基于亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的全息視頻顯示器件研究.pdf

1、全息視頻顯示被認(rèn)為是最有前景的三維顯示技術(shù)之一，可以動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)逼真的3D景物。而全息視頻顯示系統(tǒng)的核心器件是空間光調(diào)制器(SLM)，相對(duì)于其它種類的SLM，硅基液晶(LCOS)作為一種液晶SLM，具有衍射效率高、開口率大、分辨率高等特點(diǎn)，是當(dāng)前能夠得到的一種比較理想的器件。但是，為了將全息視頻顯示推向?qū)嵱没?，仍有一些關(guān)鍵的器件技術(shù)亟待突破。以空間帶寬積為例，期望LCOS的像素尺寸減小到可見(jiàn)光尺度的亞波長(zhǎng)量級(jí)，同時(shí)保證足夠的衍射效率。近期

2、，隨著表面等離極化激元技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)而設(shè)計(jì)的特殊的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可以提供有效的光場(chǎng)調(diào)控手段，特別是相位調(diào)制能力，進(jìn)而為解決全息視頻顯示的器件所面臨的瓶頸問(wèn)題提供了新的思路。
　　本文以現(xiàn)有的用于全息視頻顯示的相位調(diào)制LCOS器件模型為基礎(chǔ)，并與金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)有效的結(jié)合，研究一種基于局部表面等離極化激元(LSP)-法布里帕羅(FP)新穎的LCOS器件模型，期望滿足全息視頻顯示器件的實(shí)用化目的。論文的主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如

3、下:
　　1)為了與現(xiàn)有LCOS器件的結(jié)構(gòu)模型相匹配，以金屬介質(zhì)與非金屬介質(zhì)界面的表面等離極化激元基本原理為基礎(chǔ)，從理論上對(duì)金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性進(jìn)行分析。選用嚴(yán)格數(shù)值求解Maxwell方程組的仿真軟件FDTDSolutions開展了仿真模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所涉及的MIM結(jié)構(gòu)具有由LSP和FP共振耦合作用形成的異常反射機(jī)制的存在性。
　　2)將基于金屬亞波長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)引入到對(duì)LCOS器件的改進(jìn)中，提出了一種基

4、于LSP-FP的LCOS器件模型。具體設(shè)計(jì)的思想是:用金屬亞波長(zhǎng)光柵替代傳統(tǒng)LCOS項(xiàng)部的公共電極層，進(jìn)而構(gòu)造出MIM結(jié)構(gòu)，形成LSP-FP共振耦合的反射式光相位調(diào)制模式。充分利用LSP和FP共振對(duì)環(huán)境折射率的敏感性，最終可以通過(guò)電控的方式改變MIM結(jié)構(gòu)中介質(zhì)層的折射率，同時(shí)使得新器件模型的像素尺寸可以達(dá)到亞波長(zhǎng)尺度。借助于CST Microwave Studios軟件開展了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該器件模型可以實(shí)現(xiàn)接近2π的相位