除了将图像调制为显示器或SLM外,LCs同时表现出其他重要的特性,并可用于创建新的光子器件LCOEs。LCOEs具有超薄的形状参数、几乎100%的效率、强偏振选择性和开关能力,所以它在AR/VR系统中显示出非常出色的应用前景。

6.1 透射式LC平面光学

在透射式LCOE中,我们将重点关注几何相位光学元件。由于相位延迟取决于LC对准,透射型光学元件能够在薄层内实现快速相位调制的主要原因。透射式LCOE显示出非常强的偏振选择性,并且可以分别作为波片、光栅和透镜工作,具体取决于LC对准。图8总结了每个元件的极化响应。

作为一种各向异性光学材料,LC可以为偏振光引入相位延迟,因此它是波片(或相位延迟器)的一个潜在的候选者。无缘LC波片是一种经过紫外线稳定处理的聚合物薄膜,具有超薄、轻质的特点。有源LC波片则可通过施加电压在开和关状态之间切换。

在图9a所示系统中,基于LC的有源HWP与无源LC透镜一起工作。由于LC透镜与偏振有关,因此切换有源HWP将旋转偏振状态,从而改变透光率。如果无源LC透镜被偏振选择光栅取代,则焦平面调制将转向输出光束角度偏移以进行光束控制,如图9b所示。

要获得宽带有源波片,最简单的设备是TN cell。另外,我们可以利用负色散LC材料制作宽带有源波片,以补偿可见光范围内与波长相关的相位延迟。Merck已开发出用于被动LC波片的负色散LC单体(如RMM 1705)。然而,对于具有有源LC波片的AR/VR系统中的多路复用和转向应用,响应时间需要很快(~ 1 ms)。目前,行业尚未出现具有如此快响应时间的负色散LC。

另一种方法是构建多扭曲结构。根据有源驱动的要求,每个扭曲层需要两个ITO玻璃基板,这大大增加了系统的厚度和重量。

6.2 反射式LC平面光学

在反射LCOE中,反射机制基于所用胆甾相液晶(CLC)的布拉格反射。因此,这种类型的衍射光学元件又称为“厚”光学元件。这种反射LCOE的效率与器件厚度密切相关。为了建立布拉格反射,LC层的最小厚度约为10 pitch。另外,通过掺杂一定的手性掺杂剂,可以实现螺旋CLC结构。为了适应宽视角和宽带,我们可以应用更复杂的结构,如多层和梯度间距。如图12所示,红色虚线连接LC控制器的短轴,并表示布拉格表面。根据LC对准产生的不同布拉格表面,这种反射LCOE表现出很强的偏振选择性,可以分别用作反射器、光栅和轴上/轴外透镜。图12中总结了每个元件的极化响应。

CLC反射器(图12a)具有简单的结构,但可用于AR/VR的各种应用。在VR Pancake结构中,CLC反射器可以取代QWP和反射偏振器,以获得更简单的结构。另外,通过使用CLC反射器将两个图像编码为正交圆极化,可以实现注视点VR显示器。

如图13a所示,经历不同路径的图像经历不同的放大率,所以注视点图像的空间分辨率可以大大增强。利用偏振选择性,CLC反射器同时可以在AR系统中生成两条光路。如图13b所示,两个反射器分别按顺序放置,以产生两个不同的屈光度和光路,其中每个光路对应一个图像深度。通过使用多个CLC反射器,可以产生更多的图像深度。

通过在CLC反射器中引入一个线性变化的相位,可以得到一个反射式LC光栅(称为偏振体光栅PVG)。这种线性变化的相位可以通过曲面对齐生成。与CLC反射器相比,PVG具有更复杂的结构,其中光对准层上的偶氮化合物沿水平轴呈现正弦图案。图12b描述了PVG结构的LC分布。

