基于空间光调制的表面等离子体动态全息设计与实验研究

论文摘要

表面等离子体全息可以分离显示图像和零级透射光,有望实现平板的全息显示,有着较好的研究价值。目前报道的相关研究主要是利用浮雕结构实现静态的表面等离子体全息图像,无法实现动态全息显示。本文提出了一种基于折射率调制的表面等离子体动态全息显示结构,这种结构不仅保留了静态表面等离子体全息结构中消零级透射光的特性,更是在将浮雕结构替换为液晶空间光调制器后实现了对全息图像的动态调制。本文通过理论结合仿真以及实验验证,对基于空间光调制器调制的表面等离子体动态全息进行了深入研究,该研究推动了表面等离子体全息由静态向动态显示技术的发展。本文提出采用折射率调制替代目前表面等离子体全息采用的微纳浮雕结构,从而使得表面等离子体全息的再现电磁场动态可调,进而实现表面等离子体动态全息显示。主要研究内容有下面几个方面:首先,以表面等离子体特性理论以及光学全息理论为基础,提出了基于折射率调制的表面等离子体全息的概念,设计了液晶空间光调制器-金属-棱镜的动态全息显示结构,并结合GS算法和退火算法对该结构调制出平行光的机理进行分析。接着,采用时域有限差分法,对结构中金属银表面介质的折射率变化调制表面等离子体的物理机理进行了仿真,并与上述理论调制机理进行对比分析,得到的仿真结果验证了表面等离子体动态全息理论的可行性。之后,根据对仿真结果的实际可操作性优化后,设计出表面等离子体动态全息的实验装置,制备加工出用于激发表面等离子体的梯形棱镜及金属银膜,光栅型的ITO玻璃以及灌制的液晶结构,和用于导出出射光的楔形出光棱镜,并对各层结构组装搭建后进行现象观察,总结出的实验结果验证了表面等离子体动态全息理论的正确性。最后,将本论文获得的结果进行了讨论总结,并展望未来的研究工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 全息成像概述
•   1.2 表面等离子体概述
•   1.3 表面等离子体全息国内外研究现状
•   1.4 论文的主要内容
• 第2章 SPPs动态全息的理论分析
•   2.1 SPPS的基础理论
•     2.1.1 SPPs的特性
•     2.1.2 SPPs的耦合激发方式
•   2.2 SPPS全息记录
•   2.3 LC-SLM的电控变折射率特性
•   2.4 LC-SLM调制的SPPS动态全息理论研究
•   2.5 本章小结
• 第3章 SPPs动态全息模型的仿真分析
•   3.1 SPPS激发角的仿真
•   3.2 LC-SLM周期对出射光波矢的调制
•   3.3 LC-SLM空间相对位置与调制出出射光的初始相位的关系
•   3.4 LC-SLM折射率差ΔN和周期Λ与调制出出射光振幅的关系
•   3.5 两种不同周期的LC-SLM叠加所调制出出射光的讨论
•   3.6 本章小结
• 第4章 SPPs动态全息装置的制备与实验验证
•   4.1 SPPS动态全息验证实验结构的设计及材料制备
•     4.1.1 SPPs动态全息验证实验结构的设计
•     4.1.2 SPPs动态全息验证实验结构中的材料制备
•   4.2 SPPs与LC-SLM的耦合出光实验
•     4.2.1 SPPs共振激发实验分析
•     4.2.2 SPPs耦合出光实验分析
•     4.2.3 实验结论
•   4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和专利
• 附录B 攻读硕士学位期间参加的科研项目及获奖情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马宏博

导师: 罗春华

关键词: 表面等离子体,全息,液晶空间光调制器,动态显示

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 长春理工大学

分类号: O53

总页数: 63

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