光柵光閥新結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能分析【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述電信多媒體光柵光閥新結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能分析摘要：光柵光閥(GLV:GratingLightValve)技術(shù)最早由斯坦福大學(xué)DavidBloom教授及其研究小組于1992年提出，1994年成立了SLM（SiliconLightMachine）公司來推廣這一技術(shù)在投影顯示方面的應(yīng)用。光柵光閥是一種基于MEMS技術(shù)的衍射光器件，它是由一列懸空的粱組成的一個(gè)相位光柵。光柵光閥是光線反射元件,由一條條帶狀的反射面所組成,反射面在靜電力的作用下進(jìn)行上下移動(dòng),使得光柵光閥形成衍射光柵,工作在“開”態(tài)和“關(guān)”態(tài),再加上其反射裝置的超高切換速度,以達(dá)成影像

2、的再生。衍射的作用使得光柵光閥在“開”、“關(guān)”態(tài)存在一定的光能量的泄漏,降低以光柵光閥為核心器件的投影機(jī)的投影性能,所以有必要對(duì)光柵光閥的光學(xué)特性進(jìn)行分析。本文主要討論了GLV的基本特點(diǎn)和原理；綜合GLV的特點(diǎn)并舉例說明了它的典型應(yīng)用，比如成像設(shè)備，包括投影系統(tǒng)、便攜式通信設(shè)備、打印機(jī)、激光照排機(jī)、計(jì)算機(jī)直接制版機(jī)以及光纖通信等；介紹了Matlab仿真軟件的模擬分析方法，并比較分析Matlab仿真軟件的優(yōu)勢(shì)所在；最后討論了由于GLV在不同領(lǐng)域得到的成功和應(yīng)用，受到越來越多的重視，展示了其在數(shù)據(jù)傳輸速度、適用光譜范圍、結(jié)構(gòu)等方面的新的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：

3、光柵光閥（GLV）；微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）；衍射光柵；光學(xué)性能參數(shù)；計(jì)算機(jī)模擬仿真1.引言光柵光閥(GLV)是一種基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的新型微型反射光柵,在靜電力的作用下可動(dòng)梁彎曲,從而獲得所需要的光強(qiáng)分布，具有響應(yīng)速度快、光學(xué)效率高、成像穩(wěn)定、可經(jīng)受極高光強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。光柵光閥是一種衍射型相位光柵器，于1992年首次被提出。1994年美國加州硅光機(jī)公司開始開發(fā)GLV產(chǎn)品，并于1998年進(jìn)行了首次投影機(jī)的公開展示，后來GLV又不斷的被成功運(yùn)用到光通信、高清晰打印等領(lǐng)域，并在數(shù)字電視等方面有所新的發(fā)展和突破。2.背景MEMS微型可編程光柵是一種全新概念下的光

4、柵,具有軟件可編程控制的高靈活性特點(diǎn),并表現(xiàn)出獨(dú)特的能量再分布能力,是一種新型的多功能光學(xué)器件。而MEMS技術(shù)的采用不僅實(shí)現(xiàn)了光柵的微型化和集成化,易于構(gòu)造大面陣光柵陣列,同時(shí)顯著降低了制造成本、提高了器件的工作性能,并且使光學(xué)片上系統(tǒng)(systemonachip,SoC)的最終實(shí)現(xiàn)成為可能,其中,在結(jié)合了MEMS技術(shù)、微電子技術(shù)、精密機(jī)械加工技術(shù)和封裝技術(shù)等的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微型光譜儀就是最典型的例子。對(duì)于下一代的光通信技術(shù)而言,MEMS將會(huì)是一種成熟并且實(shí)用化的技術(shù)?；贛EMS的傳感器,衰減器,光開關(guān)有高度集成的特點(diǎn),因此這類器件將滿足小尺寸,

5、高速,低成本的要求?；贛EMS的光衰減技術(shù)現(xiàn)在主要有擋光式,反射式,反應(yīng)時(shí)間都在ms量級(jí)。1998年基于VLSI(VeryLargeScaleIntegration)技術(shù)的GLV(GratingLightValve)被正式提為專利。在這項(xiàng)專利中,基底材料為硅,可活動(dòng)的輻條(ribbon)材料為SiN2,在輻條和基底之間再鍍上反射材料,如鋁膜,相鄰的輻條和基底之間在鍍上鋁膜之后高度差為入射波長的1/2。輻條的厚度為入射波長的1/4。通過靜電引力或斥力使輻條運(yùn)動(dòng)。由于輻條的移動(dòng)距離相對(duì)波長比擬,因此這種MEMS器件的響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)使用梳狀電極或者

6、轉(zhuǎn)動(dòng)微鏡的響應(yīng)時(shí)間,達(dá)達(dá)μs量級(jí)。1.GLV的基本工作原理光柵光閥是光線反射元件,由一條條帶狀的反射面所組成,反射面在靜電力的作用下進(jìn)行上下移動(dòng),使得光柵光閥形成衍射光柵,工作在“開”態(tài)和“關(guān)”態(tài),再加上其反射裝置的超高切換速度,以達(dá)成影像的再生。衍射的作用使得光柵光閥在“開”、“關(guān)”態(tài)存在一定的光能量的泄漏,降低以光柵光閥為核心器件的投影機(jī)的投影性能。光柵光閥利用光反射原理，一個(gè)像素由彼此隔開的多個(gè)可動(dòng)帶狀物和固定帶狀物組成,這些帶狀物上表面鍍上具有高反射效率的膜。當(dāng)可動(dòng)帶狀物(光閥)和固定帶狀物在同一高度時(shí),如圖1(a)所示,該像素成為一個(gè)平面,

7、此時(shí)光柵光閥起到一個(gè)平面鏡的作用,當(dāng)后續(xù)光能收集系統(tǒng)放置在如圖1所示的位置,這時(shí)沒有光進(jìn)入光能量收集系統(tǒng)顯示為“關(guān)”態(tài);當(dāng)靜電力開始作用,可動(dòng)帶狀物向下彎,形成一個(gè)衍射光柵,顯示為“開”態(tài),如圖1(b)所示,亮度會(huì)隨著可動(dòng)帶狀物下彎深度的不同來控制反射光與折射光的比例變化而變化,從而形成不同的灰度層次,也可以靠保持在某種工作狀態(tài)的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)不同的灰度層次。a.關(guān)態(tài)b.開態(tài)圖1　GLV器件的工作原理2.GLV的特點(diǎn)?卓越的處理速度GLV晶片能夠高速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榫瑥澢淖畲缶嚯x只有光波波長的1／4。一個(gè)周期只需要20納秒，也就是說晶片每秒可實(shí)現(xiàn)5000萬

8、次彎曲和彈回。這個(gè)速度是其它光閥產(chǎn)品響應(yīng)速度的1000倍，這是其它光閥技術(shù)所無法比擬的。?光學(xué)效率高，成像清