Capacidade de modulação de luz espacial complexa de uma camada dupla em

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8277 (2022) Citar este artigo

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O complexo modulador de luz espacial (SLM), que pode controlar simultaneamente a amplitude e a fase das ondas de luz, é uma tecnologia chave para uma ampla gama de tecnologias ópticas de onda, incluindo exibições tridimensionais holográficas. Este artigo apresenta um modulador de luz espacial complexo de painel plano que consiste em painéis de cristal líquido de comutação no plano duplo com graus duplos de liberdade de entradas de tensão. A arquitetura proposta apresenta modulação de luz complexa em nível de pixel único, permitindo modulação de luz complexa em todo o espaço livre, o que é mais contrastante com as técnicas convencionais de modulação complexa baseadas em macro-pixel. Sua capacidade de modulação de luz complexa é verificada com simulação teórica e caracterização experimental, e uma reconstrução de imagem holográfica tridimensional sem ruído conjugado. Acredita-se que o SLM complexo de painel plano proposto pode ser um dispositivo essencial para uma ampla gama de tecnologias avançadas de óptica de onda.

A síntese do campo de onda é uma tecnologia fundamental. O modulador de luz espacial (SLM), um dispositivo essencial que modula diretamente a frente de onda da onda de luz, fornece uma forma de síntese e modificação do campo de onda no nível do projeto. A tecnologia de holografia digital, como imagem holográfica e exibição holográfica, é o campo representativo que se beneficia da tecnologia SLM1,2,3,4,5,6. Além disso, os SLMs têm sido extensivamente usados ​​para tecnologias ópticas de ondas, como direcionamento de feixe7, comunicações ópticas8,9, microscopia avançada e imagens biomédicas10,11.

O desempenho de modulação dos SLMs estabelece uma limitação fundamental para o desempenho geral das tecnologias baseadas em ondas ópticas. Alcançar a controlabilidade da distribuição do campo óptico de onda com alta eficiência e baixo ruído é altamente desejável em comum para o SLM do tipo transmissão e SLM do tipo reflexão12,13,14,15,16,17. O desenvolvimento da tecnologia SLM foi levantado em várias direções, como painel de cristal líquido tipo transmissão1,2,11,18,19, cristal líquido tipo reflexão em silício (LCoS)5,8,20, micro digital tipo reflexão -dispositivo de espelho (DMD)4,10 e metafotônica ativa recentemente emergente SLM21,22,23. Embora tenham sido introduzidas várias abordagens SLM com modulação de amplitude ou apenas de fase, a maioria sofre de vários tipos de problemas de ruído, como DC e ruídos conjugados12,24,25. Várias pesquisas tentaram superar essas questões. Algumas abordagens implementaram os sistemas adicionais para filtrar os ruídos26,27, mas a maioria tornou o sistema menos eficiente ou volumoso. Outras abordagens bem conhecidas são a codificação do algoritmo adicional de projeto de holograma gerado por computador (CGH) para um SLM25,28,29 somente de fase, mas elas tornam o sistema demorado ou oferecem a modulação apenas em um campo restrito. Foi acordado que a solução fundamental para superar esse problema é a modulação de luz complexa genuína, o que significa controle simultâneo da amplitude e da fase em um único nível de pixel.

Em particular, o complexo SLM, que modula a amplitude e a fase da luz incidente, é altamente aplicável a vários campos de engenharia com aplicações de exibição. O SLM complexo é crucial para exibições holográficas tridimensionais (3D) digitais30. Recentemente, a visão holográfica avançada baseada em realidade aumentada para metaverso ou realidade mista e a tecnologia de computação óptica emergente, como todas as redes neurais ópticas, tornaram-se os campos de aplicação promissores da complexa tecnologia SLM21,31,32,33,34.

No entanto, uma solução prática para SLM complexo tem sido um problema desafiador por várias décadas. Deve-se levar em consideração o desafio de criar SLMs LC de painel único com características de modulação complexas, porque pelo menos dois graus de liberdade de controle independentes, como dois eletrodos de tensão controláveis ​​independentemente, são necessários para modular a amplitude e a fase da luz separadamente. A integração de dois eletrodos de tensão independentes em uma única estrutura de painel LC não é permitida pela atual infraestrutura de fabricação de LCD.