共路外差干涉测量液晶空间光调制器相位特性

为了对液晶空间光调制器进行高精度的校准, 使其满足线性相位调制的应用需求, 采用共路外差干涉法测量了液晶空间光调制器的相位调制特性, 分析了实验系统的测量原理, 取得了液晶空间光调制器相位调制量随输入灰度值变化的实验数据, 并进行了线性校准。结果表明, 实验中所用的液晶空间光调制器的最大相位调制量为2.55π, 利用反插值法对20~240灰度范围内的相位调制曲线进行线性校正后的理论相位调制曲线非常接近理想线性曲线, 相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9996;该测量方法可克服传统测量方法对图像处理的依赖性, 具有较高的测量精度, 相位调制量直接通过锁相放大器就可获得。该研究为基于液晶空间光调制器的高精度波前校正和精密测量提供了参考。     

衍射法快速线性化液晶空间调制器的相位调制关系

纯相位型液晶空间光调制器是应用较广的高精度光学仪器。使用Holoeye产家推荐的双孔干涉测量法可使16阶闪耀光栅的1级光衍射效率达到80%。但需要滤波、准直、扩束等细致工作,耗时较长。运用二进制相位光栅衍射法可以简化修正过程。实验中每隔10个灰度值测一个点,利用Matlab做线性内插扩展到255灰度。使16阶闪耀光栅和二进制光栅的1级光衍射效率最终达到产家目录给出的83%和40%。修正结果证明5-5序列配置的Holoeye Pluto的液晶光阀在平均调制相位稳定的基础上,衍射法校正相位调制特性不受闪烁影响,且简单可行。     

光纤干涉型光学相控阵扫描角度的模拟实验

理论分析了光纤干涉型光学相控阵扫描角度与扫描控制电压的关系,提出了扫描角度与电压关系的实验方法,即按照场点定点的光强间接测定一定扫描控制电压对应的扫描角度;采用M-Z型干涉光路来模拟2光路的光纤干涉型相控阵进行模拟实验,通过改变相位调制器上的控制电压,对场点定点接收到的光强大小进行测试,反演出光纤干涉型相控阵实际的扫描角度。实验结果表明:扫描控制电压在相位调制的半波电压范围内,扫描控制电压要比集成波导阵列的控制电压小得多,扫描角度为0~6.2 mrad,在此范围内,扫描角度的实验值与理论值较好吻合。该模拟实验研究可以为光纤干涉型光学相控阵的远场扫描特性的进一步研究提供参考。     

电寻址空间光调制器相位调制特性的研究

利用光在液晶中的双折射效应和泰曼－格林干涉原理,提出了一种测量电寻址液晶空间光调制器相位特性,即相移量与驱动电压（灰度）之间关系的新方法。该方法抗干扰能力强,实验精度高。通过测试Boulder Nonlinear Systems(BNS)公司的256×256像素反射式液晶空间光调制器,得到了其在一定电压范围内的相位调制特性具有良好的线性关系,而且在线性调制范围内器件稳定,有效孔径内各个点的平均调制误差约为0.032?姿,与理论值相吻合,从而验证了该实验方法的有效性。     

对633nm波长下湿空气折射率计算公式的精确修正

目前公式法测量空气折射率大多采用Boensch等于1998年提出的改进Edlen公式,其对湿空气的修正系数是基于4个波长(644.0、508.7、480.1、467.9nm)并在19.6℃~20.1℃范围内测得的数据,这与当前光学精密测量多采用633nm He-Ne激光波长且环境温度范围更大的实际情况存在矛盾,从而导致其应用时产生的误差较大。为此,提出了以相移干涉光路为基础的折射率测量实验光路,在较大温度范围内(14.6℃~24.0℃)测得了在633nm波长下对湿空气折射率的修正系数并得到其修正公式。与文献结果比对表明其精度高于Boensch公式。该修正公式可广泛应用于633nm激光精密测量中的空气折射率补偿。     

用偏振干涉法测相位-偏振调制器伏-相特征

结合偏振干涉法,详细分析了相位-偏振调制器的输入电压与其延迟相位的关系,并导出了相位-偏振调制器的输出光强与其延迟相位的数学表达式.研究结果表明,采用偏振干涉法可以使相位.偏振调制器获得稳定的干涉光强,从而可以精确地测量出相位-偏振调制器的伏-相特征曲线.测量结果表明,相位-偏振调制器的伏-相特征曲线具有良好的线性特性.     

