快速测试液晶器件扭曲角和光延迟的新方法

提出了一种测试扭曲角和光延迟的新方法。该方法属于单波长测试法,具有3个特点:利用具有特殊摩擦方向(一个基板平行摩擦,另一基板环形摩擦)的液晶盒(CH-LC)作为偏振转换器件;利用扇形可变光阑和光探测器,一次性测得偏振方向从0到任意角度连续变化的线偏光通过被测液晶盒后的光强和;采用求光强比的方法消除了由于测试中仪器的吸收对光强的影响。扭曲角和光延迟作为拟合参数利用琼斯矩阵推导出的拟合方程用matlab进行曲线拟合求参数得到。实验证明采用该方法测得结果准确,操作简单快速,实验设备经济。     

液晶消色差偏振光开关

为了实现全可见光波长范围内的偏振光偏振方向正交变化的可控性,我们研究了由液晶盒构成的消色差偏振光开关。研究了液晶波片的偏光旋转特性及响应特性,并与传统波片的偏光旋转效果进行对比,然后参考组合式消色差波片的设计,设计出了由多片液晶盒构成的消色差偏振光开关。使用Tech Wiz LCD 1D软件对两种结构的消色差偏振光开关进行模拟,得到其偏光旋转效果以及响应特性,并得到不同波长偏振光的对比度。模拟结果表明:本文中提出的两种结构的液晶消色差偏振光开关可以实现在较大波长范围内的偏振光方向的正交变化,同时出射偏振光具有较高的偏振度。在20V驱动电压下,偏振旋转的上升时间0.3ms,下降时间4.5ms,符合实际器件中对于消色差偏振光开关的响应速度要求。     

高温环境下液晶显示器件偏光特性的测试方法

温度会改变液晶材料偏光特性,液晶材料偏光特性的改变会直接影响液晶显示器件的显示性能,因此获得高温下液晶器件的偏光特性就可以预测其在高温环境中使用时显示特性的变化。提出一种适用于高温环境下液晶显示器件偏光特性的测试方法:首先将背光式LED和偏振片放入高低温试验箱中进行高温测试,利用面成像仪测量线偏光通过高低温试验箱玻璃门后的偏振态,以此获得玻璃门的偏振特性;然后将液晶器件放入高低温试验箱,测试得到通过玻璃门后的Stokes矢量,用玻璃门的温度-偏振特性进行补偿后,即可得到液晶显示器件在高温状态下的温度-偏光特性。     

非等光强正交圆偏振光对液晶偏振光栅衍射特性的影响

在实际的制备过程中,不可避免地存在非等光强正交圆偏振光制备液晶偏振光栅的情况。为了探究这种情况对制备出的液晶偏振光栅的衍射特性有何影响,本文首次从理论上,利用琼斯矩阵法推导计算出该情况下液晶偏振光栅的衍射特性。首先,计算出两束非等光强正交圆偏振光叠加后的偏振态分布。其次,利用斯托克斯参数表征叠加光场对光控取向膜的折射率响应矩阵。最后,以该响应矩阵为基础,求得液晶偏振光栅的2×2琼斯矩阵。结果表明,非等光强正交圆偏光制备的液晶偏振光栅理论上可以实现0级和1级的光强分布同时受液晶盒盒厚和入射光偏振态的调制,实现0级或±1当中任意级次衍射效率可达100%。在非等光强正交圆偏振光情况下,制备出的液晶偏振光栅依然具有良好的光学特性。     

一种新颖的聚合物分散液晶反射光栅

在制备液晶光开关的基础上,采用聚合物分散液晶(PDLC)与金属反射光栅压合的方法研制了一种新型反射式液晶光栅器件,并对其响应时间、调制电压、不同偏振态和不同入射角情况下的衍射效率等光电参数进行了测试.结果表明,该液晶反射光栅具有电场可调性,当驱动电压小于特定值时仅观察到常规反射现象,当驱动电压大于40 V时器件出现明显的光栅衍射效应,且1级衍射效率最大可到6.7%.实验讨论了入射光的偏振态、入射角度等因素对PDLC光栅衍射效率的影响,同时测试了该液晶反射光栅的电场响应时间为10 ms.     

一种新型液晶退偏振器的研究

为了消除入射光的偏振态变化对相干系统的负面影响,一种有效的方法就是对入射光进行退偏处理.利用液晶随着液晶分子取向的偏转,光沿z轴传播的折射率n发生变化的特性,可通过改变外加电压可以任意控制液晶各点的偏振态,从而能够实现任意偏振输出.报道了一种由两片液晶片组合而成的新型单色退偏振器,理论研究了利用液晶的偏振特性对单色光进行退偏原理.实验结果表明,这种退偏振器对入射光偏振方向不敏感,可对任意偏振态或偏振态随时间变化的连续或者脉冲入射单色光进行完全退偏.可用于惯性约束聚变激光驱动器光纤前端系统中以消除偏振变化对系统的影响.     

