研究了一种用于塑料光纤阵列等距V形槽散射点加工方法。提出一种重力微压刀刻技术,理论分析了散射点光散射率与提供重力的砝码质量的关系。结果表明:V形槽散射点的光散射率随砝码质量的增大呈3/2幂指数增加。通过建立等距散射点均匀发光模型,理论推导了加工时各散射点所需的砝码质量计算公式。实验验证了V形槽散射点的光散射率与砝码质量的关系并得到了它们的关系曲线。采用通过砝码质量计算公式得到的参数,制作了亮度均匀度高于85%的单根等距散射点侧面发光塑料光纤,以及尺寸为180 mm×101 mm的等距散射点塑料光纤阵列背光板,亮度均匀度为90.9%。实验结果证明了重力微压刀刻技术制备塑料光纤阵列等距V形槽散射点的可行性。

为了克服指向光源裸眼三维显示器光源结构复杂的问题,研究了一种侧面发光塑料光纤(POF)阵列背光源的设计和制作方法。通过分析侧面发光POF阵列和柱面微透镜阵列组成的定向成像光路,得到了侧面发光POF阵列的排布公式。实验制作了一种用于指向光源的侧面发光POF阵列,测量了指向光源的串扰度。结果表明,在设计的视区最佳距离530 mm处,横向-200~200 mm区域内的最低串扰度可达1%以下。最后分析了柱面透镜像差、POF阵列光纤错位和视区视角增大对POF阵列指向光源串扰度的影响。

研究了一种侧面均匀发光聚合物光纤(POF)的制备方法,采用激光打标技术在POF侧面制作变栅距(VLS)光栅型散射点,建立了激光打标VLS散射点模型,该模型由深度很浅的表面凹坑和纤芯内分布着散射颗粒的散射区组成。理论推导出散射点相对散射光功率和VLS栅距的计算公式,分析了散射点的散射光功率随凹坑深度和颗粒密度的变化规律,以及不同散射点凹坑深度和不同POF侧面发光相对出射度下VLS栅距的分布规律。结果表明散射点凹坑深度的微小变化(微米量级)对散射点的散射光功率和VLS栅距的影响很大。当散射颗粒密度N<10 ⁵ mm ^-3时,散射点散射光功率变化不大;但是当N>10 ⁵ mm ^-3时,散射光功率变化明显。理论计算了不同散射点凹坑深度和不同相对出射度的VLS栅距分布曲线,并且通过实验验证了理论结果的正确性。通过调节激光打标功率,实验得到了亮度均匀度高于90%的侧面发光POF。

设计并研究了一种采用激光打标机在塑料光纤(POF)表面雕刻散射点的侧面均匀发光光纤，可用作自由立体显示器的定向背光光源。通过建立激光打标凹形散射点的POF均匀发光模型，推导了POF均匀发光的散射点坐标计算公式。针对设计的凹形散射点参数，用SolidWorks软件构建侧面发光光纤模型，用TracePro软件进行光线追迹仿真。结果表明，散射点长度半圆心角(用于表征凹形散射点的深度和横向长度)的微小变化对发光亮度均匀度影响较大，而凹形散射点轴向宽度的微小变化对POF侧面发光均匀度影响很小。对各参数进行设计优化后，得到POF半径R=0.25 mm，凹形散射点宽度d=0.15 mm，散射点长度半圆心角θ=15°，POF长度L=600 mm，TracePro软件仿真得到POF侧面发光亮度均匀度为87.5%。根据设计优化后的参数采用激光打标机进行激光雕刻POF表面散射点，得到单根POF的侧面发光亮度均匀度为80.90%。将100根侧面发光POF紧密排布成面光源，得到面光源发光亮度均匀度为88.91%。实验结果表明所提出的设计方法和制作的POF面光源能满足自由立体显示器指向性背光源设计的要求。