面向全息視頻顯示的兩種新穎LCOS結構.pdf

1、全息視頻顯示是一種真三維顯示技術，被認為是替代目前高清電視的未來產品。全息視頻顯示的核心器件是空間光調制器(SLM)，不同于目前的液晶高清電視，它至少需要具備2π的相位調制能力并且像素特征尺寸應該與光波長尺度相當。
　　目前被廣泛研究的SLM主要有聲光調制器(AOM)、數(shù)字微鏡裝置(DMD)以及硅基液晶(LCOS)。LCOS集成了現(xiàn)代平板顯示技術和CMOS技術的優(yōu)點，被認為是未來全息顯示技術中一種可供選擇的器件。但是，雖然CMOS

2、技術已經達到亞微米的尺度，目前市場上能夠購買到的可用于全息顯示的LCOS最小像素尺寸為6.4μm。造成這種問題的原因是:當前的LCOS器件是利用液晶(LC)的光程差來達到2π相位調制的目的，不能隨像素尺寸的縮小而減小LC層厚度。如果將目前LCOS像素尺寸直接減小到理論要求的尺寸會明顯導致像素尺寸和LC層厚度的比例過小，使得LCOS中相鄰像素之間電場相互干擾產生邊緣場效應，影響LCOS的相位調制能力并且降低LCOS的衍射效率，無法達到實用

3、的目的。
　　為了突破現(xiàn)有結構的局限，我們探討使用表面等離子體(SP)技術。SP(或者稱為表面等離子激元(SPP))是由金屬表面自由電子和光子的相互作用產生的沿著金屬—電介質界面?zhèn)鞑サ碾姾擅芏炔?，是一種新型的光控制技術，具有近場增強，可調性，在亞波長尺度上對光的調控等優(yōu)點。SP的物理性質可由麥克斯韋方程和相應的公式來解析描述，也可以通過數(shù)值模擬的方法進行計算，具有常規(guī)金屬或電介質所無法實現(xiàn)的特性。
　　本文基于SP技術提出兩

4、種新穎的LCOS結構，期望解決目前基于LCOS的全息視頻顯示所面臨的邊緣場效應以及低衍射效率的問題，嘗試突破目前LCOS空間光調制器的瓶頸。論文主要包括以下幾方面的研究內容和研究成果:
　　1)分析了目前用于全息視頻顯示的LCOS器件所面臨的問題，指出當前用于全息視頻顯示的LCOS無法滿足寬視場需求。
　　2)針對目前LCOS器件的邊緣場效應問題，提出基于表面等離子共振(SPR)的LCOS結構模型。在傳統(tǒng)的Kretschma

5、nn結構模型基礎上，利用SP對周圍介質敏感的特性，將LC作為調制折射率的電介質，實現(xiàn)對光的調制。數(shù)值分析結果表明，基于SPR的LCOS結構可以實現(xiàn)反射光的相位調制，減小使用的LC層厚度，從而減小邊緣場效應的影響。
　　3)由于SP具有突破衍射極限的能力，研究了金屬—電介質—金屬(MDM)，即縫隙表面等離子(GSP)的色散特性，提出在LCOS單元結構中引入特異介質表面(metasurface)結構，利用TechWiz LCD仿真工具