Сложная пространственная модуляция света двухслойного слоя

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 8277 (2022) Цитировать эту статью

1688 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Комплексный пространственный модулятор света (SLM), который может одновременно управлять амплитудой и фазой световых волн, является ключевой технологией для широкого спектра волнооптических технологий, включая голографические трехмерные дисплеи. В данной статье представлен плоский плоский сложный пространственный модулятор света, состоящий из двойных плоскостных коммутационных жидкокристаллических панелей с двойными степенями свободы входов напряжения. Предлагаемая архитектура обеспечивает сложную модуляцию света на уровне одного пикселя, обеспечивающую сложную модуляцию света во всем свободном пространстве, что наиболее контрастирует с традиционными методами сложной модуляции на основе макропикселей. Его сложная способность модуляции света проверена с помощью теоретического моделирования и экспериментальных характеристик, а также реконструкции трехмерного голографического изображения без сопряженного шума. Считается, что предлагаемый плоскопанельный комплекс СЛМ может стать незаменимым устройством для широкого спектра передовых волновых оптических технологий.

Синтез волнового поля является фундаментальной технологией. Пространственный модулятор света (SLM), важное устройство, которое непосредственно модулирует волновой фронт световой волны, обеспечивает способ синтеза и модификации волнового поля на уровне проектирования. Цифровая голографическая технология, такая как голографическое изображение и голографический дисплей, является типичной областью, которая получает выгоду от технологии SLM1,2,3,4,5,6. Более того, SLM широко используются для волновых оптических технологий, таких как управление лучом7, оптическая связь8,9, передовая микроскопия и биомедицинская визуализация10,11.

Характеристики модуляции SLM устанавливают фундаментальное ограничение на общую производительность технологий, основанных на волновой оптике. Достижение управляемости распределения волнового оптического поля с высокой эффективностью и низким уровнем шума крайне желательно как для SLM передающего типа, так и для SLM отражательного типа12,13,14,15,16,17. Развитие технологии SLM ведется в различных направлениях, таких как жидкокристаллические панели пропускающего типа1,2,11,18,19, жидкие кристаллы отражательного типа на кремнии (LCoS)5,8,20, цифровые микрокристаллы отражательного типа. -зеркальное устройство (DMD)4,10 и недавно появившаяся активная метафотоника SLM21,22,23. Хотя было предложено несколько подходов SLM с амплитудной или только фазовой модуляцией, большинство из них страдают от нескольких типов проблем шума, таких как постоянный шум и сопряженные шумы12,24,25. Ряд исследований пытались решить эти проблемы. Некоторые подходы реализовывали дополнительные системы для фильтрации шумов26,27, но большинство из них делали систему менее эффективной или громоздкой. Другие хорошо известные подходы включают кодирование дополнительного алгоритма проектирования компьютерной голограммы (CGH) в однофазный SLM25,28,29, но они сделали систему трудоемкой или предлагают модуляцию только в ограниченном поле. Было решено, что фундаментальным решением этой проблемы является по-настоящему сложная модуляция света, что означает одновременный контроль как амплитуды, так и фазы на уровне одного пикселя.

В частности, комплекс SLM, который модулирует амплитуду и фазу падающего света, широко применим во многих областях техники, связанных с дисплеями. Сложный SLM имеет решающее значение для цифровых трехмерных (3D) голографических дисплеев30. В последнее время передовое голографическое видение на основе дополненной реальности для метавселенной или смешанной реальности, а также новые технологии оптических вычислений, такие как все оптические нейронные сети, стали многообещающими областями применения сложной технологии SLM21,31,32,33,34.

Однако практическое решение сложного УУЗР было сложной проблемой на протяжении нескольких десятилетий. Следует рассмотреть задачу создания однопанельных LC SLM со сложными характеристиками модуляции, поскольку для раздельной модуляции амплитуды и фазы света необходимы как минимум две независимые степени свободы управления, такие как два независимо управляемых электрода напряжения. Интеграция двух независимых электродов напряжения в единую структуру ЖК-панели не допускается существующей инфраструктурой производства ЖК-дисплеев.