• 产品名称:基于ig彩票单步曝光的光配向液晶器件研究及应用
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  • 发布时间: 2021-06-17
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  基于SLM的单步曝光要领,上海交通大学应用MR和SD1举动取向资料制制了众种PB相液晶光学元件,包罗光栅、透镜、q-plate和全息图(如图5-7所示)等。图5(a)(b)二值PB光栅正在零电压和施加电压环境下的衍射图样;(c)二值PB光栅的显微镜图;(d)(e)相连PB光栅正在零电压和施加电压环境下的衍射图样;(f)(g)相连PB光栅显微镜图和衍射效力弧线 (a) PB透镜的显微镜图;(b)(c)零电压和施加电压环境下PB透镜正在1 m处的衍射图案图7(a)~(d) q=0.5、1、1.5、2的 q-plate正在偏光显微镜下的图像,及(e)~(h)对应天生的涡旋光束;(i)重筑的PB全息图

  今天,上海交通大学李燕教学团队提出了一种基于空间光调制器(SLM)的可告竣任企图案计划的单步曝光光配向要领,正在《液晶与显示》(ESCI、焦点期刊)发布了题为“基于单步曝光的光配向液晶器件商量及利用”作品。

  PB相液晶元件的高衍射效力、电控可调、大折射率调制、偏振采选性等上风,使其成为显示编制中的枢纽器件。液晶PB相器件普通有两种驱动格式:主动驱动格式和被动驱动格式。上海交通大学应用PB透镜,诀别提出了昂首显示编制和头戴式AR显示编制。

  正在浩瀚光取向资料中,偶氮染料分子因其安静的化学本能和光敏锐特色取得了普及利用。文被选取的两种光取向资料MR和SD1。两种资料的做事机理和罗致波长的区别,导致正在打点格式上也有所区别。MR染料分子通过掺杂正在液晶中,用绿色激光实行照耀使MR分子取得有序分散告竣配向。SD1资料则是以旋涂的格式,正在基板外外酿成一层极薄的配向层,再通过紫外光或蓝光照耀告竣配向层分子的有序取向分散。

  同样地,通过单步曝光的要领,应用SD1取向资料制制了相应的PB相液晶器件:PB相连光栅、PB透镜和PB q-plate。从图中可能看出,应用SLM单步曝光法,可能“一步到位”地告竣相连相位PB相器件的制制,实践解释,制制的PB相器件具有相连的相位改观特色,并呈现出优异的光电特色。图8(a)(b)PB相连光栅的曝光图和微观布局;(c)(d)PB液晶透镜的曝光图和显微图;(e)(f)PB q-plate的曝光图和偏光显微镜下的微观布局;(g)其发生的涡旋光束光斑

  昂首显示可为驾驶员供给各项行驶数据,如车速、导航、途况音信、编制戒备等,正在平安驾驶中起着首要感化。能手驶流程中,外部情况亮度的动态改观会直接影响到昂首显示的视觉恶果。如汽车正在阳光照耀较强的途面行驶时,昂首显示的虚拟音信会因亮度不足而无法鉴识;而汽车正在夜晚照明处境较差的途面行驶时,虚拟图像较高的亮度又会搅扰视线。因而,显示编制须要应对区别的照明情况,均衡情况光和虚拟光的亮度,为驾驶员供给最佳的视觉恶果。为此,上海交通大学提出了一种基于PB透镜的昂首显示编制。如图9所示,由图像源、左旋圆偏振片、PB液晶透镜和右旋胆甾相(RHCLC)反射膜构成。正在此编制中,最终进入人眼的惟有虚拟光源的一级衍射光和情况光源的零级光。因而,通过对PB透镜施加电压,可调剂一级和零级光的衍射效力,从而调剂虚拟光和切实光的亮度,使昂首显示正在区别照明情况中都能供给较好的比较度和视觉恶果。图9基于PB透镜的昂首显示编制计划

