摘要：液晶空间光调制器通过改变驱动电压强度控制液晶分子排布实现对光的调制。紫外区域可用的液晶空间光调制器随光聚合式3D打印等应用的兴起,重要性日益显现。然而绝大多数液晶材料都是有机物,在紫外波段存在光吸收和光反应。为了拓宽液晶材料的应用波段,本文通过选择在应用波段不发生紫外吸收和光反应的官能团,设计了一类可在325~400 nm波段应用不发生光吸收和光反应的液晶材料,并对液晶材料的紫外-可见光光谱进行仿真以验证设计的合理性。将耐紫外液晶化合物配置成混合液晶材料后与常见的两种混合液晶材料的紫外稳定性进行比较。在经过120 min的325 nm紫外光源的辐照后,液晶材料的吸光度和相变温度几乎不变,双折射率变化0.04%,阈值电压变化1.39%,响应时间变化0.32%。

摘要：本文设计并实现了一种三层结构液晶偏振体光栅,对其衍射特性及其在光波导中的耦合情况进行了研究。理论上,选取横向周期为424 nm,根据特定工作波长450 nm、532 nm、633 nm在满足布拉格衍射条件的情况下计算出了相对应的3个纵向周期以实现其厚度方向的叠加。采用有限元法对该器件进行了模拟仿真,计算出了其光谱特性及角度特性,根据红绿蓝三色光色散关系仿真出了其在波导内耦合的入射角与衍射角之间的关系曲线。实验上,本文实现了该液晶偏振体光栅器件的制备并对其进行了系统性能表征,给出了一个初步的光波导耦合实验,演示了其耦合效果。结果表明,所制备的三层液晶偏振体光栅器件在450 nm、532 nm、633 nm下衍射效率最高可达80%以上,对应波长下的角带宽分别为12°、8°、6°,其在波导内耦合的视场经模拟可达到27.81°,是一种良好的光波导耦合器件。

摘要：基于液晶的动态可调偏振转换器具有大调制幅度、低功耗的优势,在片上集成系统具有重要的研究意义。然而现有的液晶偏振转换器存在传输损耗大、液晶分子难取向的问题。为此,本文提出了一种基于液晶包层平板光波导的偏振转换器。首先基于液晶各向异性与4层波导理论,构建了满足液晶包层平板光波导物理特性的偏振转换分析模型,厘清偏振转换发生的内在机理为液晶分子场致转动引起的波导内模式耦合。而后通过精确求解耦合状态下波导模式的传播常数和光场分布,提出一种适合于液晶包层平板光波导的偏振转换分析方法,总结出偏振转换效率及最小转换长度的理论公式,并掌握了模式耦合对偏振转换效率的影响规律。最后综合优化各层波导参数得到了一组可实现高偏振转换效率的器件参数,分析了芯层厚度、取向层厚度和电极长度偏差对转换效率的影响。结果表明,本文设计的液晶包层平板光波导偏振转换器可在0.2 V的驱动电压变化下实现转换效率在0%~99.98%的连续可调。

摘要：偏振转换器能够通过对入射光偏振态的动态调控间接实现几何相位型多功能光学器件光学响应特性的动态可调。基于液晶的偏振转换器具有调控效率高、调控面积大、紧凑化程度高等诸多优势,是目前应用较为广泛的偏振转换器。本文围绕偏振转换效率、工作波段、视场角3个核心参量,系统介绍了液晶偏振转换器最新的研究进展,分别给出了典型液晶偏振转换器和大视角宽波段液晶偏振转换器的详细结构和性能表现,同时介绍了液晶偏振转换器工作波段和视角的拓展方法。该项工作能够为液晶偏振转换器结构设计与应用提供必要的参考,同时为基于几何相位或新型相位调控模式的研究提供一些思路。

摘要：微偏振阵列是分焦平面偏振计的核心元件。相较于纳米线栅阵列,液晶偏振阵列有着设计灵活、工艺简便、性能稳定等独特优势,有望实现高性价比、高精准度的偏振测量与成像。本文综述了近年来国内外科研团队针对液晶微偏振阵列展开的研究,系统阐述了基于宾主型、偏振旋转型和相位延迟型3大类液晶偏振阵列的器件结构和工作原理,不同的液晶排列结构可以实现从单一线偏振到全Stokes矢量的测量和成像,最后讨论了液晶微偏振阵列与偏振探测技术相结合的发展趋势和应用中面临的挑战。

