(脉宽为10 ns)近红外激光(波长为1064 nm)对... 详细信息

液晶光学器件在光束整形、激光偏振态和相位控制等激光束精密控制技术上具有重要的应用潜力,但其能否在强激光系统中应用,其中一个重要指标是其抗激光损伤能力。本论文研究了连续波及脉冲体制(脉宽为10 ns)近红外激光(波长为1064 nm)对液晶光学器件功能膜层材料的损伤阈值和机理。建立了各膜层材料激光热损伤的物理模型,并进行了相关实验和数值模拟研究。建立了激光辐照氧化铟锡(ITO)导电薄膜的温度场和热应力计算模型,计算结果表明：1064 nm激光对ITO薄膜的损伤主要为热应力损伤;连续波激光辐照下,薄膜损伤始于薄膜与基底之间的界面处附近;脉冲激光辐照下,由于作用时间短,温升主要发生在光斑范围内的膜层,薄膜从表面开始损伤。实验研究了ITO的光电性能,测试了薄膜的吸收光谱曲线及方块电阻;利用泵浦-探测技术研究了其激光损伤现象,使用1-on-1法测定了氧化铟锡薄膜的50%损伤几率阈值;研究了不同功率密度激光辐照后薄膜方块电阻的变化。实验结果表明：薄膜越厚,方块电阻越小,激光损伤阈值越低;薄膜未完全损伤前,方块电阻随激光功率密度的增大而增大。研究了激光与PI薄膜材料的耦合机制及近红外激光辐照对PI薄膜的损伤,其损伤机理主要是激光加热导致其热分解。实验结果表明PI薄膜对1064 nm脉冲激光100%损伤几率阈值为25 J/cm2。建立了激光辐照PI薄膜的热计算模型,考虑了材料的分解放热。脉冲激光辐照PI薄膜(K9玻璃基底)的计算结果与实验结果相符合。计算了连续激光辐照50μm厚PI薄膜(无基底)的温度场,表明其对连续激光损伤阈值较高。实验研究了液晶材料的激光损伤,其机理主要是激光加热导致其温度超过清亮点温度(65℃)时,液晶材料从各向异性变为各向同性,液晶器件功能暂时失效;温度超过300℃后,液晶材料发生气化、分解以至碳化导致液晶器件的永久失效。实验结果表明：1064 nm、10ns激光脉冲作用时,液晶材料永久损伤的阈值为20J/cm2,略低于理论计算值,主要是因为计算中未考虑液晶盒中局部杂质、激光光强分布不均等因素的影响。建立了含有K9玻璃、ITO导电膜、PI取向膜和液晶材料的整体液晶光学器件的激光热损伤计算模型,给出了激光辐照后各部分的温度分布。分析了激光辐照下各膜层对液晶光学器件的影响,ITO薄膜和PI薄膜对1064 nm波长激光的吸收系数很大,导致激光沉积引起温升较大,是引起激光损伤的主要原因。

关键词：激光辐照液晶光学器件氧化铟锡薄膜聚酰亚胺薄膜激光损伤

基于楔形液晶光学器件的电控光束指向控制研究

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基于楔形液晶光学器件的电控光束指向控制研究

作者：崔汉汉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光束指向控制技术是指通过对光束方向的控制，实现扫描，控制和通信等功能，可广泛应用于激光通信、激光雷达等领域。光束指向控制技术的研究包括对基础理论、器件与控制方法的研究。传统控制系统中的机械式器件受限于机械结构，难以满... 详细信息