  图2所示是应用该光途编制行使457 nm激光测试取得的结果:当SLM加载的灰度连续改观时,输出的线偏振的偏振宗旨也发生相应的改观。对应于0-255灰阶的匀称图像,可能看出其输出光的偏振角度呈线性改观的趋向,并也许告竣高出260度的偏振角度改观,足够笼罩输出线偏振光的随意偏振角度。正在完全例制流程中,只需选用0到180度相连周围的输出线偏振光所对应的灰度值,就能告竣液晶指向矢正在二维平面内各宗旨的随意取向。图2区别灰阶下的输出光偏振宗旨

  Pancharatnam-Berry(PB)相元件,也叫几何相位元件,通过限度光学各向异性资料光轴的空间改观告竣对相位的调制,正在显示、成像、通信等浩瀚范畴都有着宏大的利用前景,近年来惹起学术界的普及闭切和商量。但目前制制PB相元件的光配向要领如掩膜版曝光、激光直写、数字微镜阵列动态掩膜曝光等正在制制要领上仍存正在少少控制性。

  基于上速反映的咸集物安静PB液晶透镜,计划了众平面巩固实际显示编制。上海交通大学正在PB相器件中进一步引入了咸集物收集,使PB液晶器件更速地实行焦距切换。告竣具有小于1ms的响合时间。通过组合两个相仿的PB透镜,诀别限度两个PB透镜的开闭形态,可告竣四种区别形态(on/on,on/off,off/off,off/on),对应的焦距诀别为50、100、∞、-100 cm。应用时分复用的要领迅速切换两个透镜的形态便可能告竣四个平面的AR显示恶果。搭筑了基于图10(e)的编制安装,告竣虚拟图像“SJTU”诀别显示正在28、40、67、200 cm处的巩固实际显示恶果。图10 “SJTU”诀别成像正在(a)28 cm、(b)40 cm、(c)67 cm、(d)200 cm的地方;(e)AR显示编制图

  如图1所示,上海交通大学提出的单步曝光光途搜罗的苛重元件有激光、扩束器、偏振片、SLM、1/4波片和透镜。此中偏振片、SLM 和1/4 波片的光轴夹角均为45度。因为SLM中液晶为反平行配向,当加载区别灰度图片时,液晶分子会转动,对o光和e光发生区别的相位调制,通过施加电压的格式实行准确限度,可告竣随意偏转角度的像素化偏振光场,即通过加载区别的灰度图案,可告竣区别方位角的线偏振光场的投影输出。ig彩票因而,该要领通过一步到位的单步曝光格式,也许告竣随意庞大几何图案制制,既不须要动态地更调掩膜版,也无需刻板扫描,要领简陋、高效,有用下降了PB相元器件制制本钱,缩短了临蓐的岁月周期。图1 单步曝光光学投影安装示企图

  液晶PB相光学元件的光配向制制要领可能大致分为两类:干预法和非干预法。干预法通过两束圆偏振光干预,虽可告竣高精度元器件制制,但光束干预的流程中极易受到波动、氛围扰动等情况身分的影响,且须要闭系光源,对实践情况的央浼较高。非干预法例采用接触或非接触曝光的要领制制,如掩膜版曝光、激光直写、数字微镜阵列(Micro-mirror Device, DMD)动态掩膜、空间光调制器(Spatial Light Modulator, SLM)单步曝光等众种曝光格式。此中,采用掩膜版曝光的光配向要领是最简陋的格式。这种格式通过对掩膜版样式的计划,可告竣少少简陋布局的光学元器件制制,但看待庞大布局的元件,往往须要制制区别的掩膜版并实行众次曝光,扩展了临蓐本钱和岁月周期。激光直写的要领则是聚焦单束激光束,通过逐点扫描的格式竣事图案的布局化打点,这种要领的上风正在于可告竣随意庞大相位分散。但为告竣高诀别率的布局化图案,须要精度极高的刻板扫描安装。基于DMD的动态掩膜投影曝光编制,通过切换DMD加载的图案并配合外部偏振光源,可能告竣任企图形的计划、随意偏振态的投影输出。其上风正在于无需更调掩膜版、无刻板扫描、制制本钱低,可告竣庞大图案PB相元器件的便捷制制,但其舛讹正在于每次曝光只可输出某一宗旨的线偏振光,看待包罗众方位角取向的计划图案,所需的曝光次数随之增加。为管理上述制制要领的流毒,上海交通大学提出一种基于SLM的单步光学投影曝光要领,通过限度随意像素的相位延迟,使区别像素点发生区别宗旨的线偏振光,因而看待随意庞大图案都可能通过单次曝光的格式轻松告竣。

