CN114460774B - 反射式几何相位液晶空间光调制方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射式几何相位液晶空间光调制方法、系统及存储介质，涉及相位调制技术领域。具体步骤包括如下：线偏光通过第一1/4波片变为左/右旋圆偏光；所述左/右旋圆偏光入射到液晶盒中，得到出射光；所述出射光经过第二1/4波片变为第二线偏光；所述第二线偏光经过反射镜反射后再次通过所述液晶盒，偏振态不变，完成相位调制。本发明为了实现近360°的GP调制，在IPS液晶盒后加入了1/4波片和反射镜，反射镜使入射光两次通过IPS Cell，1/4波片使2次相位可以叠加，从而实现近360°的GP调制的目的，为全息显示提供新思路，避免了双IPS盒结构无法精确对准问题。
Description
技术领域
本发明涉及相位调制技术领域，更具体的说是涉及一种反射式几何相位液晶空间光调制方法、系统及存储介质。
背景技术
全息显示技术因其可以完整记录和再现物体的波前信息，即包含物光的全部特征，从而可以提供人眼视觉所需的全部深度感知信息，被认为是3D显示的终极目标。计算全息可以突破干板等静态载体的束缚，实现动态全息成像。目前LCOS在计算全息中的应用较为广泛，但对波长和Cell Gap的依赖很大，且LCOS受限于硅基尺寸，无法做到很大的成像器件。利用IPS LCD可以实现几何相位(GP)调制，GP只与各向异性光轴有关，与入射光波长和介质厚度无关，有望实现更灵活的光调制。
由于IPS液晶在电极驱动下可以转过的角度≤90°，经过单个IPS液晶盒后GP可以调制的角度≤180°。为了实现接近360°的GP调制，一般需要光线通过2次IPS液晶盒。采用双IPS Cell可以实现近360°的GP调制，但双IPS Cell要求两个Cell有像素级的对位(微米级)，这对贴合精度要求非常高，工艺上很难实现。
因此，对本领域技术人员来说，如何避免双IPS盒结构的对准问题利用单个IPS液晶盒实现近360°的几何相位调制，是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种反射式几何相位液晶空间光调制方法、系统及存储介质，能够避免双IPS盒结构的对准问题，利用单个IPS液晶盒实现近360°的几何相位调制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一方面，提供一种反射式几何相位液晶空间光调制方法，具体步骤如下：
线偏光通过入射光路后调制为相位为2α的第二线偏光；
所述第二线偏光经过反射镜反射后通过出射光路调制为相位为4α的第三线偏光。
可选的，所述入射光路具体为：
所述线偏光通过第一1/4波片变为左/右旋圆偏光；
所述左/右旋圆偏光入射到液晶盒中，得到出射光；
所述出射光经过第二1/4波片变为所述第二线偏光。
可选的，所述出射光路具体为：
所述第二线偏光经反射镜反射后再次通过第二1/4波片，变为左/右旋圆偏光；
所述左/右旋圆偏光再次入射到液晶盒中，得到第二出射光；
所述第二出射光经过第一1/4波片，调制为所述第三线偏光。
另一方面，提供一种反射式几何相位液晶空间光调制系统，包括第一1/4波片、液晶盒、第二1/4波片、反射镜，所述液晶盒位于所述第一1/4波片与所述第二1/4波片之间，所述第二1/4波片位于所述液晶盒与所述反射镜之间。
最后，提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种反射式几何相位液晶空间光调制方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种反射式几何相位液晶空间光调制方法、系统及存储介质，具有以下有益的技术效果：
(1)反射式光路相比双盒透射光路，结构简单，不需要精细的对位工艺，工艺难度低，易于实现；
(2)为了实现近360°的相位调制，在IPS液晶盒后加入了1/4波片和反射镜，反射镜使入射光两次通过IPS Cell，1/4波片使2次相位可以叠加，从而实现近360°的GP调制的目的，为全息显示提供新思路；
(3)用IPS LCD实现相位调制，调制相位只与各向异性光轴有关，与入射光波长和介质厚度无关，可以实现更灵活的光调制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统结构图；
图3为本发明的液晶盒结构测试图；
图4为本发明的液晶盒结构俯视图；
图5为本发明的干涉测试光路图；
图6(a)为本发明的干涉图样示意图；
图6(b)为本发明的V-GP曲线图；
其中，1为第一1/4波片、2为液晶盒、3为第二1/4波片、4为反射镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例1公开了一种反射式几何相位液晶空间光调制方法，如图1所示，具体步骤如下：
