含氟双环NCS液晶的合成与性质研究

合成了两种具有氟取代的双苯环异硫氰酸酯(NCS)类液晶单体。通过与不含氟NCS单体的对比发现,随着氟原子个数的增加单体的熔点逐渐降低,Δn值也逐渐降低,其中二氟代双环NCS单体的Δn为0.20。单氟代NCS单体混入商品液晶时具有提高其响应速度的特性,而二氟代材料对于响应速度的提升不明显。实验结果表明,单氟代双环NCS液晶是一种具有较高Δn、低熔点、低黏度的快速响应液晶材料,在液晶空间光调制器件中具有一定的应用前景。     

液晶自适应光学在人眼眼底高分辨率成像中的应用

为了获得人眼眼底高分辨率图像,将液晶自适应光学(AO)技术引入到传统检眼镜中,采用基于夏克-哈特曼波前探测器(sHwS)和硅基液晶空间光调制器(LCOS-SLM)的自适应光学系统来校正人眼的高低阶像差,获得了细胞量级的高分辨眼底图像,为眼科疾病及其相关疾病的早期诊断提供了有力工具.采用闭环和开环两种校正模式,都获得了清晰的眼底图片,认为液晶自适应光学系统在活体人眼眼底高分辨率成像上具有巨大潜力.     

校正水平湍流波面的自适应光学系统的带宽需求

设计和搭建用于湍流校正的自适应光学系统时,必须考虑大气湍流波面校正所需的系统带宽。由于通常理论估计与实际的湍流情况相差很大,本文对如何进行带宽的精确测量进行了研究。通过对500 m水平距离湍流波面的大量统计,分析了湍流波面的时间功率谱密度,得出了所需要带宽(Greenwood频率)的大小,并且首次得到了带宽需求的昼夜变化规律。实验发现,所需带宽在晚上变化缓慢,围绕10～15 Hz波动;白天变化剧烈,在20～90 Hz波动。最后,通过实验确定出了功率谱密度估计所需的采样总时间为70 s,得到的实验结果为设计和搭建更加合理的自适应光学系统提供了实验依据。     

GPU计算液晶自适应光学波前重构的并行性研究

研究了图形处理器(GPU)计算液晶自适应波前重构的并行性。介绍了液晶自适应光学的Zernike模式波前重构算法,论述了GPU的通用架构和GPU实现波前重构的方法。在此基础上提出了利用GPU拥有的RGBA4个颜色通道进行并行计算,进一步加快计算速度,最后给出了实验结果。结果表明:在GPU计算波前重构时,利用RGBA颜色通道的并行计算,将计算速度提高了3倍多。     

倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法

主要探究了在传感器采样频率较高(如高速相机、位置传感器)、倾斜镜动态特性不可忽略的情况下,如何基于实验数据建立开环倾斜镜系统的动态耦合数学模型的问题。分析了系统的动态特性以及输入与输出之间的耦合,提出了基于倾斜镜系统的输入输出数据、采用子空间辨识算法建立倾斜镜系统动态耦合数学模型的方法,并通过实验评估了模型的准确性和建模方法的可行性。实验结果显示,通过该方法所建立的倾斜镜动态耦合模型的VAF值达到95%,模型准确性相比传统的静态模型有了很大提高,验证了建模方法的可行性。研究成果可用于闭环倾斜镜系统优化反馈控制器的设计,提高系统对于光束偏移矫正的性能。     

瑞利导星发射系统设计

在天文观测中,瑞利激光导星自适应光学系统可以补偿大气湍流对成像的影响,并且提高天空覆盖率。能够发射一颗合格的瑞利导星成为该技术的前提。为了实现瑞利激光导星在天文观测中的应用,设计了一套瑞利导星发射系统。首先,根据瑞利激光导星自适应系统的基本要求,介绍了激光器的脉冲能量与重复频率的影响;接着,根据湍流理论分析了发射系统的最佳发射口径与大气湍流对导星的光斑大小的影响;然后,根据发射要求利用Zemax软件设计出一套瑞利导星发射系统。该系统最佳的发射口径为260 mm,采样层为10～11km,导星最佳聚焦高度为9.8 km,理想的导星光斑半径为0.45,存在大气湍流情况下导星光斑半径小于1;最后利用Zemax软件对该系统进行公差分析,分析结果表明该系统相对较容易地实现加工与装调。该发射系统满足激光导星自适应系统的要求,实用性高,设计方法普适。     

