基于液晶材料的几何相位透镜研究

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液晶材料具有特殊的光电效应,可对光的强度、偏振态和相位等进行调控。基于液晶材料的几何相位元件还具有衍射效率高,制作成本低、体积小的优点,在光学显示领域应用前景广阔。本文主要研究了几何相位透镜的相位计算、制备以及应用方向,主要研究成果如下:(1)基于光控液晶取向原理,结合液晶材料几何相位透镜的特性,提出了一种新的SD1取向层曝光方式。该曝光方式是选取一个几何相位透镜作为模板进行曝光。此设计可用于几何相位透镜与液晶偏振光栅的相位复制曝光,样品曝光面积可达25mm,耗时约3min。这种曝光方式具有曝光面积大,光路简单,耗时间较短等优势,为液晶型几何相位透镜阵列的制作提供了一种可行的方法。(2)根据几何相位透镜对于线性偏振光到的特殊调制作用,提出一种可用于二维光学边缘检测的光路设计。通过添加偏振片,对于出射光重叠区域进行滤波处理,二维的边缘信息可以完整的被图像传感器接收,且其可使用的波长范围涵盖了可见光波段。此外,几何相位透镜本身具有成本低、可批量生产的特点,为该边缘检测光路的应用推广提供了便利。(3)借鉴了传统透镜阵列的匀光方式,结合液晶双折射性能,使用MATLAB与Virtual Lab Fusion软件模拟了几何相位透镜阵列对于高斯光束的匀光。理论上证明了几何相位透镜阵列作为一种匀光器件的可能性,并探索了光斑均匀度的可能因素,如:阵列中阵列数量、衍射距离以及透镜曲率半径。实验上,采用了全息干涉曝光与复制曝光技术,制备出多个样品,证明单个阵列以及两阵列组合确实具有匀光效果。与提出的新曝光方式结合后,几何相位透镜阵列的制作可以更为快捷,拓展了基于液晶几何相位透镜的应用范围,有利于光路集成。
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