蓝相液晶是一种三维手性自组装软超结构材料, 具有光学各向同性, 选择性反射波长, 快速响应等优秀特性, 无论在显示还是光子器件的应用上都具有良好的发展前景, 吸引了研究人员的大量关注。近十年关于蓝相液晶显示领域的研究与工程或应用发展迅猛, 于此同时催生了其在光子学这个后显示领域的研究。面对来自国际上其他先进国家的竞争与压力, 中国大陆的学者们奋勇迎接, 经过短短数年的发展获得了一批有显示度的成果, 在国内外的优秀期刊上报道了一系列富含学术性和实用性的工作。具备高热稳定性与显著电光调制特性的新型蓝相液晶材料及其光子学器件, 如衍射光栅、相位调制器、透镜、激光以及光衰减器等, 相继被开发出。本文追逐这些前辈留下的脚印, 从材料制备、性能到光子器件设计、应用进行了概括性的回顾, 旨在通过此综述激发出蓝相液晶在非显示光子学应用领域更多的研究灵感; 若能起到进一步促进该领域发展的作用, 笔者将感到幸甚之至！

本文研究并制备了钆铝锌氧薄膜和以钆铝锌氧为有源层的薄膜晶体管。钆铝锌氧薄膜材料的光致发光光谱和透过率说明钆铝锌氧薄膜在透明显示方向的应用潜力。透射电子显微镜揭示了钆铝锌氧薄膜的非晶态微观结构。钆铝锌氧薄膜晶体管显示了良好的转移特性和输出特性。器件开关比大于105、饱和迁移率约为10 cm2·V-1·s-1。实验结果表明, 钆铝锌氧薄膜可用作氧化物薄膜晶体管的有源层材料; 钆铝锌氧薄膜晶体管可作为像素电路的驱动器件。

基于半导体仿真软件Silvaco TCAD对薄膜晶体管(TFT)进行器件仿真, 并结合实验验证, 重点分析不同绝缘层材料及结构对TFT器件性能的影响。仿真及实验所用薄膜晶体管为底栅电极结构, 沟道层采用非晶IGZO材料, 绝缘层采用SiNx和HfO2多种不同组合的叠层结构。仿真及实验结果表明: 含有高k材料的栅绝缘层叠层结构较单一SiNx绝缘层结构的TFT性能更优; 对SiNx/HfO2/SiNx栅绝缘层叠层结构TFT, HfO2取40 nm较为合适; 对含有高k材料的3层和5层绝缘层叠层结构TFT, 各叠层厚度相同的对称结构TFT性能最优。本文通过仿真获得了TFT性能较优的器件结构参数, 对实际制备TFT器件具有指导作用。

针对栅极绝缘层和栅极引线接触处形成过孔倒角造成的一种垂直线不良进行分析和改善。研究气相沉积、干法刻蚀和磁控溅射对过孔倒角的影响, 通过扫描电子显微镜对过孔形貌进行表征, 并用成盒检测设备检测不良发生情况。实验结果表明: 通过过孔刻蚀功率、气压、气体流量的变更可以消除倒角现象, 垂直线不良由1.4%降为0.7%。

建立了一种液晶材料中微量有机膦杂质的FPD气相色谱分析测试方法, 可以同时测试液晶材料中微量三苯基氧膦和三苯基膦杂质。方法重现性好, 结果相对标准偏差(RSD, n=5)分别为 4.4%和5.6%, 有机膦杂质的添加回收率为80%~110%。实验对于液晶材料工业化过程中膦成分的分析方法建立具有较好的指导意义。

本文重点介绍了香蕉形液晶中的电流体效应。由于具有独特的V形分子结构, 香蕉形液晶的电输运参数与传统的棒状液晶非常不同, 从而引发了非标准的电流体效应。通过改变外加电场频率、幅度、极性以及温度详细研究了这种新的流体动力学行为, 为将来物理模型的建立提供了良好的实验基础。

为了减小场发射的屏蔽效应, 采用图形化技术对氧化锌(ZnO)纳米枝阵列进行调控, 并研究图形化ZnO枝阵列的性能。首先采用光刻法在ITO导电玻璃上制备图形化ZnO种子层, 再用电沉积法在图形化种子层上生长ZnO纳米枝阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)研究所制备的图形化ZnO阵列形貌、结构等, 并测试其场发射性能。研究结果表明, 制备的图形化ZnO纳米枝是圆阵列, 直径为330 μm左右, 纳米ZnO主干平均直径为400~500 nm, 发现主干上有一些精细的类似锥状的纳米量级微细枝结构, 并且具有良好的场发射性能, 开启场强为2.15V/μm, 场增强因子为16 109。该图形化生长ZnO阵列阴极的方法是一种能较好改善材料场发射性能的方法, 在场发射应用领域表现出较好的前景。