光束指向控制技术是指通过对光束方向的控制，实现扫描，控制和通信等功能，可广泛应用于激光通信、激光雷达等领域。光束指向控制技术的研究包括对基础理论、器件与控制方法的研究。传统控制系统中的机械式器件受限于机械结构，难以满足轻量化、便携化的需求。而电光偏转器、声光偏转器以及光学相控阵等非机械式器件，可以利用材料的电光特性，通过电学量对光束进行控制。用于制备非机械式器件的材料有很多种类。其中液晶材料因其独特的相态，具有良好的可塑性与延展性，在制备光学器件时具备独特的优势，所制得的器件拥有较高的分辨率与灵敏度。液晶光学相控阵与液晶光栅是液晶光学器件的典型，可以完成精确、快速的光束指向控制。然而液晶光学相控阵与液晶光栅在器件制备时需要进行光刻电极，工艺难度较高，而且需要考虑衍射。本文通过对液晶材料光学性质的研究，针对液晶光学器件结构优化，完成系统性的建模方法和材料特性研究，制备出楔形液晶光学器件，可以实现电控的光束指向控制。　　首先针对现有的液晶光学器件提出楔形结构设计的理念，结合液晶材料的光学特性以及物理原理，解释楔形液晶盒器件利用折射现象实现光束偏折控制的原理，分析得光束偏转角度与液晶折射率的关系。根据弹性能理论，加载在器件两端的电压引起液晶分子发生偏折，根据液晶分子的折射率模型，液晶分子的折射率发生变化，再引入有效折射率的概念，得出液晶折射率与电压的关系。由此得出光束偏转角度与电压的一一对应关系，建立楔形液晶光学器件的理论模型，以指导控制系统的完成。　　其次根据性能需求，进行材料选型和器件设计，制备核心器件楔形液晶盒。先对上下玻璃基板进行预处理完成镀膜，镀导电膜并用摩擦法制成取向膜，在组装时设置楔形液晶盒的上下基板之间夹角，将液晶分子灌装入容器内，成功研制了楔形液晶光学器件。针对已制备的实物器件，结合理想模型进行相应的理论计算。搭建光路进行试验，验证理论模型，根据实验的结果证明理论模型的准确性，器件可以实现0.75-1.05°的光束偏转。　　最后设计了驱动控制的模块的软硬件设计，形成可以智能控制的驱动电压电路，通过导线连接楔形液晶盒器件构成完备的控制系统。根据液晶材料的特性，为了避免材料失控，对液晶驱动电压的要求是方波信号，而且要求比较高的频率，信号的周期远小于液晶弛豫时间。电路包括微控制器、信号发生模块与输入输出模块，最终的实现控制模块可以输出10KHz频率的方波信号，并且幅值在0-4.4V范围内可调，配合计算程序，可以智能调节输出电压。再利用驱动控制模块驱动器件完成实验，检验电压幅值对应的角度变化，评估验证控制系统。

关键词：液晶光学器件楔形液晶盒液晶光学相控阵

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激光加载下液晶光学器件性能变化仿真模拟

激光加载下液晶光学器件性能变化仿真模拟

作者：汪小双华中科技大学

学位级别：硕士

当今液晶材料随处可见,除了在显示领域中的各种液晶面板,在激光系统中用作光束调制器件其也是十分常见,例如液晶波片,液晶空间光调制器,液晶偏振器件等。然而在高功率光学系统中,激光能量注入过高会产生明显的热效应,使得液晶光学器件... 详细信息

当今液晶材料随处可见,除了在显示领域中的各种液晶面板,在激光系统中用作光束调制器件其也是十分常见,例如液晶波片,液晶空间光调制器,液晶偏振器件等。然而在高功率光学系统中,激光能量注入过高会产生明显的热效应,使得液晶光学器件产生附加的光束调制,甚至会使得液晶材料发生相态变化而影响其使用。本论文针对连续激光加载对液晶光学器件的性能影响开展研究,分析其调控性能在激光加载下的演化以及失效机理,为液晶光学器件的制备工艺优化和实际应用提供理论指导依据,具体开展以下研究工作:(1)研究了液晶光学器件基本结构、工作原理、制备工艺等,建立了液晶波片等一些液晶光学器件制备的平台,实现了实验样品的自主生产。(2)设计并搭建了近共光路干涉测试系统,基于条纹移动法研究了液晶波片的最大附加相位变化随1064 nm连续激光加载的动态变化规律,并结合实际温升测试技术,分析了温度诱导液晶波片附加相位的产生机理。实验表明,在200～1500 m W激光加载下,液晶波片的附加相位随着加载激光功率的增加而增加,最终趋于稳定;≥1700 m W激光加载下,液晶波片出现宏观的形貌变化。基于液晶折射率与温度的物理模型,分析得知液晶波片附加相位是由温度诱导液晶折射率变化引起的。此外,激光加载下的液晶波片其透过率表现出了周期性的变化,这与液晶波片多层膜结构、液晶层折射率变化有关。建立了液晶波片激光加载的温度场模型,分析了激光能量在液晶波片内部的沉积过程。仿真结果表明,在连续激光加载下,氧化铟锡导电层(ITO)吸收的激光能量转换为热量传导至聚酰亚胺(PI)层和液晶层,液晶波片内部温度梯度很小。虽然液晶波片整体温度较低,但液晶层耐热性较差,其性能首先受到影响甚至失效。(3)当信号光波面各处附加相位不同时,需要对其进行二维分析。基于二维快速傅里叶变换,建立了空间分辨的附加相位测量能力,编写了干涉条纹相位提取代码,并利用最小二乘法对包裹相位进行解包,最终得到二维的附加相位值。

