对基于光导覆层ZnSe液晶盒实时全息特性的研究

• 作 者: 蒙翠玲
• 机 构: 哈尔滨工业大学
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 向列液晶 光折变效应 响应时间 全息动态显示 光导覆层

动态全息三维显示技术近年来得到了人们极大的关注，其应用覆盖着潜力巨大的商业显示圈，军事训练模拟以及医学动态监控等方面。提高基于软物质液晶材料的光学全息记录材料的响应速度具有重要意义。继本课题组已实现的17.1 ms准实时响应后，本论文旨在进一步提高液晶的响应速度。通过分析向列液晶(4-正戊基-4’-氰基联苯，简称5CB)中的光折变效应，找出可能限制液晶盒快速响应的因素，不断优化液晶盒结构以及实验条件。为此设计制作了不同厚度的基于光导覆层ZnSe的三明治结构液晶盒，并对其全息特性进行了系统的探究。　　八种不同厚度样品的二波耦合(2BC)实验表明，厚度越薄的液晶盒增益越大，其中最薄的3.5μm样品的2BC增益系数就高达1795.0 cm-1；经过分析，初步认为薄样品背后的大增益得益于两方面：一是表面效应，二是液晶层厚度d因子。首先，样品越薄其表面效应相对体效应所占的主导地位就越高；其次，尽管不同厚度样品的净增益相差不大，但按照2BC增益系数计算公式，净增益还必须除以d因子才是增益的最终值。因此在这种情况下，厚度d越小，增益系数必然就越大。　　在光栅读出实验中，响应最快的样品厚度为6.4μm，其响应时间短至5.4 ms（约200帧/秒），这使实现准实时的全息动态显示成为可能。结合实验结果和理论分析，我们初步认为在6.4μm样品中，表面效应与体效应达到了最佳匹配效果从而光栅的响应最快。样品太薄，液晶分子的自由度会下降，而样品太厚，载流子的输运时间会变长。然而在相同的电压下该样品的一阶衍射效率还有待提高，其衍射效率仅为2.6％。此外，不同厚度样品在不同外加电压下的衍射效率存在类似的规律，即液晶层越厚，一阶衍射效率峰值越大。　　通常大部分样品写入光栅的衍射图样都是一维的，例外的是，31.0μm样品中写入光栅的衍射图样无论在2BC实验还是光栅读出实验中都是二维的。进一步分析光路，我们发现由于衍射图样与光栅形貌之间的距离关系，实验中的衍射属于夫琅禾费衍射，即光栅的透过率函数与图样之间的转换为傅里叶变换。那么将图样进行逆傅里叶变换即可得到光栅的透过率函数即光栅形貌，计算结果表明光栅形貌呈二维态。