液晶空间光调制器及其在自适应光学中的应用

液晶空间光调制器(LC-SLM)通过对液晶折射率的调制来实现对光程的控制,在自适应光学中起着重要的作用。文章梳理了国内外LC-SLM的发展现状,对LC-SLM的工作原理和相位标定原理进行了详细介绍,针对LC-SLM在自适应光学中的应用,对国内外LC-SLM关键技术研究状况进行了讨论,分析总结了西安理工大学在该领域的实验研究。最后展望了LC-SLM的应用前景。

基于空间光调制器的艾里光束能量调制方法

艾里光束由于具有无衍射、自加速和自愈合等特性,具有重要的应用前景。本文基于空间光调制器可编程特性,提出了一种可调谐的艾里光束能量调制新方法。从理论上深入分析通过在相位图中引入一个可控的调制相位而实现了艾里光束能量调控的方法,并且量化了调制参数与能量调制范围的关系。仿真和实验结果表明通过改变调制相位可以灵活地调节光束能量分布,本文的研究有助于进一步推动艾里光束的应用。

100 kHz弹光调制器多功能调制仿真

针对弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)在超高速全偏振领域的测量问题,研究一种目标频率在100 kHz附近的圆型PEM,由弹光晶体和2个方位角相差45°的压电驱动器组成。通过理论计算弹光晶体谐振频率和压电驱动器振动频率,当二者频率达到一致时,PEM工作在谐振状态,此时PEM的调制效率达到最高。当PEM达到谐振状态并趋于稳定后,调节两压电驱动器驱动电压的幅值与相位,实现纯驻波模式和纯行波模式两种特殊调制,纯驻波模式可实现纯电控制下调制快轴的延迟量和方位角;纯行波模式可实现纯电控制下调制快轴以PEM谐振频率的半频速度高速旋转。最后,利用COMSOL有限元仿真模拟两种调制模式下PEM,验证两种调制状态下的PEM振型及其快轴方向,表明PEM可实现多功能弹光调制,为后续偏振测量提供理论支撑。

弹光调制器动态参数测量与高效驱动匹配研究

为了提高弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)的驱动效率,提出了一种基于PEM动态参数测量的阻抗匹配参数计算方法。理论分析了PEM调制幅度与驱动电压大小的关系,建立了PEM及其谐振匹配网络的等效电路模型,在此基础上推导了PEM谐振驱动电压与各个参数的关系,并设计了针对PEM动态测试的测量系统与验证方法。对谐振频率为44.822 kHz的PEM进行各项特性曲线的理论仿真与试验比较,验证了动态测量系统的可靠性,并通过数值仿真得到PEM最优匹配参数。在最优匹配参数附近选取不同匹配参数,测量实际谐振驱动电压,测量结果与仿真曲线相关性达0.996 4,变化趋势在10μF前基本吻合,且在理论最优匹配参数下,实际谐振驱动电压峰值达510 V,优于其他驱动匹配方法,接近理论最大值,相对误差小于1.16%。通过PEM等效动态参数推算的最优匹配参数,可使PEM达到最大驱动效率。

基于空间光调制器的激光光束宽度调节装置

为了满足激光产业对光束宽度测量装置的溯源要求,提升激光光束宽度校准能力,针对400~700 nm波段的激光器不同光束宽度校准的需求,设计了一套基于空间光调制器的激光光束宽度可调节装置,用于光束质量分析仪或激光光斑测量仪的校准。实验结果表明该装置在0.1~5.0 mm的宽度范围连续可调;利用部分相干光束抗环境扰动能力强的特点,其短期稳定性达99.5%,长期稳定性达99.1%,优于参考激光器96.8%的短期稳定性和96.3%的长期稳定性。此外,基于空间光调制器优越的光束整形能力,该装置可将输入的非规则光束输出为高斯光束。

基于液晶空间光调制器的附面层效应模拟

为了给航空动平台激光通信的附面层效应校正系统提供验证条件,设计了一种基于液晶空间光调制器来模拟附面层效应的模拟器。首先,从几何光学的角度分析附面层效应,将其等效为负透镜。然后,利用计算机对不同飞行条件下附面层效应与等效负透镜焦距之间的关系进行数值分析仿真。之后在液晶空间光调制器上导入不同焦距透镜的相位灰度图以实现变焦透镜的功能,通过改变变焦透镜的焦距来模拟航空平台不同飞行条件下的附面层效应。最后通过实验验证模拟的准确性,在环境温度下,模拟附面层效应的液晶空间光调制器得到的光斑图像由红外相机拍摄,之后进行图像处理分析实际光斑大小,并与理论计算光斑大小比较,得出误差曲线图。研究结果显示,基于液晶空间光调制器模拟附面层效应引起散斑效应的理论光斑大小与实际光斑大小的均方根误差为0.04375,验证了所提出的方法的可行性和有效性。