摘要：在显微成像领域中,高成像质量图像的获取与良好的照明方式息息相关。传统显微镜使用聚光透镜来提供均匀强度的照明,调节聚光透镜的光阑匹配不同放大倍率的物镜。然而无色生物细胞的光学吸收系数低,在传统显微镜下难以观测到其细节信息。为了突破传统显微镜的成像功能,本文设计了一种可调控的显微镜聚光镜模块,通过将小型扭曲液晶器件嵌入聚光透镜的后焦面处,调控液晶器件的对光的透过效果可以实现明场成像以及差分相衬成像。系统由一款商用显微镜改装而成,液晶器件尺寸为22 mm×18 mm,实现了系统的高度集成化。通过实验验证了系统的成像性能,实现了对微凸透镜样品的定量相位重建,实验与理论曲线的互相关系数达到0.9949,并且通过胚胎干细胞的重建展示了系统在实际应用中的效果。

摘要：分析了动态力测试系统的响应特性,找出了测试系统固有特性对动态力测试的影响规律,提出了一种动态力的测试数据处理方法。用该方法首先计算动态力输出曲线两个相邻零点之间的动态力均值,然后再求出该均值与动态力曲线上两个外侧交点之间的动态力均值,依此类推,迭代求得动态力的幅值、延迟时间等参数。对测试过程中误差的产生原因进行了分析并提出了减小测试误差的措施。结果表明,增加系统的阻尼振荡频率和动态力的周期,可有效降低幅值误差和延迟误差,从而对实际检测系统的设计和误差修正提供理论依据。

摘要：为了与600mm望远镜匹配以验证液晶自适应光学的有效性,利用Zemax光学设计软件进行了液晶自适应光学系统的设计和优化。根据望远镜的参量、大气湍流的特性和液晶的特点提出设计要求,然后进行光学系统设计和Zemax软件模拟优化,设计出了满足要求的系统。对该光学系统进行性能评价。设计出的系统与望远镜的组合焦距为35m,F数为58。求得光学系统在像面处的极限线分辨力为44.8μm,成像CCD的像元尺寸为16μm,满足采样定理。液晶自适应光学系统的调制传递函数与衍射极限传递函数非常接近,而且系统的光程差像差在0.1λ左右,说明系统具备优良的光学性能。

摘要：传统的显示器由于滤色器的存在,有较大的功耗且能量利用率不高。本文提出了一种利用液晶调制紫外光偏振态以实现对受到局域表面等离子体共振影响的荧光量子点光强调制的方法,所设想的显示设备由用于产生局域表面等离子体共振的金属纳米结构、附着于金属纳米结构电场热区的荧光量子点和基于液晶结构的光偏振调制模块组成。对单个像素的情况进行了理论模拟和原理分析,计算了若干金属纳米结构对不同偏振态的紫外光的响应。理论验证了特定金属纳米结构的表面等离子体光强放大效应,通过电子束刻蚀和半导体沉积等技术手段可在光强放大的电场热区植入荧光量子点,受到紫外光偏振态调制的金属表面等离子体产生可控的光强增强或减弱,进而激发或者抑制相应颜色的量子点发出不同颜色的光,使其可以用于显示。提出了一种新颖的显示模式,不同于传统显示,其具有较高的能量利用率和较大的色域,虽然其存在色彩对比度较低、分辨率不够高等问题,但提议确实为人们日常的信息显示提供了一种新的思路和一种潜在可能,相信随着技术的进步和设计结构的优化,这种光偏振态调制受表面等离子体激励的荧光量子点的方法可以在显示以及非显示领域获得应用。

摘要：提高液晶波前校正器的响应速度是增加液晶自适应光学系统校正带宽的关键,而研究设计低旋转黏度的液晶分子是提高液晶波前校正器响应速度的根本方法.利用原子水平上的分子动力学方法获得了目标分子的液相、向列相以及近晶相,给出了理论计算液晶分子序参数以及旋转黏度的方法.与此同时,结合实验方法,提出利用混合液晶分子动力学模拟来比较液晶分子旋转黏度的大小,通过多次模拟、多起始点数据处理最大限度消除了因边界尺寸效应带来的数据波动,最后给出了两种高性能液晶分子的具体比较结果.这种分子动力学模拟方法能够探查分子结构细微差别对液晶相态以及旋转黏度的影响,为设计低旋转黏度的液晶分子提供了理论支持,必将为快速响应液晶材料的设计提供帮助.