基于亚波长结构的全息视频显示器件研究

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全息视频显示被认为是最有前景的三维显示技术之一，可以动态地展现逼真的3D景物。而全息视频显示系统的核心器件是空间光调制器(SLM)，相对于其它种类的SLM，硅基液晶(LCOS)作为一种液晶SLM，具有衍射效率高、开口率大、分辨率高等特点，是当前能够得到的一种比较理想的器件。但是，为了将全息视频显示推向实用化，仍有一些关键的器件技术亟待突破。以空间带宽积为例，期望LCOS的像素尺寸减小到可见光尺度的亚波长量级，同时保证足够的衍射效率。近期，随着表面等离极化激元技术的发展，为实现不同目标而设计的特殊的亚波长结构可以提供有效的光场调控手段，特别是相位调制能力，进而为解决全息视频显示的器件所面临的瓶颈问题提供了新的思路。
　　本文以现有的用于全息视频显示的相位调制LCOS器件模型为基础，并与金属亚波长结构有效的结合，研究一种基于局部表面等离极化激元(LSP)-法布里帕罗(FP)新颖的LCOS器件模型，期望满足全息视频显示器件的实用化目的。论文的主要研究工作及创新点总结如下:
　　1)为了与现有LCOS器件的结构模型相匹配，以金属介质与非金属介质界面的表面等离极化激元基本原理为基础，从理论上对金属-介质-金属(MIM)结构的光学特性进行分析。选用严格数值求解Maxwell方程组的仿真软件FDTDSolutions开展了仿真模拟实验，验证了本文所涉及的MIM结构具有由LSP和FP共振耦合作用形成的异常反射机制的存在性。
　　2)将基于金属亚波长光栅结构引入到对LCOS器件的改进中，提出了一种基于LSP-FP的LCOS器件模型。具体设计的思想是:用金属亚波长光栅替代传统LCOS项部的公共电极层，进而构造出MIM结构，形成LSP-FP共振耦合的反射式光相位调制模式。充分利用LSP和FP共振对环境折射率的敏感性，最终可以通过电控的方式改变MIM结构中介质层的折射率，同时使得新器件模型的像素尺寸可以达到亚波长尺度。借助于CST Microwave Studios软件开展了相应的仿真实验，实验结果表明，该器件模型可以实现接近2π的相位调制量，同时反射效率达到78％～92.9％，可以很好的满足实用化全息显示器件对相位调制量以及衍射效率的需求。

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作者
王浩;
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作者单位

安徽大学;

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授予单位安徽大学;
学科信号与信息处理
授予学位硕士
导师姓名韦穗;
年度 2016
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN873.7;
关键词
全息视频显示器件; 硅基液晶; 相位调制; 亚波长结构;

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