基于LCOS的典型性可編程衍射光學(xué)元件研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代光學(xué)與微電子學(xué)相互滲透緊密聯(lián)系，在光通訊、信息存儲等領(lǐng)域快速發(fā)展，對光電信息實時處理的要求也越來越高。傳統(tǒng)光學(xué)元件雖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，光學(xué)性能優(yōu)異，但結(jié)構(gòu)固定單一、制作成本高，已經(jīng)不能靈活地滿足日趨增長的復(fù)雜光學(xué)波前調(diào)制需求。空間光調(diào)制器作為一種在光電信號處理中扮演著重要作用的器件，能實時地對光波前進行振幅、相位和偏振態(tài)的調(diào)制。硅基液晶(LCOS)作為一種離散結(jié)構(gòu)的可編程光波前調(diào)制器件，集液晶顯示技術(shù)與硅芯片技術(shù)，通過計

2、算機接口標準圖形信號來控制和驅(qū)動每個像素加載電壓，讓高度集成化與可編程調(diào)制兩種技術(shù)共同發(fā)揮作用。由于其具有衍射效率高、定位精準、功耗低、調(diào)制靈活等特點，正逐步取代傳統(tǒng)的光學(xué)元件，成為實時光學(xué)信息處理、光計算系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光互連、激光制導(dǎo)、微光等領(lǐng)域。
　　利用純相位LCOS將計算光學(xué)與衍射光學(xué)元件相結(jié)合，研究實現(xiàn)衍射光學(xué)元件的方法，對于光電信息處理的發(fā)展具有積極的作用。通過設(shè)計功能軟件，實現(xiàn)動態(tài)地衍射光學(xué)元件相位

3、調(diào)制圖的計算，構(gòu)建起衍射光學(xué)元件與LCOS器件之間的連接橋梁。本論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新情況如下:
　　(1)基于LabVIEW設(shè)計了一款光學(xué)實驗仿真軟件，利用MATLAB計算方面的優(yōu)勢以及LabVIEW圖形化語言的特點，通過LabVIEW和MATLAB結(jié)合編寫而成，軟件系統(tǒng)主要以LabVIEW設(shè)計仿真界面，以MATLAB來編寫光學(xué)模擬仿真，軟件實現(xiàn)了基礎(chǔ)光學(xué)（透鏡成像、光的反射）、光的衍射（單縫衍射、圓孔衍射、光柵衍射）和光的干

4、涉（薄膜干涉、多縫干涉）等經(jīng)典光學(xué)現(xiàn)象的再現(xiàn)，同時集成了拓展實驗?zāi)K中全息圖、衍射光學(xué)元件相位調(diào)制圖等實時計算方面的應(yīng)用。
　　(2)針對傳統(tǒng)光學(xué)元件設(shè)計自由度低以及成本高等問題，研究了一種基于液晶空間光調(diào)制器(LC-SLM)實現(xiàn)可編程衍射光學(xué)元件(DOE)的方法。首先，分析了LCOS的像素結(jié)構(gòu)特性;其次，利用計算機編碼產(chǎn)生衍射光學(xué)元件的相位調(diào)制圖;最后，將幾種典型性DOE（菲涅爾相位透鏡、數(shù)字閃耀光柵、Axilens）對應(yīng)的相位