S1、线偏光通过入射光路后调制为相位为2α的第二线偏光；
S2、第二线偏光经过反射镜反射后通过出射光路调制为相位为4α的第三线偏光。
进一步的，入射光路具体为：
S11、线偏光通过第一1/4波片变为左/右旋圆偏光；
S12、左/右旋圆偏光入射到液晶盒中，得到出射光；
S13、出射光经过第二1/4波片变为第二线偏光。
进一步的，出射光路具体为：
S21、第二线偏光经反射镜反射后再次通过第二1/4波片，变为左/右旋圆偏光；
S22、左/右旋圆偏光再次入射到液晶盒中，得到第二出射光；
S23、第二出射光经过第一1/4波片，调制为第三线偏光。
本发明实施例2公开了一种反射式几何相位液晶空间光调制系统，如图2所示，包括第一1/4波片1、液晶盒2、第二1/4波片3，液晶盒2位于第一1/4波片1与第二1/4波片3之间。
如图2所示，一束Y方向线偏光通过第一1/4波片1后变为左旋圆偏光(左旋圆偏光或右旋圆偏振光，分别以|L>和|R>表示，左旋圆偏光入射到一面内旋转液晶器件IPS Cell，即液晶盒2(液晶厚度为d，分子指向与x轴夹角为α，如图3、图4所示)，出射光将同时包含|L>和|R>分量。
假设入射光为完全的左旋圆偏光，其出射光|L>、|R>的复振幅分别为βL和βR，即
|Eout>＝βL|L>+βR|R> (1)
利用琼斯矩阵，可以算出经过液晶后：
(2)、(3)两式中，ΔΦe＝ned*2π/λ和ΔΦo＝nod*2π/λ，no表示寻常光在双折射材料中传播的折射率，ne表示非寻常光在双折射材料中传播的折射率；λ表示光的波长；由(3)式可以看出，左旋圆偏光入射到液晶波片上，出射的右旋光有一个2α的相位延迟项，这就是GP(相位)。可以看出，旋转液晶波片的光轴方向可以调制GP的大小，并且调制量与入射光波长和液晶盒厚无关。液晶的厚度决定了出射光中|L>和|R>分量振幅大小，当ΔΦe-ΔΦo＝π时，出射的光只有右旋圆偏振分量，该厚度的液晶相当于一个半波片。同时由于圆偏光通过波片后，产生的GP由波片的光轴方向决定，与液晶盒厚、入射光波长无关，在适当牺牲效率的情况下，盒厚和波长均可以变更。
入射光第一次经过IPS Cell后的出射光为βR，βR经过第二1/4波片3后变成Y方向线偏光，Y方向线偏光经反射镜4反射后偏振态不变。二次经过第二1/4波片3后变为左旋圆偏光(包含2α的GP)，左旋圆偏光二次经过IPS Cell后其右旋分量包含4α的GP。由于IPS盒电极对液晶驱动水平的限制，|α|<90°，因而|4α|<360°。
如果液晶盒与反射镜之间不插入第二1/4波片，由琼斯矩阵计算可知，入射光二次通过液晶盒后GP为0。因而第二1/4波片是本发明实施例的关键器件之一。
为了检验本发明对几何相位的调制效果，设计了如图5所示干涉测试光路，通过计算参考光和测试光的干涉条纹shift量，得到V-GP曲线(电压-几何相位)曲线。实测V-GP与模拟V-GP基本吻合，如图6(a)、图6(b)所示。
最后，提供一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现一种反射式几何相位液晶空间光调制方法的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种反射式几何相位液晶空间光调制方法，其特征在于，具体步骤如下：
线偏光通过入射光路后调制为相位为2α的第二线偏光，分子指向与x轴夹角为α；
所述第二线偏光经过反射镜反射后通过出射光路调制为相位为4α的第三线偏光；第二线偏光经反射镜反射后偏振态不变；
所述入射光路具体为：
所述线偏光通过第一1/4波片变为左/右旋圆偏光；
所述左/右旋圆偏光入射到液晶盒中，得到出射光，所述液晶盒为IPS液晶盒；
所述出射光经过第二1/4波片变为所述第二线偏光；
所述出射光路具体为：
所述第二线偏光经反射镜反射后再次通过第二1/4波片，变为左/右旋圆偏光；
所述左/右旋圆偏光再次入射到液晶盒中，得到第二出射光；
所述第二出射光经过第一1/4波片，调制为所述第三线偏光。
2.一种使用权利要求1所述方法的反射式几何相位液晶空间光调制系统，其特征在于，包括第一1/4波片、液晶盒、第二1/4波片、反射镜，所述液晶盒位于所述第一1/4波片与所述第二1/4波片之间；所述第二1/4波片位于所述液晶盒与所述反射镜之间。
3.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1中所述的一种反射式几何相位液晶空间光调制方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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