关键词：液晶光学器件热效应液晶折射率附加相位透过变化率

基于光流控技术的动态可重构液晶光学器件研究

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基于光流控技术的动态可重构液晶光学器件研究

作者：游露倩厦门大学

学位级别：硕士

光流控是微流控和光学相结合的一门新兴技术,通过在微纳尺度下对光或流体进行操控,进而实现系统光学性能的调节。传统固体光学器件存在成本高、.体积大、难以调谐等问题,在实际应用中仍然存在诸多限制。与传统的固体光学器件相比,光流... 详细信息

光流控是微流控和光学相结合的一门新兴技术,通过在微纳尺度下对光或流体进行操控,进而实现系统光学性能的调节。传统固体光学器件存在成本高、.体积大、难以调谐等问题,在实际应用中仍然存在诸多限制。与传统的固体光学器件相比,光流控器件体积小、成本低。特别地,由于液体成分的可选择性使得光流控器件能够实现光学性能的动态调控,满足了现代光学系统对可调谐性的需求。液晶作为兼具各向异性和液体流动性的软物质,其独特的光学性质和物理性质成为了目前人们探索多元化响应及可调谐器件的重要材料。本课题设计并制备了两类兼具光流控和液晶两者优势的动态可重构液晶光学器件。其中包括,基于光流控技术的胆甾相液晶反射型光学器件、基于光流控技术的向列相液晶光学器件。本文对液晶光流控器件的光学性能展开研究,主要内容包括:1、在胆甾相液晶掺杂反应性液晶单体和光引发剂,并先后通过光照聚合、有机溶剂浸洗制备胆甾相液晶聚合物模板,将胆甾相液晶聚合物模板集成进软光刻技术制备的PDMS微通道内,制备胆甾相液晶反射型光流控芯片。本文利用胆甾相液晶独特的螺旋结构所具有的布拉格反射特性以及液晶聚合物薄膜的“浸洗-再填充”特性,通过调控“再填充”进液晶聚合物网络的流体,实现了宽带可调的胆甾相液晶反射型光流控器件。本文进一步对流速、微通道宽度尺寸对反射带移动的影响展开了深入的研究。2、实验过程中,通过引入向列相液晶聚合物体系,采用了干涉曝光的制备方法,制备了具有交替周期结构的分布布拉格反射薄膜和向列相液晶偏振光栅。进一步将两个液晶聚合物薄膜与光流控技术相结合,通过操控流体,实现了动态可调的向列相液晶反射型光流控芯片和向列相液晶偏振光栅光流控芯片。最后,本文探究了流体成分和流速对两者的反射特性和衍射特性的影响。

关键词：光流控液晶光学器件动态调控可重构

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1064nm激光对氧化铟锡薄膜的损伤研究

高压物理学报 2012年第1期26卷 107-112页

作者：李阳龙王伟平骆永全王海峰张大勇中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

液晶光学器件在激光光束精密控制上具有重要应用前景,氧化铟锡(ITO)薄膜作为液晶光学器件的透明导电电极,是液晶器件激光损伤的薄弱环节。为此,建立了ITO薄膜激光热损伤物理模型。理论计算结果表明:1 064nm激光对ITO薄膜的损伤主要为热... 详细信息

液晶光学器件在激光光束精密控制上具有重要应用前景,氧化铟锡(ITO)薄膜作为液晶光学器件的透明导电电极,是液晶器件激光损伤的薄弱环节。为此,建立了ITO薄膜激光热损伤物理模型。理论计算结果表明:1 064nm激光对ITO薄膜的损伤主要为热应力损伤;连续激光辐照下,薄膜损伤始于靠近界面的玻璃基底内;脉冲激光辐照下,温升主要发生在光斑范围内的膜层,薄膜损伤从表面开始。利用泵浦探测技术,研究了ITO薄膜的损伤情况,测量了不同功率密度激光辐照后薄膜的方块电阻,结合1-on-1法测定了ITO薄膜的50%损伤几率阈值。实验结果表明:薄膜越厚,方块电阻越小,激光损伤阈值越低;薄膜未完全损伤前,方块电阻随激光功率密度的增加而增大。理论计算与实验结果吻合较好。设计液晶光学器件中的ITO薄膜电极厚度时,应综合考虑激光损伤、透光率及薄膜电阻的影响。