  李燕, 博士,副教学,硕士生导师, 2005年、2007年于浙江大学光电系得到学士和硕士学位,2012年于美邦中佛罗里达大学光学学院得到光学博士学位。博士结业后出席美邦Magic Leap公司,掌握高级工程师,举动项目刻意人,开垦巩固实际三维显示项目。2014年出席上海交通大学,苛重商量宗旨为液晶器件、三维显示与巩固实际显示,掌握Optics Express, Photonics Journal和Journal of The Society For Information Display副编辑及《液晶与显示》青年编委,掌握SID Display Week和ICDT的步伐委员会委员。

  通过正在SLM加载区别灰阶图,告竣任企图案偏振光场和PB相液晶器件计划。基于SLM的单步曝光法仅须要计划每个像素的显示灰度,便可能告竣相连的偏振宗旨改观。正在制制相连几何相位改观器件时,比拟于掩膜版或者基于DMD投影的曝光要领,以一步到位的格式告竣液晶指向矢的相连改观,制制岁月取得大幅度下降。应用MR取向资料告竣的椭圆图案样品,从中央到周围MR和LC取向从0°到90°呈线是通过转动样品正在线偏振白光照耀下取得的一组图像,可能看出区别个别区域的液晶分子具有完善的相连取向改观特色。图3正在线偏振白光照明下转动液晶盒巡视到的区别图像

  本文先容和说明了基于SLM的单步曝光光配向法,正在此根本上睁开了随意相位分散的PB相元器件的制备和商量。该光配向法用非干预投影格式,用SLM像素准确限度输出光的线偏振宗旨,只需一次曝光,即可告竣随意庞大图案计划,极大地减小了情况扰动的影响,以简陋、高效的格式下降了庞大PB相液晶器件研制的本钱和岁月。正在实践中,应用该要领,以MR和SD1两种光配向资料诀别告竣了光栅、透镜、全息图、q-plate等众种PB相元器件的制制。实践解释,基于SLM的单步曝光要领正在制制相连相位改观PB相器件中具有很大的上风,也许一步到位地告竣高衍射效力的PB相元器件制制。终末,闪现了基于PB相液晶器件的昂首显示编制和头戴式AR显示编制。通过选用更高诀别率的SLM,用高质料镜头或出席成像检测编制等要领,可能对成像质料实行进一步优化,告竣布局加倍精美的PB相元器件制备。提出的单步曝光光配向法制备的几何相位光学器件也许本能更好、布局加倍精美,正在来日显示、通信、成像等浩瀚范畴具有普及的利用前景。

  应用SD1举动取向资料同样可能告竣任企图案的自正在化计划。正在SLM加载图4(a)所示的图片,曝光后取得的一个简陋图案的液晶器件,通过正在线偏振白光下可能巡视到“ST”、“JU”和靠山三个区域有显而易睹的区别透过率。

  通过像素级准确限度输出光的偏振宗旨,可竣事对个别区域液晶指向矢的自正在取向,从而告竣具有任企图案计划的PB相液晶(LC)器件的制制。这种非干预曝光投影光配向法不只简陋、高效,而且能大大下降情况扰动的影响。基于该要领,用两种光取向资料制备了众种PB相液晶器件:光栅、透镜、全息图和q-plate等。实践解释,制制的PB相液晶器件可告竣相连的相位分散和较高的衍射效力。基于这些PB相器件,他们进一步提出了利用于巩固实际显示范畴的昂首显示和头戴式显示编制。

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