基于HTCC的200 Gbit/s光调制器外壳的研制

研制了一款基于高温共烧陶瓷(HTCC)工艺的光调制器外壳,通过高速端口实现信号的传输。端口的设计采用共面波导结构的水平传输和类同轴结构的垂直传输,通过分析高速信号传输通道的等效电路和在频域上的仿真,实现端口的阻抗匹配,在保证信号完整性的前提下端口可以实现单通道28 Gbit/s的高速信号传输。将相同条件下的差分过孔结构与类同轴结构在频域和时域下展开分析,验证了类同轴结构可以更有效地保证信号完整性。利用探针测试与背靠背结构相结合的方式对样品进行测试,验证了高速端口可以在保证信号完整性的前提下实现单通道28 Gbit/s的高速信号传输速率。将该结构应用在8通道的光调制器外壳上,可以支持200 Gbit/s以上的高速信号传输。

基于空间光调制器构建二维任意形状的87Rb原子阵列

超冷原子系统是一个纯净的、高度可控的量子体系,可对凝聚态物理、高能物理、天体物理和化学反应等领域的重要物理问题进行量子模拟.构造不同构型的光晶格是模拟多样化的复杂量子系统的一个重要前提.本文采用权重Gerchberg-Saxton算法生成多种形状的光晶格全息图,利用液晶型空间光调制器和高分辨率光学系统,把全息图(动量空间)变换到实空间构造出多种形状的二维晶格阵列,包括简单的三角、六角、正方晶格和更为复杂的蜂巢晶格等,并实现对87Rb超冷原子二维晶格阵列的装载,晶格的最小间距为3μm.这种方法具有通用性强、操控灵活的优势,将有助于拓展光晶格中超冷原子量子模拟的应用.

弹光调制器谐振特性研究及其谐振频率自跟踪

弹光调制器是一种由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的高品质因数热机电耦合器件,广泛用于偏振测量、光谱测量等诸多领域。但是在高压谐振状态下,其谐振频率会随着温度变化出现漂移,导致弹光调制器的相位调制幅值不稳定以及驱动效率降低。针对该问题,首先对弹光调制器谐振频率特性进行分析,建立了弹光调制器及其高压谐振驱动电路的复合谐振网络模型,提出了利用谐振网络的幅频特性进行频率跟踪的实现方法,并设计了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的控制测试系统,实现了谐振频率跟踪以及调制幅度的测量。通过测试验证了该方案可有效进行谐振频率跟踪,提高了弹光调制器的稳定性以及驱动效率,测试时长大于90 min,相位调制幅度的标准偏差为0.83%rad。

空间光调制器模拟光栅产生高阶和分数阶涡旋光束

用空间光调制器模拟叉形光栅的方式产生高阶和分数阶涡旋光束,分离各阶涡旋光束并探究单级特性,探测其拓扑荷数以验证实验方法的正确性。设计了涡旋光束生成光路,编写了产生叉形光栅全息图的计算机程序,利用透射式空间光调制器模拟叉形光栅,以全息图的方式加载到空间光调制器上。调节参数改变全息光栅图样,得到拓扑荷数从1.0到100.0的整数阶与间隔为0.1的分数阶涡旋光束。利用孔径光阑分离出一级衍射,分析其特性并利用干涉法测量其拓扑荷数。实验发现,整数与分数阶光场分布与拓扑荷数为单调关系,拓扑荷数接近100时光束质量显著下降的特性,利用干涉法测得的拓扑荷数与计算全息图设置的参数完全相同。干涉测量结果验证了计算全息方法的正确性。该方法装置简易、参数可调,可为高阶和分数阶涡旋光的产生和应用提供一定的参考。

基于MEMS光栅光调制器阵列的动态图像显示控制方法

基于单片机控制的动态图像显示控制方法主要通过配置单片机参数实现对图像的显示控制,由于数据读写能力较弱,导致电压负荷较大。对此,提出基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)光栅光调制器阵列的动态图像显示控制方法。将PC端输入的文字指令编码转换为光栅光调制器阵列的图像编码,采用异步读写的方式,对USB数据控制器的读写模式进行设计,构建出动态图像显示控制电路模块。在实验中,对提出的方法进行电压负荷的验证,经实验分析证明,利用提出的方法对动态图像进行显示控制,所需的工作电压和吸合电压值较低,对显示器的电压负荷较小。