基于激光干涉的高分辨率精密位移测量研究

由于高分辨率精密位移测量过程中调制深度波动和载波相位延迟,导致相位解调中存在误差,致使测量效果较差,测量时间较长,提出基于激光干涉的高分辨率精密位移测量方法。分析激光干涉原理和位移测量原理,获取位移测量误差产生的原因,采用相位生成载波反正切解调方法解调干涉信号,通过离散卡尔曼滤波修正相位解调后正交信号的幅值和偏置,补偿相位解调误差,实现高分辨率精密位移测量。实验结果表明,所提方法的测量波动均值稳定在±1.5 nm之间,能够有效地稳定测量能力、减小测量误差、缩短测量时间。     

斜入射下液晶空间光调制器纯相位调制特性研究

利用Zygo干涉仪对斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制特性进行了测量。建立了斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制数学模型,研究了斜入射角度对相位调制特性的影响,搭建了基于Zygo干涉仪的测量系统,对不同入射角度下的相位调制特性进行了测量。测量结果表明:不同入射角度下相位调制量近似线性递增,入射角度越大,相位调制量递增的斜率越小;相同灰度值下,随着入射角度的增加,相位调制量逐渐减小;入射角度小于5°时相位调制曲线几乎重合,相同灰度值下相位调制量最大相位差为0.032λ。     

反射式空间光调制器的相位调制特性测试

为了测试德国HOLOEYE公司LC-R2500型102像素×768像素反射式空间光调制器的纯相位调制特性,采用了基于双光束干涉原理的测量方法,得到了输入图像灰度与相移量对应关系.将相位恢复算法编码后的纯相位图像作为空间光调制器的输入信息,进行了理论分析和实验验证.结果表明,光学再现像与数值模拟结果相吻合,验证了纯相位调制特性测量的准确性.     

液晶相移剪切电子散斑干涉术的研究

本文研究了向列型液晶的相位调制特性，并采用平行式向列液晶作为相移器，建立了相移剪切电子散斑干涉计量系统。该方法将相移技术引入到剪切电子散斑干涉术中，提高了检测精度，采用相关纹法求解相位，简化了计算，相移方法简单，可靠，用该系统进行应变场的测量实验，取得了满意的效果。     

液晶光学相控阵的双波束成形和2维扫描技术

为了在光学相控阵中实现双波束成形和2维扫描,以玻璃作为基底材料,以液晶作为移相介质,利用液晶的电控移相特性,对入射光束进行双波束成形和相控空间扫描;采用现场可编程门阵列芯片对液晶驱动芯片进行波控数据发送,完成对液晶移相阵列的电压驱动,从而达到电控光束扫描功能,完成单个透射型液晶光学相控阵组件的研制;利用该组件的电控光束扫描功能,采用多个组件级联的方式,实现基于透射型液晶光学相控阵组件的双波束成形和2维扫描技术。结果表明,该系统能够实现双波束独立偏转控制,以及高精度的空间2维偏转。     

傅立叶1/4波片法检测液晶光学相控阵移相量的精度分析

为了能够更好地实现对液晶光学相控阵的移相分布特性进行高精度的测量,本文针对傅里叶四分之一波片法的测试精度进行理论仿真和试验验证。仿真结果表明,该方法测试误差小于0.08°,采用标准二分之一波片对其进行验证,实验结果表明重复精度小于0.3°。因此,针对液晶光学相控阵波控数据0.5°移相控制精度要求,傅里叶四分之一波片法的测试精度和重复精度能够满足移相测量精度要求。     

