液晶光阀-连.doc

液晶光阀图像变换实验报告 实验人：北师物理 小彬连 摘要：在本次试验中利用实验电路，测量了液晶光阀写入电压为0V和5V时的响应曲线，并由此大致确定正像、负像、边缘增强像及边缘减弱像的实际图样。再利用图像实时变换的负像原理得到了图像实时相减图。用液晶光阀观察了单缝的频谱空间滤波并利用光学模拟的方法再现了计算全息图。 关键字：液晶、正像、负像、边缘增强像及边缘减弱像、傅里叶变换、全息 引言：液晶光阀（Liquid Crystal Light Valve）简称LCLV，它是二十世纪七十年代发展起来的，被广泛地应用在光信息处理、空间光调制、大屏幕投影显示、光计算、自动目标识别、非相干图像与相干图像的转化等方面. 1888年，奥地利科学家赖因策在布拉格植物生理研究所做实验时，发现他加热的化合物熔化后先变成了白浊液体，并且闪现某些颜色，继续加热后变成透明液体。于是他又对化合物进行降温后，重复实验，依然看到上述现象。赖因策没有像其他人那样将这种特有的现象简单看作是材料不纯造成的，而是更精心地制备材料，对颜色的起因进行探究。1888年3月14日，赖因策将样品寄给德国的年轻结晶学家雷曼，并附上一封长信。雷曼经过系统研究，发现有许多有机化合物都具有同样的性质，这些化合物在混浊状态，其力学性质与液体相似，具有流动性，而其光学性质与晶体相似，具有各向异性，故取名为液晶。它是进行信息与激光技术领域科研工作的关键光电子器件之一.本实验就是在这个大的背景情况下,从基本原理的角度出发, 测量其相关曲线,理解并解释相关现象.  实验原理： 液晶性质 液晶是一种有机高分子化合物当液晶分子有序排列时表现出光学各向异性。液晶分子的排列状态按其对称性可分为三大类向列型、胆甾型和近晶型。实验中采用的是向列型液晶。正性向列相液晶各分子长轴方向大体一致但分子位置杂乱且不分层排列在外电场作用下分子取向沿电场方向排列因此可以通过控制电场来控制液晶分子的取向从而控制液晶对光的透过特性。 向列相液晶由长径比很大的棒状分子组成，分子不排列成层，只在长轴方向上保持相互平行或近于平行（热扰动引起），分子质心没有长程有序性，分子间短程作用微弱，属Van der Waals引力。分子长轴互相平行的自发取向过程使液晶表现出高度的双折射性，即n∥≠n⊥，且折射率差Δn总是大于零：Δn= n∥-n⊥0。向列相液晶又分为经典向列相和群聚向列相。而本实验采用的就是正向扭曲向列相液晶盒。 液晶的分子轴在外场的作用下将有一定的取向因此可以通过控制电场来控制液晶分子的取向从而控制液晶对光的透过特性。本实验采用正性扭曲——向列相液晶盒各分子的长轴方向都平行于基片表面但两基片上的分子长轴方向有一定的夹角。其中液晶盒基片经过了表面取向处理使得盒内液晶分子在分子相互作用力的影响下两基片间的分子长轴将逐渐从一个基片处的方向“均匀”地过渡到另一个基片处的方向形成均匀的扭曲排列且基片间的分子长轴都平行于基片表面。 混合场效应 液晶光阀是利用液晶的混合场效应来实现对读出光的调制的。混合场效应是扭曲-向列相效应和电控双折射效应的结合。利用扭曲-向列相排列使液晶光阀处于“关闭”状态，利用外场的电控双折射效应获得光阀的“开启”状态。 所谓“关闭”状态和“开启”状态在《近代物理实验》（北师大版）上有详细解释，在此不再赘述。 CdS液晶光阀 液晶光阀如下幅图表1所示 下面以典型的反射型扭曲向列型液晶器件为例进行介绍，将两片光刻好透明导电极图形的平板玻璃相对放置在一起，使其间相距为10。四周用环氧胶密封，但在一侧封接边上留有一个开口，该开口称为液晶注入口。液晶材料即是通过该注入口在真空条件下注入的。注入后，用树脂将开口封堵好。当然，作为扭曲向列型液晶显示器件，在液晶盒内表面还应制作上一层定向层。该定向层经定向处理后，可使液晶分子在液晶盒内，在前后玻璃基板表面都呈沿面平行排列，而在前后玻璃基板之间液晶分子又呈45度扭曲排列，经过反射回来再次产生45度扭曲，这样就产生振动方向900 偏转. 本实验中的液晶主要是向列型液晶，其分子长轴近似平行，且平行于玻璃平面液晶分子取向决定于取向膜层的方向.光通过液晶层时发生双折射效应，即入射的偏振光进入液晶层后，这时的液晶层相当于一个位相片，其位相的大小取决于写入光的强弱.反射回来的各种不同的椭圆偏振光,它的长、短轴的方向和比例经检偏器后的光强是不同的。液晶层两侧加一定电压，