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时间:2019-05-10
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1、3.6光束扫描技术一种是光的偏转角连续变化的模拟式扫描,它能描述光束的连续位移;另一种是不连续的数字扫描,它是在选定空间的某些特定位置上使光束的空间位置“跳变”。前者主要用于各种显示,后者则主要用于光存储。1.机械扫描机械扫描技术是目前最成熟的一种扫描方法。如果只需要改变光束的方向,即可采用机械扫描方法。机械扫描技术是利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动实现光束扫描。图1所示为一简单的机械扫描原理装置,激光束入射到一可转动的平面反射镜上,当平面镜转动时,平面镜反射的激光束的方向就会发生改变,达到光束扫描的目的。入射光束扫描光束反射镜图1
2、机械扫描装置示意图机械扫描方法虽然原始,扫描速度慢,但其扫描角度大而且受温度影响小,光的损耗小,而且适用于各种光波长的扫描。因此,机械扫描方法在目前仍是一种常用的光束扫描方法。它不仅可以用在各种显示技术中,而且还可用在微型图案的激光加工装置中。2.电光扫描电光扫描是利用电光效应来改变光束在空间的传播方向,其原理如图2所示。LdBAyxBA光束的偏转方向图2电光扫描原理图光束沿y方向入射到长度为L,厚度为d的电光晶体,如果晶体的折射率是坐标x的线性函数,即用折射率的线性变化代替,偏转角可根据折射定律求得()。式中的负号是由坐标系引进的,
3、即由y转向x为负。图3所示的是根据这种原理作成的双KDP楔形棱镜扫描器。它由两块KDP直角棱镜组成,棱镜的三个边分别沿x、y和z轴方向,但两块晶体的z轴反向平行。光线沿方向传播y且沿方x向偏振。外电场沿Z方向(横向效应)。上部的A线完全在上棱镜中传播,“经历”的折射率为。而在下棱镜中,B线“经历”的折射率为。于是上、下折射率之差()为。得例题:取L=d=h=1cm,r63=10.510-12m/V,no=1.51,V=1000V。为了使偏转角加大,而电压又不致太高,因此常将若干个KDP棱镜在光路上串联起来,构成长为mL、宽为d
4、、高为h的偏转器,如图4所示。则得=3510-7rad。可见电光偏转角是很小的,很难达到实用的要求。hn+nn-nn+nn-nxy图4多级棱镜扫描器两端的两块有一个角为/2,中间的几块顶角为的等腰三角棱镜,它们的z轴垂直于图面,棱镜的宽度与z轴平行,前后相邻的二棱镜的光轴反向,电场沿z轴方向。各棱镜的折射率交替为和其中。故光束通过扫描器后,总的偏转角为每级(一对棱镜)偏转角的m倍,一般m为4~10,m不能无限增加的主要原因是激光束有一定的尺寸,而h的大小有限,光束不能偏出h之外。3.电光数字式扫描由电光晶体和双折射晶
5、体组合而成,其结构原理如图5所示。图中S为KDP晶体,B为方解石双折射晶体(分离棱镜),它能使线偏振光分成互相平行、振动方垂直的两束光,其间隔b为分裂度,为分裂角(也称离散角)。纵向电光调制器及其工作原理上述电光晶体和双折射晶体就构成了一个一级数字扫描器,入射的线偏振光随电光晶体上加和不加半波电压而分别占据两个“地址”之一,分别代表“0”和“l”状态。若把n个这样的数字偏转器组合起来,就能做到n级数字式扫描。图6所示为一个三级数字式扫描器,使入射光分离为23个扫描点的情况。要使可扫描的位置分布在二维方向上,只要用两个彼此垂直的n级扫描器
6、组合起来就可以实现。这样就可以得到2n2n个二维可控扫描位置。3.7空间光调制器yx前面所介绍的各种调制器是对一束光的“整体”进行作用,而且对与光传播方向相垂直的xy平面上的每一点其效果是相同的。空间光调制器可以形成随xy坐标变化的振幅(或强度)透过率A(x,y)=A0T(x,y)或者是形成随坐标变化的相位分布A(x,y)=A0Texp[iθ(x,y)]或者是形成随坐标变化的不同的散射状态。顾名思义,这是一种对光波的空间分布进行调制的器件。它的英文名称是SpatialLightModulator(SLM)。空间光调制器含有许多独立单元,
7、它们在空间排列成一维或二维阵列,每个单元都可以独立地接受光信号或电信号的控制,并按此信号改变自身的光学性质(透过率、反射率、折射率等),从而对通过它的光波进行调制;控制这些单元光学性质的信号称为“写入信号”,写入信号可以是光信号也可以是电信号,射入器件并被调制的光波称为“读出光”;经过空间光调制器后的输出光波称为“输出光”。实时的二维并行处理。液晶空间光调制器有些物质不是直接由固态变为液态,而是经过一个过渡相态,这时,它一方面具有液体的流动性质,同时又有晶体的特性(如光学、力学、热学的各向异性),这种过渡相态称之为“液晶”。液晶是一种有机
8、化合物,一般由棒状柱形对称的分子构成,具有很强的电偶极矩和容易极化的化学团。对这种物质施加外场(电、热、磁等),液晶分子的排列方向和液晶分子的流动位置就会发生变化,即改变液晶的物理状态。如对液
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