液晶波前校正器动态位相响应特性研究

为了对畸变波前进行精确校正,研究了液晶波前校正器在不同灰度级之间的动态位相响应特性,准确确定其响应时间。首先给出液晶波前校正器的响应时间和位相变化的检测方案。然后检测了液晶波前校正器在0和255灰度级之间的上升和下降时间,分别为7ms和11ms。在保证校正精度的条件下,对该位相曲线采取λ/10的误差截断,使上升和下降时间分别减少到4ms和6.8ms。最后,研究了各灰度级依次上升到255和从255再以次回落到各灰度级的动态响应时间。结果表明,各灰度级的上升时间在2～5.2ms之间变化,下降时间在3.66～8.74ms之间变化,且无论是上升还是下降,150和255灰度级之间转换速度最快,在255灰度级邻近的灰度响应速度最慢,且响应时间长于0和255灰度之间的响应时间。因此,在波前校正中,须以255灰度邻近的灰度级中最长的响应时间作为液晶波前校正器的响应时间,以确保波前校正精度。     

Liquid crystal-based optical time delay units for phased arrayantennas

Novel two-dimensional (2-D) spatial light modulator (SLM)-based optical time delay units (OTDU's) using freespace/solid optics and fiber delays are introduced for phased array antenna and wideband signal processing applications. In particular, the mature nematic liquid crystal (NLC) SLM technology is considered for the proposed architectures. A 1×2 optical switch is demonstrated using a parallel-rub birefringent-mode NLC cell, a bulk optics cube polarizing beamsplitter, and a sheet polarizer. Switch measurements taken at 633 nm show a >3400:1 or >35 dB output port optical isolation. The 1×2 NLC switch is used to build a 1-bit, 3.33-ns-duration, free-space OTDU using mirrors and total internal reflection corner prisms. The unit demonstrated a >30 dB optical (or >60 dB electrical) signal-to-noise ratio for both delay and no-delay positions. A 1500 pixel NLC SLM is built, and a 128:1 or 21 dB on/off isolation is demonstrated limited by the digital drive electronics of thin-film transistor (TFT)-based pixel control     

利用液晶电视实现光学图像的实时边缘提取

通过对扭曲向列型液晶电视的光学调制特性研究,利用其位相调制模式下灰度图像与位相调制的映射关系和光学干涉效应,实现了实时光学图像边缘提取.该方法不仅实时处理效果好,而且系统紧凑、操作简单.     

Improvement for the steering performance of liquid crystal phased array

Optical phased array technology is introduced and the steering performances of liquid crystal phased array are discussed, several factors affecting the beam steering performances are analyzed completely, also simple models for some typical factors are developed. Then, a new method based on iterating and modifying the output phase pattern of liquid crystal phase shifters is proposed. Using this method, the modified voltages applied on electrodes of liquid crystal phase shifters can be obtained, after applying the voltages, the influence of factors can be compensated to some extent; the steering angle accuracy and efficiency with liquid crystal phased array can be improved. Through the simulation for the angle range from 0° to -1 °, the error of steering angle can be reduced three orders of magnitude, and the efficiency can be increased almost 30% after several iterations.     

光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术

本文讨论了光控相控阵雷达的原理和发展现状,介绍了光控技术在宽带宽角扫描相控阵雷达中的应用和优点,详细阐述了不同光实时延迟线(OTTD)的主要构成原理和技术特点,讨论了雷达微波信号的光调制技术和探测技术现状,指出了光控相控阵雷达技术可能的应用方向.文中重点讨论了光控相控阵雷达实现中需解决的关键技术,包括总体设计方案中的系统指标分配,雷达阵面结构设计时光器件温度特性的考虑,微波信号光纤传输中的幅相一致性、动态范围、非线性相位等,OTTD设计加工中的波束切换时间、插入损耗、隔离度、延时精度等.针对OTTD加工中难免存在的加工误差,文中提出了子阵OTTD与阵元移相器联合波控的方法.