通过向CLC反射器引入抛物面变化的相位,可以获得反射LC透镜。透镜相位profile可以叠加到平面CLC,以形成轴上或轴外CLC透镜(图12c,d)。与CLC反射器一样,CLC透镜依然遵循偏振选择性规则,但当入射光从不同profile入射时,其会呈现出相反的相位profile。换句话说,具有目标偏振的入射光可以会聚或发散,这取决于光束进入哪一侧。利用CLC的偏振选择性,可以将多个CLC膜堆叠在一起,以执行不同的功能,从而实现广泛的应用。

对于VR系统,Pancake设计的CLC反射器可以进一步替换为同轴CLC透镜。这种CLC透镜为优化光学像差提供了更多的自由度。折射和衍射元件的组合由于其相反的色散行为而抑制了色差。

如果将所有折射光学元件替换为HOE(图15a),则Pancake结构可以进一步演变为更紧凑的形状参数。为了适应HOE的角度选择性和波长选择性,单色定向背光是首选的光引擎。另外,轴上CLC透镜可以在投影AR系统中实现,以用作光学组合器。

在麦克斯韦系统中,除了生成或切换多个视点外,同时可以实现注视匹配功能以适应眼睛旋转。在注视匹配的场景中,出瞳应与瞳孔对齐。换句话说,主要光线应该与眼睛注视的方向相匹配。

为了满足这一要求,应实时调节成像耦合器的入射光角度。有研究人员提出了一种机械移位器来移动成像耦合器的水平位置。所述方法可以直接实现注视匹配,但机械移位器增加了系统的复杂性和重量。

由于全息透镜耦合器的探测波与曝光过程中使用的参考波的波前不匹配,当相同的全息透镜耦合器移动时,像差会出现。有人通过使用多个具有不同图案的离轴CLC透镜来适应不同的入射光方向,并开发了一种注视匹配的麦克斯韦系统。

如图16c所示,三个透镜设计用于三个出瞳,以在眼睛旋转时与眼睛瞳孔位置对齐。由于每个透镜可以针对一个入射角进行专门设计,所以像差可以忽略不计。然而,如果需要更多的视点来覆盖大范围的眼球旋转,这种方法可能会变得更笨重。为了使其合理实用,可以在视点数量和注视匹配程度之间进行一定的折衷。尽管麦克斯韦显示器仅限于一个小视窗,但波导框架可以支撑一个大视窗。

通过将这两个优点结合在一起,有人提出了一种扫描波导显示器,通过部署一个离轴CLC透镜阵列作为输出耦合器来实现宽水平视窗(~ 80°)(图16d)。准直光通过离轴CLC透镜阵列进行外耦合,然后形成多个视点。在这个框架中,视窗不再受波导折射率的限制,而是完全由每个透镜元件的f数决定。由于强大的CLC对准,离轴CLC透镜可以达到较小的f数(~ 0.6)。

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[鲜花]不由分说,水水就把默默带回了自己的玲珑宫,还和默默道明她是第一个且是唯一一个进来的人类,水水一直牵着默默的手直到进了玲珑宫。默默一进来看到水玲珑宫,就被它所内置的美丽壮观场面给惊呆了,可是一想到伙伴还被困住便有点失落。随后水水二话不说,就拿出珍藏已久的礼物哄默默开心,拿出耳环给默默带上,还顺带撩了一下可爱的默默,把默默都搞害羞了。不曾想到,下一秒的水水似乎想到了什么,收起笑意盈盈的嘴角,可能是怕默默受到伤害而自己却再也见不到他的人类女孩,便想让她留下来,但默默却以人类世界为缘由推脱拒绝了他的邀请,跑了出去。可水水一挥手,水流组成的大门就关闭了。

