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振幅型空间光调制器及光束可调控特性研究

作　者: 付锐
导　师: 高秀敏
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 液晶空间光调制器 振幅调制 计算全息 矢量光束 聚焦特性
分类号: TN761
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


近年来，随着微电子和光电子技术的快速发展及两者之间的紧密结合，促进了各种空间光调制器(SLM: Spatial Light Modulator)的出现。而空间光调制器的一项重要功能——在空间上能实时调制光束，这使其成为一种重要的调节元件，在构造实时光学信息处理等方面的发展前景十分广阔。本文主要分两个部分进行研究。前一部分是在充分研究空间光调制器的一些相关特性的基础上，进行了空间光调制器的设计与制作，搭建实验平台并进行实验；后一部分主要研究了多种特殊矢量光束不同光束参数下的聚焦特性。本文主要就以下几个方面做了系统的研究：1、介绍了液晶空间光调制器(LC-SLM: Liquid Crystal Spatial Light Modulator)的一些基本理论。首先简要介绍了液晶材料的相关特性及空间光调制器的发展；其次研究了扭曲向列型空间光调制器的调制原理；最后研究了液晶空间光调制器的复振幅调制原理。这些研究为后续硬件电路板的制作做了理论铺垫。2、设计并制作空间光调制器的硬件电路。采用模块化的设计思想，将硬件电路分为七个模块，包括液晶屏显示模块、单片机电路模块、信号处理模块、采样/保持模块、时钟信号发生模块、锁相环模块以及电源模块；同时还介绍了PCB板的设计与调试，并给出了PCB板的实物图。3、设计并搭建实验平台进行实验。液晶空间光调制器能实时显示通过计算机制作产生的全息图，可以对任何能用数字描述的物体进行再现，因此将制作的液晶空间光调制器作为调节器件应用到实际光路中。实验基于计算全息原理，产生了可调控的光束——星形光束，同时也验证了所制作的空间光调制器满足实验需要。4、基于矢量衍射理论，系统地探索了特殊矢量光束在不同光束参数下的聚焦特性。主要包括：1）多径向线偏振贝塞尔-高斯光束的聚焦特性；2）光涡旋线偏振洛仑兹-高斯光束的聚焦特性；3）由半空间相位板方位角正弦变化波前调制双曲余弦高斯光束的聚焦特性；4）含有正弦方位角和半空间相位调制的双曲余弦-高斯光束梯度力；5）半空间振幅调制的方位角正弦变化波前调制双曲余弦高斯光束；6）高度聚焦系统中径向偏振光束强焦斑消失。对于这些特殊的矢量光束，当光参数发生改变时，光强分布模式也会发生变化。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-13
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 液晶空间光调制器发展及光束可调控特性的研究  10-11
  1.3 本文研究目的及主要内容  11-13
第2章 液晶空间光调制器简介  13-23
  2.1 液晶材料的特性  13-16
    2.1.1 液晶的结构及分类  13-14
    2.1.2 液晶的电光效应  14-16
  2.2 空间光调制器的介绍  16-18
    2.2.1 空间光调制器的概念和分类  16
    2.2.2 空间光调制器的功能和参数  16-17
    2.2.3 液晶空间光调制器的应用  17-18
  2.3 扭曲向列型空间光调制器的调制基本原理  18-19
    2.3.1 液晶显示器的基本结构  18-19
    2.3.2 扭曲向列型液晶显示器的工作原理  19
  2.4 液晶空间光调制器的复振幅调制原理  19-22
    2.4.1 相位调制原理  20-21
    2.4.2 振幅调制原理  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 液晶空间光调制器的硬件设计及实现  23-35
  3.1 液晶显示屏模块介绍  23-24
  3.2 空间光调制器硬件驱动电路设计  24-33
    3.2.1 单片机电路  24-25
    3.2.2 信号处理模块  25-27
    3.2.3 采样/保持模块  27-29
    3.2.4 锁相环模块  29-31
    3.2.5 时钟信号发生模块  31-32
    3.2.6 电源模块  32-33
  3.3 液晶空间光调制器 PCB 设计及电路板调试  33-34
    3.3.1 PCB 电路板设计  33
    3.3.2 电路板的调试  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章 光束可调控特性的实验  35-39
  4.1 计算全息理论  35-36
  4.2 光束可调控特性的实验及实验结果分析  36-38
  4.3 本章小结  38-39
第5章 特殊矢量光束聚焦特性的理论研究  39-65
  5.1 多径向线偏振贝塞尔高斯光束的聚焦特性  39-44
    5.1.1 光束聚焦原理  39-40
    5.1.2 光束聚焦特性分析  40-44
  5.2 含有光涡旋线偏振洛仑兹高斯光束聚焦特性  44-47
    5.2.1 光束聚焦原理  44-45
    5.2.2 光束聚焦特性分析  45-47
  5.3 由半空间相位板方位角正弦变化波前调制双曲余弦高斯光束的聚焦特性  47-52
    5.3.1 光束聚焦原理  47-49
    5.3.2 光束聚焦特性分析  49-52
  5.4 含有方位角正弦变化及半空间相位调制的双曲余弦高斯光束梯度力  52-57
    5.4.1 光束梯度力的理论研究  52-53
    5.4.2 光束梯度力特性分析  53-57
  5.5 含有半空间振幅调制的方位角正弦变化波前调制双曲余弦高斯光束的聚焦特性  57-61
    5.5.1 光束的理论研究  57-58
    5.5.2 光束特性分析  58-61
  5.6 高度聚焦系统中径向偏振光束强焦斑消失  61-64
    5.6.1 RPB 和 LPB 的聚焦原理  61-62
    5.6.2 径向偏振光束强焦斑消失的分析  62-64
  5.7 本章小结  64-65
总结与展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 调制技术与调制器、解调技术与解调器 > 调制技术与调制器
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