光栅光阀新结构的光学性能分析【文献综述】.docVIP

毕业设计文献综述 电信多媒体 光栅光阀新结构的光学性能分析 摘要：光栅光阀(GLV: Grating Light Valve)技术最早由斯坦福大学David Bloom教授及其研究小组于1992 年提出，1994 年成立了SLM（ Silicon Light Machine）公司来推广这一技术在投影显示方面的应用。光栅光阀是一种基于MEMS技术的衍射光器件，它是由一列悬空的粱组成的一个相位光栅。光栅光阀是光线反射元件,由一条条带状的反射面所组成,反射面在静电力的作用下进行上下移动,使得光栅光阀形成衍射光栅,工作在“开”态和“关”态,再加上其反射装置的超高切换速度,以达成影像的再生。衍射的作用使得光栅光阀在“开”、“关”态存在一定的光能量的泄漏,降低以光栅光阀为核心器件的投影机的投影性能,所以有必要对光栅光阀的光学特性进行分析。 本文主要讨论了GLV的基本特点和原理；综合GLV的特点并举例说明了它的典型应用，比如成像设备，包括投影系统、便携式通信设备、打印机、激光照排机、计算机直接制版机以及光纤通信等；介绍了Matlab仿真软件的模拟分析方法，并比较分析Matlab仿真软件的优势所在；最后讨论了由于GLV在不同领域得到的成功和应用，受到越来越多的重视，展示了其在数据传输速度、适用光谱范围、结构等方面的新的发展趋势。 关键词：光栅光阀（GLV）；微机电系统（MEMS）；衍射光栅；光学性能参数；计算机模拟仿真 引言 光栅光阀(GLV)是一种基于微机电系统技术的新型微型反射光栅,在静电力的作用下可动梁弯曲,从而获得所需要的光强分布，具有响应速度快、光学效率高、成像稳定、可经受极高光强等优点。光栅光阀是一种衍射型相位光栅器，于1992年首次被提出。1994年美国加州硅光机公司开始开发GLV产品，并于1998年进行了首次投影机的公开展示，后来GLV又不断的被成功运用到光通信、高清晰打印等领域，并在数字电视等方面有所新的发展和突破。 背景 MEMS微型可编程光栅是一种全新概念下的光栅,具有软件可编程控制的高灵活性特点,并表现出独特的能量再分布能力,是一种新型的多功能光学器件。而MEMS技术的采用不仅实现了光栅的微型化和集成化,易于构造大面阵光栅阵列,同时显著降低了制造成本、提高了器件的工作性能,并且使光学片上系统( system on achip, SoC)的最终实现成为可能,其中,在结合了MEMS技术、微电子技术、精密机械加工技术和封装技术等的基础上发展起来的微型光谱仪就是最典型的例子。 对于下一代的光通信技术而言,MEMS将会是一种成熟并且实用化的技术。基于MEMS的传感器,衰减器,光开关有高度集成的特点,因此这类器件将满足小尺寸,高速,低成本的要求。基于MEMS的光衰减技术现在主要有挡光式,反射式,反应时间都在ms量级。1998年基于VLSI(Very Large Scale Integration) 技术的GLV(Grating Light Valve) 被正式提为专利。在这项专利中,基底材料为硅,可活动的辐条( ribbon) 材料为SiN2 ,在辐条和基底之间再镀上反射材料,如铝膜,相邻的辐条和基底之间在镀上铝膜之后高度差为入射波长的1/ 2 。辐条的厚度为入射波长的1/ 4 。通过静电引力或斥力使辐条运动。由于辐条的移动距离相对波长比拟,因此这种MEMS器件的响应时间远远小于传统使用梳状电极或者转动微镜的响应时间,达达μs量级。 GLV的基本工作原理 光栅光阀是光线反射元件,由一条条带状的反射面所组成,反射面在静电力的作用下进行上下移动,使得光栅光阀形成衍射光栅,工作在“开”态和“关”态,再加上其反射装置的超高切换速度,以达成影像的再生。衍射的作用使得光栅光阀在“开”、“关”态存在一定的光能量的泄漏,降低以光栅光阀为核心器件的投影机的投影性能。 光栅光阀利用光反射原理，一个像素由彼此隔开的多个可动带状物和固定带状物组成,这些带状物上表面镀上具有高反射效率的膜。当可动带状物(光阀) 和固定带状物在同一高度时,如图1(a) 所示,该像素成为一个平面,此时光栅光阀起到一个平面镜的作用,当后续光能收集系统放置在如图1所示的位置,这时没有光进入光能量收集系统显示为“关”态;当静电力开始作用,可动带状物向下弯,形成一个衍射光栅,显示为“开”态,如图1(b) 所示,亮度会随着可动带状物下弯深度的不同来控制反射光与折射光的比例变化而变化,从而形成不同的灰度层次,也可以靠保持在某种工作状态的时间来实现不同的灰度层次。 a.关态 b.开态 图1　GLV器件的工作原理 GLV的特点 卓越的处理速度 GLV晶片能够高速运动