液晶光阀实验报告

氦氖激光器
扩束器
准直镜
偏振分光棱镜
观察屏
液晶光阀
成像透镜
写入图象
写入光
交流驱动电压
向列型液晶的正光学性质
光轴
液晶光阀特性研究
学号:PB04210278 姓名：高通
试验目的：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.
试验原理：
1）试验装置图：
2）偏振分光棱镜
激光由棱镜左侧入射后,在右侧透射的光为
ｐ分量光(经过镀膜后使投射光中没有ｓ分量),
ｐ光全透过,而ｓ光全部反射.在实验中偏光分束棱镜既起到起偏器作用又起到检偏器的作用.
3）液晶的双折射特性：如图
试验过程：
f=1.02kHz时原始数据：
10
20
30
40
50
60
如图所示，在几个用竖线对应到横坐标的几个点，红线和黑线相遇，在现象上的反
映就是出现边缘增强图像，几个横坐标与观察到边缘增强的电压吻合的很好。

在那三个点的两边，红线和黑线的高低都是不一样的，就是说在那三个点发生了反
转，在现象上的表现就是边缘增强两边的图像应该是反向的。

观察的结果确实如此。

第1篇一、实验目的1. 理解液晶光开关的基本工作原理，掌握其电光特性。

2. 通过实验测量液晶光开关的电光特性曲线，并从中得到液晶的阈值电压和关断电压。

3. 探究驱动电压周期变化对液晶光开关性能的影响。

二、实验原理液晶是一种具有光学各向异性的有机化合物，其分子在电场作用下会改变排列方向，从而影响光线的传播。

液晶光开关利用这一特性，通过施加电压来控制光的透过。

TN（扭曲向列）型液晶光开关是最常用的液晶光开关之一。

其基本工作原理如下：1. 在两块玻璃板之间夹有液晶层，其中液晶分子在未加电压时呈扭曲排列，使得入射光发生偏振。

2. 当施加电压后，液晶分子排列方向改变，扭曲消失，光线的偏振状态也随之改变。

3. 通过控制电压的大小，可以调节光线的透过情况，从而实现光开关的功能。

三、实验仪器与材料1. 液晶电光效应实验仪一台2. 液晶片一块3. 可变电压电源一台4. 光强计一台5. 记录仪一台6. 连接线若干四、实验步骤1. 将液晶片放置在实验仪中，并调整光路，使光线垂直照射到液晶片上。