基于液晶偏振开关与液晶屏的三维集成成像

本文提出一种利用液晶显示屏(LCD)和液晶(LC)偏振开关组成的三维集成成像系统，并给出实验演示结果，其目的是为了增强可视性，例如集成成像的视角和图像深度。为了增大视角，使用了液晶偏振开关控制的单透镜和正交偏振片。为了增大图像的深度，采用了双折射材料或带有偏振开关的偏振选择性反射镜。由于我们提出的所有方法都不使用机械结构，因此有助于实现一个实用的基于集成成像的3D显示系统。     

液晶偏振变焦透镜组合设计

具有可变焦能力的透镜在成像、传感和检测等领域扮演着重要角色。本文通过研究液晶偏振透镜的光学特性,设计出多点变焦的液晶偏振透镜变焦系统。液晶偏振透镜是一种利用液晶分子指向矢(光学各向异性轴)特定的空间排列,产生特定几何相位差从而达到波前控制效果的光学器件,对于左/右旋圆偏振光分别表现为正/负透镜效果。利用液晶偏振透镜的偏振特性及液晶分子受电场调制的性质,本文设计出由一片普通正透镜、一片可调谐液晶波片和两片液晶偏振透镜组成的液晶偏振变焦透镜组合,在特定的偏振入射光下,可以实现7个焦距的改变。同时,通过优化透镜焦距、间隔等参数,可以使变焦透镜组合实现等间隔变焦等功能。实验结果显示,在633nm圆偏振光下,利用自主制备的液晶偏振透镜组成的液晶偏振变焦透镜组合系统成功实现了7个焦距的变焦功能,同时变焦距离基本符合预期且部分焦距(前6个)实现了等间隔分布,充分验证了利用液晶偏振透镜实现多点变焦的可行性。     

基于二色性染料及聚合物取向的液晶光开关的制备及其性能研究

为获得一种开关效应强、响应快且结构简单的光开关,对一种基于二色性染料及聚合物取向的液晶光开关进行研究。通过在垂直配向的液晶中加入二色性染料及聚合物,并在施加偏压的情况下照射紫外光使其发生聚合物取向效应,制得了一种具有电控偏光特性的液晶盒,进而将这种液晶盒按照偏光角度为0°/90°的方式组合为液晶光开关。对所制得液晶光开关的插入损耗、消光比和响应特性进行测试,结果表明,所制得的液晶光开关的插入损耗小于0.6dB、消光比超过13dB,具有较明显的开关效应,聚合物取向的方法则可以消除这种液晶光开关的迟滞现象,使其开关时间降低到20ms以内;通过聚合物取向过程所施加偏压的控制,二选一地,可以进一步减少其插入损耗或开关时间。     

特殊偏振滤光片的设计

液晶光阀大屏幕投影显示中的偏振分光系统－特殊偏振滤光片（分色膜、偏振与消偏振膜）。从投影显示的目的出发，提出了理想状态下偏振分光系统各个膜系的光谱曲线，并从此为设计要求，对其进行实际设计。从色度学的角度出发确立液晶光阀大屏幕投影显示中画面颜色完全复现的评价函数，以评判整个系统的颜色好坏；并对理想状态膜系和实际设计膜系进行验证。     

多角度偏振成像仪系统级偏振定标方法研究

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5\%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05\%,验证了宽视场偏振遥感器偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。     

偏振CCD相机光学系统的偏振特性分析

理论上推导了通过偏振CCD光学系统的部分偏振光在透射过程和反射过程中偏振特性的变化，定量计算了特定参数下的入射部分偏振光束经过特定单透镜透射后偏振度的分布，给出了偏振度变化的数量级，计算表明一定偏振度的入射部分偏振光束经过透射后，由于偏振度的变化和光线的入射高度以及视场角都有关系，光束偏振度在出射截面上将产生一定的分布。     

Degree of Polarization in Anisotropic Single-Mode Optical Fibers: Theory

The degree of polarization for propagation waves in anisotropic single-mode fibers is formulated in terms of light source spectrum, incident polarization condition, and fiber parameters. The polarization degree deterioration is based on the incident wave split into two eigenpolarization modes inherent in the fiber. Since the two eigenpolarization modes have different group velocities from each other, the degree of polarization is degraded when both of the modes are excited. Polarization degree is preserved when only one of the eigenpolarization modes is excited. The degradation is determined by the mutual correlation function gamma, between the two modes, which depends on the light source spectra, fiber polarization dispersion, and fiber length.     

