氢化非晶/纳米硅液晶空间光调制器光敏层性质研究

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液晶空间光调制器(Liquid Crystal Spatial Light Modulator,LCSLM)是一类基于液晶分子的电控双折射效应的有效光学器件,当加以随时间变化的光驱信号或者电驱动信号时,空间上光分布的位相、振幅、及偏振态信息等会发生对应的变化。由于这些性质,被广泛用于光学计算、光学信息处理、光学神经网络等系统中并作为核心器件。液晶空间光调制器中光敏层对外界光的敏感效果将会对整个液晶空间光调制器的电光性能造成很大的影响,因此,对液晶光敏层的研究具有重大意义。本文通过研究分析光敏层在液晶空间光调制器中的工作机理,通过制备具有特殊性能的光敏层,来提高液晶空间光调制器对外界光的敏感程度,大大的扩展了液晶空间光调制的应用范围,并为在特殊情况下的光敏探测提供了可能。本文的主要工作和取得的成果如下:研究了液晶空间光调制器的发展和工作机理,分析了光敏层在液晶空间光调制器中的作用、实现途径,对各类光敏层材料进行了对比分析,结合实际需要,确定射频磁控溅射的方法制备氢化非晶硅作为光敏层。研究分析了氢化非晶硅微观结构及作为光敏层的工作机理,从理论上进行了分析,提出了通过改变射频溅射工艺条件来实现氢化非晶硅薄膜中掺杂、晶化程度,以此来控制光敏层的光电导性能,并对其光电导性能改变进行了分析。在氢化非晶硅薄膜的制备中,随着衬底温度的增加,薄膜沉积速率、光吸收系数、交流电阻率、硼掺杂量等均出现先增大后下降的趋势,大约在300℃时出现最优值;随着溅射功率的增大,薄膜沉积速率、硼掺杂的沉积速率、硼掺杂量等也呈现整体先增大后减小的趋势,大约在300W时出现最优值。氢化非晶硅薄膜透过率随氢气分压的增大而上升;硼掺杂量的增大使得样品透过率增大,吸收变红移,交流电阻下降,在掺杂量0.018%的时候具有较好的光电导特性。通过改变工艺参数和掺杂量,制备出纳米氢化非晶硅薄膜,基本与理论分析效果吻合,与普通的氢化非晶硅薄膜相比具有更好的光电导特性。制备出了普通氢化非晶硅光敏层和纳米氢化非晶硅薄膜光敏层液晶空间光调制器,并对液晶光调制器的光灵敏度进行了对比试验分析,试验中可以看出,纳米氢化非晶硅薄膜光敏层液晶空间光调制器在相同光信号下具有更好的输出效果。
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