Author Affiliations
Abstract
1 HiLASE Centre, Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences, Dolni Brezany, Czech Republic
2 Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague, Prague, Czech Republic
A fully automatic fail-safe beam shaping system based on a liquid crystal on a silicon spatial light modulator has been implemented in the high-energy kilowatt-average-power nanosecond laser system Bivoj. The shaping system corrects for gain nonuniformity and wavefront aberrations of the front-end of the system. The beam intensity profile and the wavefront at the output of the front-end were successfully improved by shaping. The beam homogeneity defined by the beam quality parameters was improved two to three times. The root-mean-square value of the wavefront was improved more than 10 times. Consequently, the shaped beam from the second preamplifier led to improvement of the beam profile at the output of the first main cryo-amplifier. The shaping system is also capable of creating nonordinary beam shapes, imprinting cross-references into the beam, or masking certain parts of the beam.
beam shaping high-average-power laser high-energy laser liquid crystal on silicon spatial light modulator wavefront shaping High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e79
1 中国电力科学研究院，北京 100041
2 清华大学 电子工程系，北京 100084
3 东南大学 电子科学与工程学院，江苏 南京 210096
水下无线光传输以蓝绿激光为载体，传输速度快，实时性强，在海洋勘探、海洋通信等方面起着非常重要的作用。然而光束自身的发散及其受水吸收和散射作用影响，导致传输过程中能量损失，接收端信号微弱。为了提高光束在水中的传输效率，本文提出了一种基于哈达玛基编码算法的光束整形模块，通过空间光调制器对波前相位进行调制，将光束分为参考光束和调制光束，并通过四步相移计算两种光的相位角，在多次变换中寻找最优全息图，聚焦接收端处的光束，减小光能经过水下信道后的损失。该研究成果有效地提升了不同距离下接收端的能量，实验结果显示，调制越精细，光束聚焦效果越好，达到了15 m处接收端中心能量2.3倍的提升。
光束整形 哈达玛基编码算法 空间光调制器 beam shaping hadamard encoding algorithm liquid crystal on silicon
1 东南大学信息显示与可视化国际合作联合实验室，江苏 南京 210096
2 南京芯视元电子有限公司，江苏 南京 210032
增强现实技术是元宇宙重要的人机交互平台，其中光学成像部件和微显示屏是成像质量的关键。目前有5种微显示器件：硅基液晶、硅基OLED、硅基micro LED、digital light processing（DLP）、激光扫描振镜。将着重介绍不同微显示屏的组成结构、工艺流程、硅基驱动方式、发展现状及面临的挑战。在硅基驱动部分，将从像素驱动的不同电路和不同驱动电路的优缺点入手，分析不同显示技术在硅基部分的设计和指标挑战。对目前不同技术所能达到的指标进行汇总比较。讨论硅基背板的设计关注点和发展趋势。最后，对不同微显示芯片的应用场景和发展进行讨论。
微显示 硅基液晶 硅基OLED 硅基micro LED 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011006
1 东南大学 电子科学与工程学院, 江苏 南京210096
2 剑芯光电科技有限公司, 江苏 南京210000
3 剑桥大学 工程系 光电器件及传感器中心, 英国 剑桥 CB3 0FA
现代光纤通信网络使用波分复用技术极大地提升了网络传输容量。基于硅基液晶技术的波长选择开关使光纤网络运营商在网络节点处可以灵活地调度各个波长信道, 让光纤通信网络在波长级具有可重构性, 大幅降低了网络的传输和运营成本。因此, 波长选择开关已经成为现代光纤通信网络的核心组件。本文回顾了波长选择开关的发展历程, 重点介绍了其在光纤通信网络中扮演的角色, 阐述了硅基液晶器件各项特性对波长选择开关关键技术指标的影响和改进方法。本文从器件、系统和网络等方面对硅基液晶技术在通信系统中的应用进行了系统的综述, 旨在让广大读者对硅基液晶器件和可重构光纤通信网络有比较全面的了解, 并从一定程度上对该领域的研究发展有所促进。