2. 连接可变电压电源，设置初始电压为0V。

3. 使用光强计测量透过液晶片的光强，记录数据。

4. 逐渐增加电压，每次增加0.5V，重复步骤3，记录数据。

5. 绘制电光特性曲线，分析阈值电压和关断电压。

6. 改变驱动电压的周期，重复实验，观察液晶光开关性能的变化。

五、实验结果与分析1. 电光特性曲线：根据实验数据，绘制电光特性曲线，如图1所示。

曲线呈现出典型的非线性关系，表明液晶光开关的电光特性。

图1 电光特性曲线2. 阈值电压和关断电压：根据电光特性曲线，确定阈值电压和关断电压。

阈值电压为液晶光开关开始工作的电压，关断电压为液晶光开关完全关闭的电压。

3. 驱动电压周期变化对性能的影响：改变驱动电压的周期，观察液晶光开关性能的变化。

实验结果表明，驱动电压周期变化对液晶光开关性能有一定影响，但影响程度较小。

六、结论1. 本实验成功实现了液晶光开关的电光特性测量，并得到了阈值电压和关断电压。

液晶光电实验报告一、实验目的1、了解液晶的基本特性和工作原理。

2、掌握液晶光阀的工作原理和应用。

3、学会使用相关仪器测量液晶的电光特性参数。

二、实验原理1、液晶的特性液晶是一种介于液体和晶体之间的物质状态，具有独特的光学、电学和力学性质。

液晶分子通常呈长棒状或扁平状，具有一定的取向性。

在不同的电场作用下，液晶分子的取向会发生改变，从而导致液晶的光学性质发生变化。

2、液晶光阀的工作原理液晶光阀是一种基于液晶电光效应的器件。

当在液晶光阀上施加电压时，液晶分子的取向发生变化，从而改变了光通过液晶光阀的透过率。

通过控制施加在液晶光阀上的电压，可以实现对光的强度、相位和偏振等特性的调制。

3、液晶的电光特性液晶的电光特性通常用透过率电压曲线（TV 曲线）来描述。

在一定的波长下，测量不同电压下液晶光阀的透过率，即可得到 TV 曲线。

TV 曲线可以反映液晶的阈值电压、饱和电压和对比度等重要参数。

三、实验仪器1、液晶电光特性综合实验仪2、半导体激光器3、光电探测器4、数字示波器5、计算机四、实验内容与步骤1、实验装置的连接将半导体激光器、液晶光阀、光电探测器、数字示波器和计算机按照实验仪器的说明书进行正确连接。

2、测量液晶的阈值电压（1）打开半导体激光器和实验仪的电源，调节激光的强度和光路，使激光能够垂直入射到液晶光阀上。

（2）从 0 开始逐渐增加施加在液晶光阀上的电压，同时用光电探测器测量透过液晶光阀的光强，并将光强信号输入到数字示波器中进行显示。

（3）观察示波器上的光强信号，当光强开始发生明显变化时，对应的电压即为液晶的阈值电压。

3、测量液晶的饱和电压（1）继续增加施加在液晶光阀上的电压，直到透过液晶光阀的光强不再发生明显变化，此时对应的电压即为液晶的饱和电压。

4、测量液晶的对比度（1）在阈值电压和饱和电压之间选择几个不同的电压值，分别测量对应的透过光强。

（2）根据测量得到的光强数据，计算液晶的对比度。

5、观察液晶的电光响应时间（1）给液晶光阀施加一个方波电压信号，用数字示波器观察透过光强的变化情况。

光寻址液晶光阀特性研究●实验目的：1.加深对液晶的电光效应的理解。

2.掌握利用LCD液晶光阀的响应曲线进行图像反转和图像边缘增强的工作原理及方法。

●实验原理：1. 偏振分光棱镜的的工作原理如右图1所示，棱镜是在光学玻璃棱镜的体对角面上镀制多层介质膜,再将两块棱镜的分光面胶合起来,并在通光面上镀制增透膜,以降低光通过棱镜时的反射损耗。

对于折射率不同的两种材料的交界面, 图1可以找到一个入射角,使之满足布儒斯特角条件,在这样一个条件下,激光由棱镜左侧入射后,在右侧透射的光为ｐ分量光(经过镀膜后使投射光中没有ｓ分量),在侧面反射的光为ｓ分量光。

偏光分束镜的膜系设计要求, 必须选择折射率满足一定的关系的膜料和基底材料，使ｐ光全透过,而ｓ光全部反射.在实验中偏光分束棱镜既起到起偏器作用又起到检偏器的作用.2. 液晶光阀液晶光阀分为投射式的液晶光阀和反射式的液晶光阀；本实验中使用的是反射式的液晶光阀，先解释几个名词⑴液晶：液晶的分子为有机分子，大多为棒状，即它的长度尺寸为直径尺寸的 5 倍以上。

由于分子结构的这种对称性，使得分子集合体在没有外界干扰的情况下形成分子相互平行排列，以使系统自由能最小。

但是，液晶具有液体的流动性，不可能脱离固体容器的盛载，但固体容器表面往往给液晶带来干扰，破坏液晶整体一致的排列性，而变成一微米至数十微米取向不同的小畴。

所以在制作液晶器件时，一定要在基板上附上液晶取向膜，以保持液晶整体的排列。

⑵取向膜：液晶器件的玻璃基板最表层上都要有一层取向膜，其作用是使液晶沿预定方向取向。

这一层膜虽薄，约在 50 ～ 150 纳米之间，但却是液晶器件的关键部分。

液晶内部的取向通常服从表面的取向，如果不服从就会产生畸变，使体系能量增高。

所以研究表面取向成为研究液晶器件的最重要部分⑶方向矢：液晶器件的玻璃基板最表层上的取向膜的方向液晶光阀中的关键部分就是液晶,其物理特性介于固体和液体之间;其结构介于固体和液体之间,称为中间态或中间相. 呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，因而称为液晶。