针对现有的数据采集系统无法兼备通道数多、速度快、实时存储的问题, 提出一种基于可编程逻辑器件和大容量Flash的多传感器动态参数实时采集与存储方法。该系统以FPGA为主控制器, 实现对模数转换芯片的控制与读取时序; 转换后添加校验字节, 通过双FIFO缓存方式实现和Flash的高效率数据交互; 双Flash实现采集数据备份, 增加存储可靠性; 双Flash之间总线相互独立, 提高数据存储速度; 最后通过USB接口实现与上位机的高速数据传递。实验证明: 该系统的单通道采样速率可达2 MHz, 实时存储速率单片Flash可达50 MByte/s字节, 双片可达100 MByte/s, 在强振动动态测试环境下, 能够可靠地采集传感器的输出信号, 采集绝对误差在1 mV以内, 数据无误码率。满足振动测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

为了更好地对图像进行平滑同时保持边缘不模糊, 设计一种新的滤波方法。对基于该方法的图像滤波、细节增强等算法进行研究。首先, 根据图像的亮度和颜色对图像进行分割, 将图像分成不同的区域。接着, 在不同的区域进行导引滤波, 得到互不交叠的多个滤波子图像。然后, 将这些子图融合,得到基于分割的改进导引滤波结果。最后, 利用提出的改进导引滤波方法提出一种多尺度的细节增强方法。实验结果表明, 在图像光滑和细节增强方面, 提出的方法都要好于传统的导引滤波: 提出的方法不仅能较好的光滑图像, 同时保持边缘清晰, 减少了传统滤波方法在边缘处的光晕现象。

为将环形光谱仪下传的原始数据快速转换为待反演的亮度数据, 建立了紫外环形光谱仪科学数据处理系统。采用文档-视图的数据流架构, 保证数据流之间的无干扰处理; 采用暗像元均值对探测器噪声进行校正; 采用比例法将像元响应换算为标准积分时间和增益条件下的响应值; 采用无须通道光谱响应函数满足高斯函数的光谱积分法将像元响应换算为亮度, 并提供指定区域的相对标准偏差统计作为图像转换正确性的快速判据。实验结果表明: 系统在测试环境中用352 s时间内流畅处理了环形光谱仪在987 s内产生的2.19 GB图像数据, 生成4.96 GB亮度数据, 亮度换算后精度为10-7 lm。系统为卫星运控中心与用户之间提供了快速、准确的数据接口链路, 保证了数据反演的准确性和实效性。

为了实现光栅式自由立体显示器的空间视区建模与串扰的理论计算, 提出一种基于光学仿真软件Lighttools的空间视区模型建立与串扰计算方法。首先, 在Lighttools中, 以设计最佳观看位置(OVD)为轴心, 建立3个空间平面探测器。然后, 对探测平面上的照度仿真数据进行特征分析, 得到空间视区的简化模型; 分析简化模型与原始模型的空间线性和空间角度关系, 得到空间视区在三维空间的几何分布。最后, 依据视区模型的理论边界, 计算各个视区范围内的串扰度。从而完成了视区与串扰两个参数的规范化与数字化, 为自由立体显示器的设计和使用提供明确的理论指导。

本文报道了一种基于色相算法的彩色表面等离子体共振(SPR)成像传感器, 该传感器不仅能够对发生于SPR芯片表面的物理化学反应进行直观的图像观测, 还能基于色相算法对这些表面反应进行定量分析。利用自制的波长/图像同步检测型SPR传感器, 实验获得了不同共振波长对应的共振图像, 然后借助色相算法求得每一幅共振图像对应的二维色相分布及其平均色相, 建立了共振波长与图像平均色相的依赖关系, 用于优化基于色相参数的SPR折射率灵敏度。实验选择起始共振波长为650 nm, 测得基于色相的折射率灵敏度为3 338/RIU, 是基于共振波长的折射率灵敏度的1.49倍。利用彩色SPR成像技术能够直观地观测到金膜表面涂布的聚四氟乙烯薄膜的不均匀性, 再通过计算图像局部区间的平均色相, 可以定量获得不同薄膜厚度对应的折射率灵敏度。实验结果证明了基于色相算法的彩色SPR成像传感器明显优于常规SPR传感器。