硅基液晶 波长选择开关 全光通信 可重构全光分插复用器 liquid crystal on silicon wavelength selective switch all-optical networks ROADM
1 中北大学信息商务学院 基础部,山西 晋中 030600
2 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
利用Gerchberg-Saxton算法生成任意的二维光晶格阵列的全息图,并且将全息图加载到液晶型空间光调制器上,然后将850 nm的激光照射到空间光调制器的液晶屏上,利用透镜的傅里叶变换特性,成功地显示或构建任意形状的二维光晶格阵列。将该系统应用到87Rb的冷原子实验中,成功俘获冷原子,这为接下来的单原子多量子位的量子模拟实验奠定了基础。
GS算法 液晶型空间光调制器 光晶格 相息图 GS algorithm liquid crystal on silicon SLM optical lattices phase hologram
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对大口径空间天文望远镜稳像精度测试的难题, 提出了一种高时空分辨率运动导星模拟方案。利用硅基液晶作为运动导星模拟源, 结合光束准直系统为空间天文望远镜提供无穷远运动导星, 并且通过在光路中加入物镜来提高模拟导星的运动分辨率。针对望远镜像面结构的特殊分布, 提出利用多路模拟的方法, 分别为望远镜两侧精密导星仪以及巡天像面提供实时运动导星。最后, 对影响运动导星模拟精度的各项误差进行分析, 进而建立了误差模型。仿真结果表明: 在运动导星模拟精度优于0.5″的概率为95%, 时间分辨率为3 ms的前提下, 动态星图星间角距误差小于0.04″, 单星张角小于0.02″。通过实验验证了导星模拟模型的正确性, 该模型基本满足空间天文望远镜稳像精度测试所需运动导星目标高时空分辨率的要求。
空间望远镜 运动导星 稳像精度 硅基液晶 物镜 误差模型 space telescope moving guide star image stability accuracy liquid crystal on silicon objective lens error model
安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
金(Au)亚波长光栅被溅射到经典硅基液晶(LCoS)的ITO电极上,它与薄液晶盒和底层铝电极组成复合共振波导结构,简称GLCoS。与基于液晶传播效应的LCoS截然不同,在GLCoS中,上电极的表面等离激元与光栅槽中的TM-FP (TM-Fabry Pérot)共振耦合,诱导一个0阶反射的相位调制;铝(Al)电极既是反射背板又与Au光栅、薄液晶盒组成波导,使共振耦合得到增强。在操控光波阵面的同时,GLCoS也作为电控器件,施加电压改变液晶的折射率,进而控制开腔FP的边缘介质条件,达到有源0~2π相位调制。实验结果表明,本文结构可用于1 μm量级像素的相位空间光调制器,在高空间带宽积的全息视频显示中具有广阔的应用前景。
光栅 全息视频显示 亚波长金属光栅 法布里-珀罗共振 硅基液晶
1 天津科技大学电子信息与自动化学院 ,天津 300222
2 香港科技大学先进显示与光电子技术国家重点实验室, 香港 999077
研究了垂直向列型彩色滤光膜硅覆液晶(VA CF-LCoS) 微显示器件,并利用其三维光学模型,改变液晶器件的预倾角、像素尺寸等参数,优化了微小像素中的边缘电场效应。为进一步优化器件的性能,建立了以圆偏振光作为入射光源的微显示器件的三维光学模型。研究结果表明:当以圆偏振光作为照明光源时,VA CF-LCoS微显示器件的光学反射效率可得到大幅提升。由于采用了三维光学模型的分析方法,得到了与利用二维光学模型进行分析时完全不同的结论:优化只能使得边缘场效应导致的亮态子像素内部黑线减小,而不能彻底消除它。
光学器件 彩色滤光膜 硅覆液晶 垂直向列型 光学建模 圆偏振光
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心,长春 130022
为了降低基于硅基液晶拼接的动态星模拟器背景杂散光, 对传统的光学引擎进行优化, 提出一种多偏振分光棱镜组合方式, 并对其光机结构进行设计.阐述了光学引擎照明系统的设计方案, 讨论了降低视场角、增强均匀性的方法.通过Tracepro对照明光学系统进行仿真, 对照明光源设计方案的可行性进行了验证.实验结果表明: 优化后的动态星模拟器杂散光辐照度降低了2.93倍.优化后的光学引擎有效地抑制了背景杂散光, 并且增强了两片反射式硅基液晶对比度的一致性.
反射式硅基液晶 拼接技术 光学引擎 偏振分光棱镜 照明光学系统 光学设计 Liquid crystal on silicon Splicing technology Optical engine Polarization beam splitter Lighting optical system Optical system design
安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
针对传统的基于光强传输方程（TIE）相位恢复方法中需要通过移动待测物体或者CCD以实现光强图像采集所造成的速度慢、精确度低等问题，提出了一种新的基于硅基液晶（LCOS）变焦透镜的相位恢复方法。首先，在LCOS上加载具有不同焦距的透镜相位分布图，使其实现变焦透镜的功能；然后通过本研究所设计的系统在同一成像平面上采集不同散焦距离的光强图像；最后求解TIE从而得到相位信息。该方法只需要改变LCOS上所加载的相位分布图即可形成不同的散焦图像，避免了传统方法中机械移动所造成的误差。模拟与实验结果均验证了所提方法的正确性和有效性。
测量 相位恢复 光强传输方程 硅基液晶 变焦透镜