开环双波段人眼视网膜成像液晶自适应光学系统设计

设计了一套基于开环双波段模式的人眼视网膜成像液晶自适应光学系统。该光学系统分别采用夏克-哈特曼波前传感器和液晶空间光调制器来探测和校正波前畸变。探测波段采用830nm近红外光,成像波段采用790nm近红外光。采用开环模式以提高光能利用率和系统的稳定性,采用双波段模式以增大视场。新加入了瞳孔监控子系统和响应矩阵测量子系统,使系统更加灵活方便。介绍了系统的关键参数,并通过ZEMAX软件对光学系统进行模拟分析,认为系统可以达到接近衍射极限的效果。传递函数MTF@50lp/mm达到0.25(对应视网膜上3μm),满足设计要求。     

液晶波前校正器位相调制非线性及闭环校正研究

研究了液晶波前校正器位相调制曲线非线性的校正以及液晶自适应闭环对畸变波前的校正.利用液晶显示器领域通用的Gamma校正技术实现对液晶波前校正器非线性的校正.首先,通过施加线性的LUT曲线以获得512个LUT值对应的位相调制量.然后通过对一个波长位相调制量的线性化分割,找到能够获得线性位相调制的LUT函数曲线.最后将该优化曲线写入液晶波前校正器的驱动电路板中,再次驱动液晶波前校正器并利用ZY-GO干涉仪测量位相调制和灰度级的关系,得到了线性的位相调制.利用线性的液晶波前校正器结合哈特曼波前探测器和波前控制器进行了自适应闭环校正研究.校正前,PV和RMS的平均值分别为2.5牒.48耄痪栈纷允视πＵ琍V和RMS的平均值分别下降为和.分辨率板的一级像也由模糊变得清晰.实验结果说明,经过线性化的液晶波前校正器可以获得高校正精度.     

液晶自适应光学扫描激光检眼镜的光学系统设计

设计了一套液晶自适应光学扫描激光检眼镜,采用790 nm近红外光进行波前探测、视网膜成像以增加受试者的舒适度:采用离轴反射式结构以避免透镜表面的杂散光对探测和成像的不利影响;采用开环校正模式以提高系统稳定性和能量利用率(比闭环高约1倍).利用ZEMAX软件对成像系统进行模拟分析,证明系统自身可以达到接近衍射极限水平,MTF@33 cycles/mm=0.38(对应视网膜上4 μm),MTF@44 cycles/mm=0.2(对应视网膜上3 μm),轴向分辨率约80 μm,满足设计要求.     

基于四象限液晶器件的差分相衬成像系统

在显微成像领域中，高成像质量图像的获取与良好的照明方式息息相关。传统显微镜使用聚光透镜来提供均匀强度的照明，调节聚光透镜的光阑匹配不同放大倍率的物镜。然而无色生物细胞的光学吸收系数低，在传统显微镜下难以观测到其细节信息。为了突破传统显微镜的成像功能，本文设计了一种可调控的显微镜聚光镜模块，通过将小型扭曲液晶器件嵌入聚光透镜的后焦面处，调控液晶器件的对光的透过效果可以实现明场成像以及差分相衬成像。系统由一款商用显微镜改装而成，液晶器件尺寸为22 mm×18 mm，实现了系统的高度集成化。通过实验验证了系统的成像性能，实现了对微凸透镜样品的定量相位重建，实验与理论曲线的互相关系数达到0.994 9，并且通过胚胎干细胞的重建展示了系统在实际应用中的效果。