Små och lätta komponenter för kontroll av laserstrålar

Vilka möjligheter och begränsningar finns det att använda flytande kristall displayer och diffraktion för att styra och forma ljus? Emil Hällstig analyserar i sin avhandling dessa frågeställningar utifrån mätningar, modeller och simuleringar. Disputationern äger rum den 17 december. Emil Hällstig Nematic Liquid Crystal Spatial Light Modulators for Laser Beam Steering ISBN: 91-554-6110-7 Abstract Då lasrar idag används i många applikationer är styrning av laserstrålar av största vikt. Normalt används mekanisk förflyttning av linser, prismor och speglar för att kontrollera ljuset. Då kraven på hastighet och noggrannhet ökar, samtidigt som storleken på systemen krymper, är ickemekanisk strålstyrning ett intressant alternativ. Genom att använda ett tunt lager av flytande kristall kan fasen hos optiska vågor varieras med en pålagd elektrisk spänning. I en så kallad spatiell ljusmodulator (SLM) har elektroderna en pixelstruktur och ljusets fas kan då skiftas olika mycket på olika ställen. En fasmodulerande SLM kan i teorin fungera som en godtycklig refraktiv komponent, tex som en lins eller ett prisma. Varje uppdatering av fasmönstret ger då möjligheten att efterlikna en ny komponent. I denna avhandling har tre kommersiellt tillgängliga SLM:er fyllda med flytande kristall studerats och utvärderats med utgångspunkt från ickemekanisk laserstrålstyrning. Genom att också konstruera modeller för de olika begränsande effekterna har prestanda uppskattats med hjälp av datorsimuleringar. På så sätt får man kunskap om hur framtida komponenter bör utformas samt kan i förväg räkna ut hur tekniken skulle fungera i olika tillämpningar. Den studerade tekniken har också demonstrerats i en trådlös optisk kommunikationslänk över 100 m. Genom att med en snabb videokamera detektera det ljus som reflekterades från den andra kommunikationsenheten kunde kontroll-loopen slutas. Ljusmodulatorn uppdaterades då med fasmönster vilka hela tiden optimerade laserstrålens riktning. Doktorandprojektet har varit ett samarbete mellan FOI Sensorteknik i Linköping och forskarskolan AIM vid Uppsala Universitet. Anneli Waara