[鲜花]他并不想让默默离开,耐着性子劝说默默留下来:“人类世界马上就要变成战场,到时候你就没有地方可去了,而这里,是最安全的。”可是默默因为身上背负拯救人类世界的责任而不得不回到水面上,不能安逸地留在水水身边。水水看默默多次拒绝自己,也不愿强求,一狠心竟将默默推了出去,以这种方式送她出去。但是默默却忘记了自己无法在水下呼吸,心里不禁伤感到:难道没有水王子的自己真的一无是处了吗?想到这里,默默发觉自己难受地快要窒息了,在水里挣扎着,意识也逐渐变得模糊。水水则在宫殿一旁静静地看着,但是看到默默在水里快要坚持不住的时候,还是忍不住直接瞬移到默默身边,抓住默默的手,轻轻托起默默的下巴对着她畅言道:“你是在表达誓死也要离开的决心吗?”“上一次我不惜将仙丹给你,使你重新恢复血色,而这一次我也可以一样不管你。”水水看默默这么脆弱有点责怪性的说:“明明如此脆弱,却还要逞强。”之后就用法术把默默送回了水玲珑宫里,可是默默的衣服全湿透了,水水给默默换了件衣服。

[鲜花]可是当回想起刚刚默默如此想离开的决心,还有点小委屈和难过[悲伤]但也没办法(自己的老婆只能自己宠)只能送默默出去,默默好像看出了水水的无奈和委屈便牵着水水的手说明自己的心意:“你不知道我有多想留在这水下宫殿,但是现在不行啊。”“就像你曾经说过,静水湖的洁净是你必须守护的,如果水干枯了,你也会死去,我的朋友和亲人就是我的静水湖,如果他们干枯了,我也会死,所以请送我回到水面吧。”可是水水却不理解默默的执着,她的力量很薄弱,根本救不了他们,反而会让自己陷入险境。可是当水水听到默默说:“或许,永别了。”心头不禁一颤,思绪回到现在,他下意识的动作已经表明了自己根本不想让默默离去,慢慢悟透了默默说的话,钦佩着默默的坚毅和勇气。

[鲜花]便送她去借力量,在一片漆黑的不知名的地方,默默从空中悄然落下,随后变身也解除了。灯光亮起,映入眼帘的就是几个高大威猛的石像。默默很是疑惑并不知道是什么地方,突然有一个紫色的石像,看到是人类,就对默默发动了攻击,千钧一发之际,水水替默默挡下了攻击:“是我带她来的。”听了水水的话灵犀阁的人想了又想便给了默默一次机会,画面切换在会客厅了,默默看了看水水,水水便告诉她这是灵犀阁,把要说的想说的心里话,一五一十地告诉他们就行。可是默默有点紧张,不知道怎么开口,就说了几句话,可这样根本打动不了灵犀阁的诸位,还有可能危及到水水。

[鲜花]这时有一个绿色的人从画框里走了出来,和默默对话:“这样可打动不了灵阁诸位,水王子犯险把你送进来,要是灵犀阁的仙子生气了,水王子可就有难咯。”默默想水水之前帮了自己那么多,而且现在又为了帮她借力量违反了灵犀阁的律条,她不想让水王子有事。于是那位仙子说再给默默一次机会,问了默默一个问题,人类为什么要存在?但默默想不通怎么和他们解释。就在默默绞尽脑汁地想办法,沉默无言的时候,这时曾经帮助默默的银杏树王,突然出现,用精神联通了默默的意识。默默来到银杏树王身边,发现伙伴们也在,默默便问了伙伴们怎么回答,思思便告诉了默默。还没说上几句话,默默的意识被被强行召回。整理好思绪后,便回答了灵犀阁的众仙,人类为什么要存在,大部分都认可了她的说法,可是那个紫色的石像却不认可,还嘲讽默默说她是水王子的人类洋娃娃,就只会和水王子撒娇,还想给默默致命的一击。水水肯定不会袖手旁观,立马用水龙护住了默默,还对他放话道:“王默的坚毅和勇敢你们都不知道,谁敢伤害她就接受水的洗礼吧!”

