液晶材料的相位调制

液晶材料的相位调制

0相位调制特性除了显示，lqual函数（hd）的优点也用于显示。例如，用于自适应光学的计算机波前校正器、气候流模拟、光学检测、计算机透镜和光度转换的优点通常用于非显示。例如，用于自适应光学的计算机探测以便于适应光学。在相制动力方面，需要光强度调幅尽可能小，即需要纯相位调幅。江州联合调查委员会对90扭曲角的计算机进行了理论研究。该方法是在画布之前使用一定角度排列的调幅器和检测器，并通过角度调整获得特定范围的相位调整。在文献中，关于90扭曲角的计算机进行了相制构件的讨论。它的方法是在矩阵角上使用一定角度排列的调幅器，并通过调整角度来获得特定领域的相位调制方法。对90扭曲角的矩阵进行了相制构件的探讨，证明了相位调幅可以在适当的偏置电压下获得的。葛爱明在热角度上研究了反射矩阵矩阵，这证明了当超员超过3'434]时，相位矩阵是固定的。之前，仅研究固定扭曲角的计算机装置，其他计算机角度也可以创造更好的相位调制方法。从理论上分析了透射矩阵和反射矩阵的相位安排特征，并得出结论了不同矩阵排列中不同入射角的纯相位安排。1相制的相位调制对于任意扭曲排列向列相液晶,假设液晶盒内两取向膜间的液晶分子层是由许多均匀的各项异性单分子层构成,且每一层内的液晶分子排列方向相对与前一层分子的排列方向转过同一角度.图1是扭曲排列液晶(TwistedAlignedLiquidCrystal,TALC)示意图.z轴方向为液晶层的方向.当沿着z轴方向加上电场时,液晶分子沿着电场的方向发生转动,并伴有层内的转动,在不考虑液晶界面层锚定作用情况下,假设液晶层不同位置处的液晶倾角相同都为θ,其大小是电压的方均根函数.通过前面的假设可以得到液晶的琼斯矩阵为MLC=exp(-iβ)R(-α)M(α,β)(1)式中,Μ(α,β)=[cos(γ)-i(βγ)sin(γ)(αγ)sin(γ)-(αγ)sin(γ)cos(γ)+i(βγ)sin(γ)]‚R(⋅)=[cos(⋅)sin(⋅)-sin(⋅)cos(⋅)],β=πdλ(ne(θ)-no)是液晶材料的双折射,ne(θ)是液晶的效折射率‚γ=√α2+β2‚α是液晶的扭曲角,λ是入射光的波长.通常,在利用扭曲排列透射型液晶器件时,前后须加起偏器和检偏器.在图1所示的直角坐标系下,设它们的偏振方向与x轴的夹角分别为偏振角ψ1和ψ2,设液晶层前表面分子取向方向与x轴夹角为ψD.此时,光的传输可以利用琼斯矩阵分析,光依次经过起偏器、液晶、检偏器后的矢量可表示为E=P0MLCE0(2)式中,.由式(2)可以得到入射光波的强度透过率T和相位延迟δ.由于液晶双折射是电压的函数,对于正性液晶的双折射随电压的升高单调减少,所以,如果知道强度透过率和相位延迟与液晶双折射的关系,也就间接的得到了强度透过率和相位延迟与电压的关系,本文探讨的结果都是针对正性液晶而言.图2是模拟不同液晶扭曲角情况下透过率随双折射变化的等高图,其中ψ1=ψD,ψ2=ψD+α,图中a、b、c、d四点对应在双折射值为零时的透过率为90%的扭曲角,从图中可以看出扭曲角在0°到a(20°)的区间透过率随双折射变化小于10%,比较适于相位调制.扭曲角在a到b(163°)区间,透过率变化剧烈,且在90°出现了透过率零点,这也是90°扭曲角用在显示上的原因,这个范围内在较大的双折射即在较低电压下适于相位调制,这正与前面探讨90°的情况相吻合.在b到c(200°)区间,由于双折射在2rad～4rad变化过程中,有较大的透过率变化,影响了相位调制的范围,因此只在高电压和低电压两个较小的范围内适合相位调制.在c到d(343°)区间与a到b区间相同,在大的双折射即在部分低电压内适于相位调制.同样道理,扭曲角在d到360°的区间,在高电压的小范围内适合相位调制.由于90°TALC器件的生产线与液晶显示器的生产线相同,所以便于获得.因此,对90°TALC的相位调制模拟有很重要的意义.图3是90°TALC器件强度透过率和相位延迟与液晶双折射的关系,其中(a)、(b)分别对应着透过率与相位延迟的变化.