数据分析：1.液晶光电开关的光电特性：由实验数据得图一：图一：实验所测光电开关水平时的光电特性曲线图一显示了电开关水平时的光电特性，该曲线在1V-2V之间下降很快，而在其他区间基本水平，说明开关的透光率的改变主要发生在1V-2V之间。

从图一可以读出：阈值电压：1.11V；关断电压：1.80V2.液晶光电开关的相应时间特性：3.由实验数据得：平均上升时间：32.0ms平均下降时间：31.3ms可见平均上升时间与平均下降时间基本上是相同的。

4.光电开关的视角特性由实验数据的图二，图三，图四：图二实验所测光电开关的最大透射率与角度的关系曲线图三实验所测光电开关的最小透射率与角度的关系曲线图四实验所测光电开关的对比度与角度的关系曲线图二显示出最大透射率与角度的关系，可以看出在0度角附近水平透射率达到最大。

在±20度附近垂直透射率达到最大。

图三显示出最小透射率与角度的关系，可以看出在测量范围内水平投射率变化很小，始终在0-5%的范围内变动；垂直透射率变化很大，变化区间约在5%-80%内；在±60度附近达到极大值，在0度附近达到极小值。

图四显示出对比度与角度的关系，可以看出水平对比度在测量范围内始终处在比较高的范围内，在±75度时最小，在0度附近最大；垂直对比度变化幅度很大，变化区间约在1-24内；在0度附近达到极大值，随角度向两极变化递减，从图中读出垂直分辨率在-75度-- -31度，33度-75度内小于2，在该范围内图像时模糊的。