基于实时声光空间光调制器的矩阵/向量乘法器的研究

本文报道了我们研制和设计的声光实时矩阵乘法器,该乘法器能在10μs内完成128×128复数矩阵和128复向量的乘法,输出向量精度为8比特。文中给出了各部分参数的选择,并讨论了提高系统性能的途径。

实时图像边缘增强空间光调制器

光学相关识别中首先需要一个把非相干到相干光进行转换的输入图像转换器．然后再进行输人图像的边缘增强预处理，我们研制的光寻址单晶硅液晶光间能够同时完成这两项功能。给出图像边缘增强的实验结果。

基于空间光调制器的计算全息成像特性

把基于高分辨空间光调制器 (SLM)的动态计算全息波面变换系统看作一个相干光学成像系统 ,分析并推导了该系统的点扩展函数 (PSF) ,进而研究了SLM像素结构所引起的固有切趾和展宽效应 通过计算机模拟考察了SLM填充因子和衍射距离对系统分辨率的影响 ,给出了满足抽样定理所要求的系统的最小衍射距离 最后提出了一种消除SLM像素结构影响的物波频谱预处理方法 这一研究为优化系统设计 。

采用液晶空间光调制器的可控性阵列菲涅耳波带片

利用液晶空间光调制器的光学调制特性 ,实现阵列数与焦长可调控的阵列菲涅耳波带片 ,并给出了理论分析和实验结果 ,该方法操作简单。

液晶空间光调制器相位调制的色散特性研究

提出用椭偏仪法测试了自制液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制色散特性.椭偏仪法具有光路简单,结果准确,测试自动化等优点,相比单色光源干涉仪测量方法更加简单实用.结果表明,在短波长(450nm)处,LCSLM的相位调制能力为1.54λ(λ=450 nm) ,在长波长(800 nm)处,LCSLM的相位调制能力为0 .70λ(λ=800 nm) ,与理论分析的色散特性基本一致.

液晶空间光调制器相位调制特性研究

研究了美国BNS公司生产的Modal P256反射型电寻址液晶空间光调制器的相位调制特性和时间响应特性。采用He-Ne激光作光源,建立迈克尔孙干涉光路观察波前相位变化,给出器件的相位调制特性曲线。分析测量了器件的相位响应不一致性和像素间的相位交连。通过测量液晶器件对方波和正弦控制信号的相位响应延迟,分析了液晶空间光调制器(LC-SLM)的时间响应特性。理论分析与实验结果说明:在特定的入射偏振条件下,LC-SLM实现纯相位调制,可用作高分辨力波前校正器件,然而极慢的响应速度和极低的时间带宽限制了它在动态变化波前相差校正中的应用。

液晶空间光调制器的纯相位调制特性研究

介绍了液晶空间光调制器的纯相位调制原理,采用泰曼-格林干涉系统对液晶纯相位特性进测试。针对BNS(Boulder Nonlinear Systems)公司的专利产品-256256像素纯相位空间光调制器的相位与电压(灰度)的响应曲线。给出了对任意图形进行相位恢复的优化算法流程,利用纯相位调制方法对光束进行方向和强度的快速程序控制。设计了实验装置,实际产生了二维任意衍射图形,图形产生时间小于200 ms。本研究对空间目标进行扫描跟踪,具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。

基于液晶空间光调制器的光栅衍射效率

基于Jones矩阵理论和液晶弹性自由能理论,分析计算了扭曲向列型液晶空间光调制器(TN-LCSLM)的复振幅调制特性·以显示一维矩形光栅为例,详细计算了不同输入输出偏振器配置下的一级衍射效率.数值计算结果和分析表明,在加输出偏振器和不加输出偏振器两种情况下都存在一个具有最大一级衍射效率的取向配置.

反射镜平动式光栅光调制器的光学特性分析

提出了一种反射镜平动式光栅光调制器,每个像素主要由一个可动反射镜和上面的固定光栅组成,通过控制可动反射镜和固定光栅的距离达到对入射光的调制·依据标量衍射理论对反射镜平动式光栅光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析;并仿真了光调制器的结构参量对衍射效率和对比度的影响·发现:当可动平板和光栅的距离为λ0和5λ0/4,像素表现为暗态和亮态;这种光调制器的工作原理决定了其有效面积大,具有形成面阵的潜力;固定光栅占空比为1/2时,对比度最优;同时给出了对比度随入射光带宽的关系,即带宽越大,对比度急剧下降·