关键词：激光辐照液晶光学器件损伤阈值氧化铟锡薄膜

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铁电液晶光电模式及其应用

液晶与显示 2020年第7期35卷 675-684页

作者：郭琦杜芸梦赵慧洁 CHIGRINOV V G 郭海成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 香港科技大学先进显示与光电子技术国家重点实验室香港999077

铁电液晶因具有低电压驱动下的微秒级响应,近年来得到科研工作者的广泛关注,且有望应用于下一代显示及光子学器件领域。本文介绍3种典型铁电液晶光电模式,分别为表面稳定型(surface stabilized ferroelectric liquid crystal,SSFLC)、... 详细信息

铁电液晶因具有低电压驱动下的微秒级响应,近年来得到科研工作者的广泛关注,且有望应用于下一代显示及光子学器件领域。本文介绍3种典型铁电液晶光电模式,分别为表面稳定型(surface stabilized ferroelectric liquid crystal,SSFLC)、螺旋形变型(deformed helix ferroelectric,DHF)及电致解旋型(electrically suppressed helix,ESH)。对各光电模式的工作原理及对应的电光效应进行详细阐述,如双稳及多稳态响应、连续灰阶调制、高对比度开关等。同时,光控取向技术在铁电液晶器件中发挥着至关重要的作用。相较于传统摩擦取向层,光控偶氮染料取向层可实现非接触的、锚定能有效控制的铁电液晶取向,这为铁电液晶器件的无缺陷、大面积均匀取向提供前期基础。因此,高对比度、高分辨率、快响应的铁电液晶器件在未来的场序彩色显示、微型显示、2D/3D显示等领域有着广阔应用前景。

关键词：铁电液晶光控取向快响应液晶显示液晶光学器件

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透明导电膜的抗激光损伤技术研究

透明导电膜的抗激光损伤技术研究

抗激光损伤W:In2O3透明导电膜的制备和研究

中国光学学会2011年学术大会

作者：王海峰骆永全李阳龙赵祥杰张大勇中国工程物理研究院流体物理研究所

利用He-Ne激光散射法在1064 nm,15 ns单脉冲激光辐照下研究了商用透明导电ITO膜的激光损伤阈值与膜厚的关系,结果表明该薄膜在激光辐照下为热烧蚀损伤并呈现出强烈的厚度效应,通过分析比较,该效应是主要是因为厚度改变引起的载流子浓度... 详细信息

利用He-Ne激光散射法在1064 nm,15 ns单脉冲激光辐照下研究了商用透明导电ITO膜的激光损伤阈值与膜厚的关系,结果表明该薄膜在激光辐照下为热烧蚀损伤并呈现出强烈的厚度效应,通过分析比较,该效应是主要是因为厚度改变引起的载流子浓度的变化所导致的。随后,利用激光脉冲沉积系统在石英晶片上制备了具有低载流子浓度、高载流子迁移率的In1.97W0.03O3（IWO）透明导电膜,该薄膜表现为n型透明导电并沿着（222）择优取向具有较好的结晶性,在室温下该膜具有7.85×10-4 cm的电阻率并伴随有1.2×1020cm-3的载流子浓度和66.3 cm2/V.s的载流子迁移率。在400 nm-2000 nm光波长范围内,IWO膜的平均光透射率大于85%。在1064 nm、15 ns脉冲激光辐照下,IWO薄膜同样表现为热烧蚀损伤,对比于相同办法制备的具有相近电导率的ITO膜,IWO膜的激光损伤阈值为2.2 J/cm2,是ITO膜的2.4倍。我们的实验结果表明,寻找并制备具有低载流子浓度高载流子迁移率的透明导电膜是一条既不牺牲透明导电膜电导率,又能有效提高其抗激光损伤能力的技术途径。

关键词：激光辐照透明导电膜液晶光学器件 IWO ITO PLD

来源： cnki会议评论

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抗激光损伤W:In2O3透明导电膜的制备和研究