基于硅基液晶和激光直写技术实现彩色全息显示的方法研究

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彩色全息显示包含丰富的深度信息以及充分的色彩表现,能带来完美的视觉体验,被誉为三维(Three-Dimensional,3D)显示的未来。随着计算机与光电器件行业的兴起,借助空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)实现动态可调的彩色全息显示备受研究学者的关注。遗憾的是,SLM空间带宽积有限,没有达到某些彩色全息显示实验的要求,所呈现的三维场景的质量也不能满足人们的需求。于是,基于衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)实现高分辨率、大视场角(Field Of View,FOV)的彩色全息显示带来了新的设计思路。本文首先探究分析SLM的可编程特性,利用空间划分法实现单一彩色全息再现像,然后基于激光直写技术灵活设计制备DOE,实现高分辨率、大FOV的彩色全息显示,主要研究内容包括:1.利用空间划分法建立了基于硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCo S)的彩色全息显示系统。LCo S作为一种典型的SLM,由于其像素尺寸小、衍射效率高,且具有可编程性,而广泛应用于全息显示领域。但由于其自身结构特点,也带来了多级再现像与多级衍射光的问题。本文首先以蓝色图像四角为顶点,对红色图像和绿色图像原图按比例进行缩放消除三色色差,再采用空间划分的方法获得彩色重构像。然后加载球面波相位、调整数字闪耀光栅周期消除多级再现像与多级衍射光的干扰,最终通过频域滤波得到彩色全息单一重构像。模拟与光学实验验证了该方法的有效性。2.提出了激光直写技术制备DOE应用于高分辨率彩色全息显示的方法。DOE衍射效率高、特征尺寸小、重量轻,且利用激光直写技术制备DOE设计灵活、简单便捷,可制作多像素、小像素尺寸的高分辨率全息图。本文利用苏大维格的Holo Maker IVB激光直写系统,开展了多种参数DOE的制备及测试工作,验证了像素数及像素尺寸对彩色全息重构像的影响。并提供了利用空间划分法与空分复用法,基于DOE实现彩色全息再现的两种方案。
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