基于掩模光刻的液晶波前校正器设计与制备

液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成,因此其研制成本高、定制难度大。本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器,以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制。基于掩模光刻技术设计并制备了91像素的无源液晶驱动电极,并封装成液晶光学校正单元。设计并制备了驱动连接电路板,实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接。对液晶波前校正器响应特性进行检测。结果显示,其相位调制量为5.5个波长,响应时间为224 ms。利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正。结果显示,其可以产生正负离焦波前,且对水平倾斜像差校正后,Zernike多项式中第一项的值从1.18降至0.16,校正幅度达86%,实现了像差的有效校正。本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路,进而拓宽其应用领域和场景。

微透镜阵列衍射效应对夏克一哈特曼波前探测器的影响分析

微透镜阵列的衍射效应会影响夏克—哈特曼波前探测器的探测精度。本文根据惠更斯-菲涅耳衍射理论建立二维微透镜阵列衍射模型,模拟分析使用理想平行光入射微透镜阵列时在焦平面产生的二维衍射光斑阵列。然后,通过计算衍射光斑偏移一个像素的过程中质心的误差,确定最大质心计算误差。接着,利用模式法进行波前重构,获得波前探测误差。仿真结果显示:在偏移0.21和0.79个像素,即波面偏转0.03°和0.13°时,衍射导致的波前误差最大为0.125λ。最后,实验验证了该误差计算方法的有效性。该研究结果可为夏克一哈特曼波前探测器的设计提供理论依据。

无源液晶光学器件的低成本驱动电路设计

为了实现多路无源液晶光学器件的驱动,设计开发了低成本、低复杂度及幅频可调的多路驱动电路。首先,为了便于控制液晶器件,在PC机和驱动板之间采用USB数据传输方式进行控制信号的传输。其次,驱动板卡采用母板加多子板模式,每个子板可输出32路驱动信号,其可依据实际需求灵活选取子板数目,从而降低成本。母板与子板均采用STM32作为主控芯片,子板通过SPI接口与母板进行数据传输。每个子板通过2个SPI接口将数据分组分发给DAC芯片,每个DAC芯片可控制16路数模转换,最终实现192路模拟信号的输出。最后,进行制板和测试。结果显示,输出模拟电压与灰度值符合线性比例关系,其绝对误差在0.010 V左右,符合10 bit、1024级电压灰度值调制精度。该驱动板卡可以实现多路驱动信号的输出,满足多路无源液晶光学器件驱动控制的需求。

双波长视网膜成像自适应光学系统的轴向色差补偿方法

双波长视网膜成像自适应光学系统非常适用于视网膜微血管的高对比度和高分辨率成像。本文重点研究了双波长自适应系统的轴向色差补偿问题。首先对轴向色差进行了测量,对实测波前进行了分析,并给出任意波前轴向色差补偿法。自适应校正实验结果显示,色差补偿后,波前均方根误差减小到0.16λ(λ=589 nm),视网膜微血管分辨率提高到6μm。这项工作可用于视网膜成像的临床应用。

SPGD算法高精度静态像差校正方法

随机并行梯度下降(SPGD)算法广泛应用于光学系统静态像差校正,其性能指标对校正效果影响较大。由于传统的环围能量(EE)校正精度低、平均半径(MR)稳定性差,提出性能指标组合法,以实现静态像差的高精度、稳定校正。所提方法将EE与MR性能指标相结合进行像差校正,首先以EE作为性能指标对畸变图像进行校正,待能量集中于环围区域后,利用MR性能指标继续进行校正,直至能量分布均匀,校正终止。首先进行了校正仿真,结果显示:相比于EE和MR方法,性能指标组合法对静态像差的校正精度高、稳定性好。搭建实验光路,验证了所提方法的有效性。模拟和实验结果均表明,采用性能指标组合法可以获得高的校正精度且校正稳定。该方法可以应用于光学系统静态像差的校正和消除,实现其接近衍射极限的光学性能。