误差分析：该实验涉及误差较小，主要因为多是定性分析，且计数只有电压和透光率两个量。

电压由仪器调整，误差很小；测量透光率时可能产生误差的原因是光线没有正入射接收器，该误差可以通过调整光路准直使零度时透光率最大消除。

光寻址液晶光阀特性研究07级物理三班闫寒 PB07203145实验内容：1.按照要求调节并检验光路.2.驱动电压为零,写入光为零时,找到光强最小时的取向角,并绘出取向角ψ与输出光强的关系曲线.输出光强由电流表的读数定义. 定义：驱动电压为零,写入光为零时输出光强最小时的ψ定义为零.3.取光强分别为全暗、全明、中间值,它们分别对应图片中的不透光部分、透光部分、边缘部分,分别测出在f=1kHz的情况下驱动电压和输出光强曲.①.写入光为零,测量LCLV输出光强与驱动电压的关系.②.写入光全明（白色照明灯压为8.64伏）,测量LCLV输出光强与驱动电压的关系.③.写入光为中间值（白色照明灯压为旋钮逆时针旋到最小）,测量LCLV输出光强与驱动电压的关系.将①②③的数据在一张图中绘出并分析.将实验现象加以描述并解释.4.观察并记录实验现象；具体要点是：出现正像、反转像、边缘增强像（边缘像亮其他为暗背景,边缘像暗其他为背景）的次数,正像、反转像、边缘增强像所对应的电压的范围、取向角大小等各种参数值.注意事项：1.调节输出电压和电流表读数时,要定示数稳定后再读数,否则会使误差增大.2.观察图像时,电压调节一定要缓慢,因为有可能在很小的电压范围内出现很多现象.3.本次实验要调节缓慢,必须有耐心.4.本次实验室相干光实验,只要光路中有尘埃,划痕或油污,就会发生衍射,使得到的光线不均匀.所以要正确使用光学元件,不要用手接触镜头,光学器件光滑表面等.数据处理:1.取向角与输出光强的关系:有实验测得,输出光强最低点对应的 为332.5°,取该角度为零后,测量数据如下:绘出曲线图如下:051015202530L i g h t s t r e n g t h /10-6A可以看出,该曲线大概成一正弦曲线的形状,符合理论上的结论. 2. LVLC 输出光强与驱动电压的关系 在频率为1kHz 的情况下,测得数据如下: (1)写入光为暗时的情况:绘出曲线图如下:0510152025303540voltage/vL i g h t s t r e n g t h /10-6A(2)写入光为亮时的情况:绘出曲线图如下:246851015202530L i g h t s t r e n g t h /10-6Avoltage/v(3)写入光为半亮时的情况:绘出曲线图如下:51015202530L i g h t s t r e n g t h /10-6Avoltage/v(4)三种情况综合考虑:0510152025303540voltage/vL i g h t s t r e n g t h /10-6A结论:由绘出的图线可以看到:1) 有无写入光对曲线的形状影响很大.2) 写入光全明的曲线更加趋于平坦,随着写入光光强的减小,曲线起伏加大,向无写入光的曲线形状靠拢.3) 写入光对应曲线的极大值点和极小值点分别对应下一步操作的正像和反转像.3. 观察正像,反转像及边缘增强现象:取 为40°将驱动电压从0V 逐渐调大的过程中,现象如下表:结论:1.以上的电压范围并不是准确值,由于实验现象中图像变化是一个连续的过程,没有明显的分界线.2.一共出现三次反转像,三次正像(其中第三次不是十分清晰),与第二步中的结论项符合.误差分析1.读数误差:在测量过程中,由于电表示数不稳定,造成读数不够精确.2.在有些范围内测量数据不够密集,而读数变化很大,因而造成曲线图的精确性并不高.3.激光是高度相干光,光学器件上的污渍尘埃等会对光学现象造成影响.4.外界光源的影响虽然比较小,但仍然存在.实验总结本次实验研究了液晶光阀的一些特性,通过测量不同写入光强下LCLV输出光强与驱动电压的关系,以及在实验过程中对光学现象的观察,对液晶光阀的工作原理以及性质有了初步的认识.思考题：1.液晶光阀的驱动电压用的是交流电,能用直流电吗?说出原因. 不能用直流电,因为长时间的电压作用会改变液晶分子原有的自由形态,是液晶受损.使用交流电,可是液晶光阀在平均电压为零的条件下工作,延长使用寿命.2.本实验使用的是光寻址液晶光阀,你知道电寻址液晶光阀有哪些应用?举一、二例说明.电寻址液晶光阀与光寻址液晶光阀的不同之处在于它由电来调制.因此,在大屏幕的投影显示,光电混合图像处理上有很好的应用.。

液晶光阀特性研究实验液晶光阀控制器的故障及排除方法：1.现象：调节振幅、灯压、频率等电位器，液晶光阀控制器的数显表数值不变化。

原因：液晶光阀控制器插件松动或电位器坏。

排除方法：打开控制器的箱盖，将各个对应的插件重新插紧。

如电位器坏，即更换。

2.现象：光强为零时，液晶光阀控制器上数显表有很大的显示数值；脉冲频率电位器调不到1KHz；灯压值不在正常值范围。

原因：控制上述值的模块没有归零。

排除方法：打开控制器的箱盖，调节与其相对应控制模块，将上述值归零（有些调不到零，但可以调到最小值，可以满足实验的需求）。

3.现象：液晶光阀控制器上的按键失灵。

原因：实验过程中，按键频繁切换，尤其是光强读数键，按的次数过多。

排除方法：A.更换按键弹簧。

B.分解液晶光阀控制器功能，用新设计的电路来代替光强键的功能。

设计新电路的方法及步骤如下：(1).激光器的功率在7—10mW，万用表电压、电流档分别测量由光强仪采集到的电压、电流值（均为直流），最大值均为0.3mA、0.3mV。

