基于微納液晶像素單元的相位調(diào)制器件模型研究.pdf

1、隨著光電領(lǐng)域的迅速發(fā)展三維顯示技術(shù)迎來春天。經(jīng)典的光全息只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)的三維顯示，而建立在波光學(xué)衍射原理基礎(chǔ)上的全息視頻顯示技術(shù)是公認(rèn)的動(dòng)態(tài)三維顯示的終極目標(biāo)。全息視頻顯示需要巨大的空間帶寬積和寬視場(chǎng)角，一種研究路徑是設(shè)計(jì)具有微納米尺度像素單元的有源波陣面調(diào)制器件，但是如果利用現(xiàn)有的空間光調(diào)制器(SLM)如硅基液晶(LCOS)將其像素尺寸縮小會(huì)面臨許多物理技術(shù)問題，如:邊緣場(chǎng)效應(yīng)、低衍射效率、達(dá)不到2π相位調(diào)制等。具有良好的光學(xué)非線性和雙

2、折射性的液晶和具有不同電磁特性的超材料成為研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。利用有源液晶與亞波長(zhǎng)深金屬光柵的表面等離激元(SP)相結(jié)合的方法有望打破全息視頻顯示的瓶頸。
　　本文針對(duì)現(xiàn)有SLM器件中空間帶寬積的限制，在SP和液晶的電控可調(diào)性的微納特性像素單元陣列的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新的滿足全息視頻顯示需求的相位調(diào)制器件模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該模型能夠在亞波長(zhǎng)尺度上調(diào)制光，并且達(dá)到了[0，2π]的相位調(diào)制范圍。論文包括以下兩方面的研究?jī)?nèi)容和成果:
　

3、　1)以金屬-介質(zhì)-金屬(MDM)結(jié)構(gòu)的光柵共振現(xiàn)象為基礎(chǔ)進(jìn)一步研究了法布里-珀羅(F-P)共振腔和SP，結(jié)果表明亞波長(zhǎng)深金屬光柵相位調(diào)制器件中反射光相位與F-P共振關(guān)系密切，實(shí)現(xiàn)2π相位調(diào)制量的關(guān)鍵在于器件構(gòu)架的設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)了一種有源相位調(diào)制器件模型，它將傳統(tǒng)LCOS頂部電極層用亞波長(zhǎng)深金金屬光柵代替利用光柵狹縫中SP來調(diào)制反射光相位;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在1μm的顯示單元內(nèi)且在不增加中間介質(zhì)層厚度的情況下，通過優(yōu)化亞波長(zhǎng)深金金屬光柵周期、

4、高度和狹縫寬度等與已有光柵調(diào)制器件相比所提器件模型的魯棒性更好、不易氧化且依然可以實(shí)現(xiàn)2π相位調(diào)制量，這為后續(xù)的器件加工提供了便利。
　　2)液晶顯示器件驅(qū)動(dòng)電壓的大小和光電效應(yīng)的優(yōu)劣直接影響顯示的效果，本文計(jì)算得出了所提器件模型的閾值電壓，研究了不同電壓下液晶指向矢的偏轉(zhuǎn)情況;通過對(duì)器件模型像素間距、相鄰像素施加不同電壓、液晶預(yù)傾角的研究找到了降低邊緣場(chǎng)效應(yīng)和抑制液晶分子預(yù)傾角反轉(zhuǎn)的方法并最終獲得了最佳數(shù)據(jù)參數(shù)，當(dāng)給非目標(biāo)像素施