氧化锌基液晶空间光调制器的关键技术研究

摘要

空间光调制器(SLM, Spatial Light Modulator)是一种对光波的空间分布进行调制的光学器件。光寻址液晶空间光调制器是其中的一种，基于液晶的电控双折射效应，采用光信号作为写入控制信号实现光波调制。由于具有可光/电寻址模式切换、高速并行处理等优势而受到研究者们的关注，在光信息处理、光互连领域及光计算系统中有巨大的潜力。
　　不同于以往的研究，本文采用掺杂ZnO薄膜作为光敏层，采用聚合物分散液晶作为光调制层。ZnO薄膜材料是当前半导体领域的研究热点之一，在紫外探测方面已被证明有很大潜力。而聚合物分散液晶调制光波时对写入光散射而不是吸收，避免了激光光束的高能量烧坏调制器，这对调制器应用在能量很高的激光波前校正等领域有非常重要的意义。
　　首先，本文介绍了光寻址透射式液晶空间光调制器的结构模型及其工作原理，液晶实现振幅与相位的调制，并通过对调制器工作原理的研究分析系统对紫外光敏薄膜和液晶层光学和电学性能的要求。
　　其次，通过超声喷雾热解法和溶胶凝胶法工艺技术尝试制备紫外光敏薄膜，通过改善实验条件，优化工艺参数，研究掺杂元素对ZnO薄膜的在紫外光敏效应方面的性能改善。选择Al、Ag、Cu作掺杂元素，研究其对薄膜的电阻和紫外响应度的影响，最终发现掺Cu能增大薄膜阻抗，同时实现紫外光响应，是一种良好的光信息写入材料，可用于光寻址模式空间光调制器的光敏层。
　　再次，本文通过理论分析和实验手段对比研究聚合物分散液晶，通过添加甲基丙烯酸丁酯作为活性剂，降低液晶层的驱动电压，同时优化各个工艺参数，获得了驱动电压、对比度明显改善的聚合物分散液晶薄膜，能作为振幅调制的薄膜材料。
　　最后，调制器工作时采用交流驱动方式，紫外光敏薄膜和液晶层的电光特性依赖于驱动电压的频率。研究光敏薄膜与液晶层在交流电压下的阻抗和容抗特性，分析两者的阻抗匹配关系。

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第一章 绪论

1.1空间光调制器的基本结构与分类

1.2 液晶在空间光调制器中的应用

1.3 本文研究的意义和内容

第二章 光寻址透射式液晶空间光调制器

2.1调制器的结构设计及工作原理

2.2 核心器件和关键问题

第三章 掺杂ZnO薄膜制备

3.1 氧化锌

3.2 超声喷雾热解法

3.2 溶胶凝胶法

第四章 掺杂ZnO薄膜电光特性表征与测试

4.1 喷雾热解法制备薄膜样品测试分析

4.2 溶胶凝胶法制备氧化锌薄膜性能测试与分析

4.3 本章小结

第五章 PDLC薄膜的研制

5.1 PDLC的制备原理和研究现状

5.2 PDLC膜的制备

5.3 PDLC的光电性能测试与表征

5.4 本章小结

第六章 液晶与紫外光敏层光电性能的匹配

6.1 空间光调制器的等效电路分析

6.2 液晶与紫外光敏层阻抗的匹配

第七章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果