(2).确定是使用光强仪采集到的最大电流还是电压，来作为新电路的电流源或电压源。

(3).如选择光强仪采集到的最大电流作为电流源，计算电路参数。

(4).考虑到余量，按照最大电流0.5mA计算，可以拿一个量程为0.5mA的直流电流表，并接在光强采集仪的两端。

(5).如没有恰好0.5mA量程的电流表，如量程只有0.1mA的直流电流表，先用数字万用表测该电流表指针满偏时的内阻，内阻为2.275KΩ。

(6).计算电路参数，电路图如下：Is为光强仪采集到的电流。

(7).算出电阻R的参数为0.569 KΩ, 将其与电流表和光强仪并联。

(8).为了更好的保护直流电流表，可以用电位器来代替固定电阻值，电位器的最大阻值要大于0.569 KΩ,在调节电位器时电阻值不能小于0.569 KΩ。

注意：A.实验过程中，激光束没有扩束不能直接照在液晶光阀的表面上，否则液晶光阀的表面上会出现盲点，液晶光阀损毁。

液晶光阀特性研究实验目的：本实验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：1. 偏振分光棱镜的的工作原理2. 液晶光阀对于液晶排列与x 轴（竖直向上）方向一致的指向矢n ，我们假定电矢量的振动方向与x 成θ角，而沿z 方向（水平向右）入射的的电场矢量为0E 的线偏振光，设z=0时的电矢量在x 、y 方向上的分量为x E 、y E ，则进行到z 时的入射线偏振光的状态，可用下式表示。

δδθθθθ22022sin cos sin cos 2)sin ()cos (E E E E E y x y x =-+ （1） 式中：z n n )(2//⊥-=λπδ从（1）式可知，当0=θ和2/πθ=时，则Ey ＝0和x E ＝0 ，，即入射的线偏振光的偏振方向不发生变化；当4/πθ=时，式（1）变成δδ22022sin 2cos 2EE E E E y x yx =-+ （2）液晶光阀的结构实验光路图1.Y A x i s T i t l eX Axis TitleX: 取向角ψ Y: 输出光强采用的是2 point FFT Smoothing2．对于图片的不同位置，f=1kHz 的情况下驱动电压和输出光强曲线 ①.写入光为零，测量LCLV 输出光强与驱动电压的关系。

Y A x i s T i t l eX Axis TitleX: 驱动电压 Y: 输出光强采用的是3 point FFT Smoothing②.写入光全明（白色照明灯压为8.64伏），测量LCLV 输出光强与驱动电压的关系。

Y A x i s T i t l eX Axis TitleX: 驱动电压 Y: 输出光强采用的是2 point FFT Smoothing③.写入光为中间值（白色照明灯压为旋钮逆时针旋到最小），测量LCLV 输出光强与驱动电压的关系。

Y A x i s T i t l eX Axis TitleX: 驱动电压 Y: 输出光强采用的是3 point FFT Smoothing将①②③的数据在一张图中绘出Y A x i s T i t l eX Axis TitleX: 驱动电压 Y: 输出光强采用的是2 point FFT Smoothing 黑：①，红：②，绿：③结论：当写入光越强，输出光强达到最大值所需的驱动电压越小解释：当写入光更强时，光导电阻急剧下降的就更厉害，于是液晶层上电压增大得更多，使得达到最大值所需的驱动电压就越小3．记录随电压变化和取向角变化，像变化的实验现象 取向角 0=ψ正像电压值(v) 0.91, 2.52, 4.21 反像电压值(v) 1.85, 3.20边缘像电压值(v) 1.36, 2.30, 2.82, 3.80取向角 10=ψ正像电压值(v) 0.90, 3.38 反像电压值(v) 1.83边缘像电压值(v) 0.85, 1.22, 2.40, 6.75取向角 20=ψ正像电压值(v) 0.73, 2.88反像电压值(v) 1.66边缘像电压值(v) 1.00, 2.12, 4.41ψ取向角=30正像电压值(v) 2.51反像电压值(v) 1.02边缘像电压值(v) 0.92 1.35, 2.07, 4.23ψ取向角40=正像电压值(v) 1.40, 2.75反像电压值(v) 0.90, 1.86边缘像电压值(v) 1.64, 2.23, 6.76思考题：1.液晶光阀的驱动电压用的是交流电，能用直流电吗?说出原因.答：不行，因为若用直流电，液晶取向就固定了，可能发生干涉衍射现象，影响我们实验的观察，所以应选用交流电。