图中对应ψD=0°,(ψ1,ψ2)分别为(0°,90°)、(10,90°)、(10°,80°)、(-10°,90°)、(-10°,100°)等五种情况的偏振片组合,由图3(a)可以看出在ψ1=0°,ψ2=90°时相比其它的情况强度调制较小.从图3(b)也可以看出当ψ1=0°,ψ2=90°时能够得到很好的相位延迟,相位延迟随双折射的变化近似一条斜率为2的直线.需要指出由式(2)所得的相位延迟公式,可知相位延迟是正切的反函数,因此在计算相位延迟时有π相位的跳变,而对于液晶随电压的变化应该是连续的,因此相位不应存在跳变,所以在计算时考虑π补偿的问题.对于90°TNLC来说,起偏器与检偏器分别为0°和90°时是最优的偏振片组合.同样看出得出,对于任意扭曲角α,只要调节ψ1=ψD,ψ2=ψD+α,可得到最佳的相位调制.图4是平行排列液晶(ParallelAlignedLiquidCrystal,PALC)在不同偏振角的情况下,透过率随双折射变化的等高图.即α=0°、ψD=0°、ψ1=ψ2且ψ1、ψ2在0°～180°之间连续变化的情况下模拟的透过率等高图.图中可以看出偏振角在0°和90°方向附近透过率随双折射变化不大.但是在偏振角为90°时,偏振光经过的折射率为no.因此,器件没有相位调制.偏振角为0°时,偏振光经过的折射率为ne(θ),此时器件有良好的相位调制特性,即确定了偏振片的起偏方向与液晶的排列方向相同.同样可以看出偏振角在45°和135°,透过率变化剧烈,即此条件下有很好的强度调制,可作为强度调制器件.通过理论分析可以看出,无论扭曲角为多少,液晶器件都可以在一定的电压范围内获得较好的相位调制.但是,扭曲角为0°时的平行排列液晶器件可以得到几乎为零光强度变化的最大相位调制.2扭曲角图5是光波经过反射型液晶器件硅基液晶(LiquidCrystalonSilicon,LCOS)的示意图,其主要由起偏器、液晶层、基板反射镜、检偏器构成,在图中所示的直角坐标系下,假设偏振角ψ1、ψ2分别是起偏器和检偏器与x轴的夹角,并且假设液晶层的前表面与x轴夹角为零,此时当单射光垂直入射到LCoS上时,利用琼斯矩阵得到出射光的表达式式中分别是基板反射镜对入射光的p光、s光两分量的反射率,由于基板镀有金属反射膜,对入射光的两个分量反射率都很强,因此,在计算时可以假设rp=rs=1,其它的参量与透射型的定义相同.由式(3)可以得到光强反射率R和相位延迟δ.图6是假设ψ1=ψ2=0°的条件下,模拟不同液晶扭曲角的情况下,反射率随双折射变化的等高图,从图中可以看出扭曲角在0°到A(14°)的区间,反射率变化小于10%,适合于相位调制.扭曲角在A到B(45°)区间,且在双折射大于2rad时反射率变化小于10%,适于相位调制.扭曲角在B到C(300°)区间,由于反射率在很大的双折射范围内变化都较大.因此,此区间不适合用于相位调制.扭曲角在C到360°区间,且双折射在(0,4)区间,反射率变化小于10%,适合相位调制.由于一些厂家生产扭曲角为45°的LCoS器件,能够直接利用其作为相位调制器件是非常方便的.所以,对扭曲角为45°的LCoS器件进行反射率和相位延迟的模拟是很有意义的.图7是在扭曲角为45°,偏振角ψ1=ψ2且ψ1,ψ2在0°～180°之间连续变化的情况下,反射率随双折射变化的等高图.从图中可以看出在偏振角为0°和90°时,液晶在低电压的情况下反射率变化幅度较小,除此之外都得不到较小的反射率的变化.图8是在扭曲角为45°的情况下,偏振角ψ1=ψ2分别为0°,10°,20°,-20°时的反射率和相位延迟随双折射的变化关系.从图8(a)可以清楚地看见偏振角为0°时比其它情况反射率变化小.双折射大于3rad其反射率变化在10%左右,此时适于相位调制.图8(b)是与之对应的相位延迟.通过前面的分析可以知道,当ψ1=ψ2=0°,并且控制电压使得双折射大于3rad的情况下,45°扭曲的反射式液晶器件可以有较好的相位调制.前面偏振角的探讨是针对45°扭曲角而言的,而对于其它扭曲角均是在ψ1=ψ2=0°时,即入射偏振光和出射光与液晶前表面分子取向相同的情况下,可以得到此情况下最大的相位调制和最小的光强度变化.3晶排列结构问题