[鲜花]就在这时从画框出来的那个人,为了缓解灵犀阁的纠纷,面对默默提出了试炼,只有完成了试练才能得到灵犀之力,于是默默为了人类世界答应了他的条件。眨眼间,默默又回到巨大的石像中央,突然,有一个巨大无比的石头砸了下来,默默丝毫不慌,使出全身力气把石头举了起来,后面还利用心力激发了变身,轻轻松松举起百斤石头,但是试炼还没完,还用画把默默困住了,在一旁自言自语地念叨着:“如果你不能挣脱墨网,这便是你诗意的送葬。”水水看了看默默不禁皱起眉头:“下手有点重了吧.....”那人回答道:“即便是你也不能救她。”水王子知道灵犀阁的规矩便没再说什么,依旧静静的盯着深陷画中的默默,还有点担心的样子。但是没过一会默默就成功挣脱了,水水也没想到默默可以挣脱掉,本来想着默默挣脱不了的话,自己便去救她,没想到自己的女孩进步如此之大,出乎意料地完成了试炼。默默便问要力量如何借用,于是颜爵便把灵犀之力注入到默默体内,但是人类无法承受这么强大的灵犀之力,没过一会儿,默默就因撑不住那么强大力量灌体而晕了过去,司仪看见刚想去扶默默,水水就吃醋了便说不必了,瞬移到默默身旁,顺便抱起了默默,对她呢喃着:“快点恢复美丽的血色吧。”盯着看了一会默默的盛世美颜,默默因要去拯救人类世界,水水便送她回去了。

[鲜花]不久之后,默默就如愿打败了曼多拉,把她丢回了仙境。可是好景不长,默默又深陷危险之中,因为舒言,罗丽便答应了某人的条件,带默默去仙境,可是罗丽怕自己的主人会受到伤害,便一直在拖,但是她却借用了灵犀之门来到了人类世界带走了默默,罗丽也跟了上去。默默还在坐着香香的美梦,梦到了水王子靠在床边美美地看着自己的朦胧睡眼。可是醒来之后却发现自己不在家,她看默默醒了不喜欢默默身上的热气就给默默换上了冰做的衣服,默默问罗丽他们怎么会在这里,于是罗丽便将事情的来龙去脉一五一十地全都告诉了默默,默默知道了整个事件的过程后,并没有责怪罗丽。

[鲜花]可是下一秒冰公主却觉的是默默骗了水王子,便想逼她承认她骗了水王子,可是默默解释道:“自己没有欺骗水王子。”谁知她非但不相信,还把默默脚下的冰融化了,即便是这样,默默也不愿顺服与她,仍旧述说着事实,大声喊道:“我没有欺骗水王子!”就在默默快要掉下悬崖的时候,水水出现了,救下了默默,还顺便帮她把她的衣服换成了变身时的衣服,然后就飞上去了。冰公主看到是水王子救了默默很是生气的说水水被人类给骗了,可是水王子相信默默,还有点责怪她擅自把默默带来仙境。

[鲜花]于是便想带默默离开,但是冰公主执意不让他们走,还对水水他们发动了攻击。水水没办法,只好出手保护,想办法把默默带回了他的静水湖。在净水湖下,水水觉得默默为了人类世界不愿留在自己身边,便很是伤心地赶默默回去,可就在这时,一道闪电劈到了湖底,默默来不及反应,水水则迅速扑了过来,保护了默默。然后他们来到湖面看到了原因,是庞尊在伤害高泰明,默默想让水水救他,于是水水便出手救下了高泰明,但他心脏却受伤了,水水用灵犀之门送他们回去了。在默默进灵犀之门的时候对水水真诚地说,她们会努力的,水水听后明确地告诉了自己的想法:“人类的女孩,我相信你,但不相信这个世界。”水水这句话真的是好甜,甜到心眼里了。所以请敬请期待后续叭[打call][打call][打call]

今天突然又和高三的一群小伙伴聊了起来。想起来了我高三最压抑痛苦的时候常常在周末晚上去小河的桥上听平泽进、户川纯、莉莉艾伦……一听就是三四个小时(因为平常没时间听),那是我高三中每周最快乐的时刻。现在听到Aurora还是会落泪。我也永远记得单循户川纯二三十遍的某个夜晚。

那个时候拍的图片还没删,真好。

又是一年高考关,我祝所有人成功吧。冲破了第一道强大的枷锁后发现未来会更混乱,不过总比待在牢笼里强呢。


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