超连续谱激光-单色仪在偏振遥感器定标中的影响因素分析

偏振遥感器的相对光谱响应度和带内光谱响应非一致性是遥感器实验室定标的基本参数。文中利用新型的超连续谱激光作为单色仪的前置照明光源,搭建了一套基于超连续谱激光-单色仪的细分光谱扫描定标装置,可用于偏振遥感器的相对光谱响应度定标。实验中以490 、670、910 nm三个偏振通道作为例,分别在单色仪直接输出光和单色光导入积分球两种状态下,得到通道式偏振遥感器的相对光谱响应度结果,并对两种状态下定标光源的偏振特性进行了测量。实验结果表明,单色仪直接输出光模式下,光源存在明显的偏振度和偏振方位角变化,三个偏振通道的带内光谱响应非一致性分别为0.91%、4.25%和1.06%;而在单色光导入积分球后,光源的偏振度明显降低,此时带内光谱响应非一致性结果分别为0.15%、0.47%和0.57%,说明消偏后的光源能有效适用偏振遥感器的光谱响应度定标,基于超连续谱激光-单色仪的系统级定标装置在偏振遥感器的定标中具有广泛应用前景。     

用偏振光学相干层析技术分析研究组织偏振特性

胶原质丰富而且结构排列整齐的生物组织受光照射时会显示双折射的特性。通过精确地控制入射光和反射光的偏振状态,偏振光学相干层析技术能够显示出组织的双折射性。我们利用斯托克斯参数和琼斯矢量,着重讨论点光源照射样品后其背景反射光的偏振特性,从而导出组织的偏振特性。     

影响谐振式光纤陀螺精细度的因素分析

分析了偏振波动噪声和背散噪声对谐振式光纤陀螺精细度的影响。搭建了光纤环形谐振环测试系统,实验结果表明:通过使用偏振控制器和保偏光源抑制偏振波动噪声,能使光纤谐振环的特性参数精细度由64.67提高到101,谐振深度由0.503 3提高到0.712。并且测得光纤谐振腔中背向散射光与主信号强度之比为0.026 7%。研究结果可为谐振式光纤陀螺的小型化和高灵敏度提供理论参考。     

偏振光谱仪偏振探测精度分析

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求。     

MODIS Polarization-Sensitivity Analysis

The moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) is one of the primary instruments in the Earth Observing System (EOS). Currently, MODIS instruments are onboard the NASA EOS Terra and Aqua spacecraft launched in December 1999 and May 2002, respectively. The MODIS reflective solar bands (RSBs) are sensitive to the polarization of incident light, particularly for the visible bands. To derive accurate top-of-the-atmosphere radiances, it is essential to know the polarization sensitivity, characterized by a polarization factor and phase angle, of the instruments. From prelaunch polarization sensitivity measurements, the polarization factors and phase angles for all visible and near-infrared bands of both instruments are derived, analyzed, and compared. The polarization factors are wavelength, angle of incidence on the MODIS scan mirror, and detector-dependent. For Terra MODIS, they are also mirrorside-dependent. The 412-nm band has the largest polarization factor, which is about 0.04 for both instruments. The polarization factors of all other bands are either smaller than or close to 0.02, which is the polarization requirement for the MODIS RSB whose wavelengths are longer than 412 nm. The unexpected one-, three-, and four-cycle anomalies observed in the measurements are analyzed. These anomalies are shown to be likely due to the nonuniformity of the light source and the retro-reflected light from the MODIS optical system. Their impacts on the derived polarization parameters are estimated and discussed.     

星载多角度偏振成像仪检测方法

为实现星载多角度偏振成像仪在环境模拟测试、装星测试等场合的检测要求,设计了一种具有多角度、多光谱和偏振性能的测试光源。依据多角度偏振成像仪的工作原理及测试需求,开展了检校光源的设计, 完成的光源方案由29个多波段LED平行光管米字型排布构成。通过光学建模,分析了平行光管口径、发散角及安装视场,并在辐亮度计算基础上,完成了LED选型及驱动设计,以及匀光扩散片、衰减片、偏振片及退偏器等组件设计,实现了满足仪器多波段不同动态范围要求的均匀光斑照明及标准偏振度源输出。最终检测结果表明,光源满足多视场点、多光谱、偏振特性测试要求,稳定性优于99.2%,偏振度优于1%,重复安装精度优于1个像元；满足载荷辐射5%、偏振2%、几何1像元的性能检测需求,以及通道切换功能监视等要求。     

偏振正交法抑制双向传输系统瑞利干涉噪声

瑞利后向散射引起的干涉噪声是双向光纤传输系统的主要噪声来源。本文对单模光纤双向传输系统中瑞利后向散射的一般理论和偏振特性进行了分析,并提出了采用偏振正交法减小干涉噪声的方法。建立了10 GHz模拟RF信号单波长双向传输系统,并采用偏振旋转器件实现正、反向传输光的偏振近似正交传输。通过数值模拟,分析了本系统瑞利后向散射偏振状态与入射光偏振状态、反向光偏振旋转角的关系,进一步分析了系统干涉噪声抑制水平。模拟分析结果表明,在80°～90°范围内旋转偏振态,能够使瑞利后向散射降低至少一个数量级;系统信噪比提高了近15倍。利用偏振正交法减小双向传输系统的干涉噪声,有对偏振旋转的精度要求不高、容易操作的优点。