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。

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.

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.

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。

液晶空间光调制器用于波前校正的研究

为了提高液晶空间光调制器用于波前校正的精度，测试了美国BNS公司反射式256×256像素纯相位液晶空间光调制器。由于非线性相位响应特性会降低该器件用于波前校正的性能，因此通过反插值法将相位调制曲线的非线性度减小到原来的1／8，建立了0～2π区间内相位与灰度之间的线性关系。以液晶空间光调制器作为波前校正器，数字相移干涉仪作为波前传感器，对含有高频误差的不规则波面进行了测量和误差校正。畸变波前的峰谷值（PV）由校正前的0．78A减小到校正后的0．27λ，均方根（RMS）由校正前的0．13A减小到校正后的0．02A。实验结果表明：液晶空间光调制器能够代替传统的变形镜，实现低成本、高分辨、高精度的波前校正。

基于纯位相液晶空间光调制器的可变焦透镜的实现

提出一种基于纯位相液晶空间光调制器(LC-SLM)实现变焦透镜的方法。根据液晶空间光调制器的位相调制原理,以相息图控制LC-SLM来调制入射光波,并衍射产生透镜波面,改变相息图的衍射距离,可实现变焦位相菲涅耳透镜的功能。分析衍射孔径、衍射距离、相息图位相阶数等参数对变焦位相菲涅耳透镜的影响,并以点光源相息图为例对该方法的可行性进行了实验验证。实验结果表明:通过改变计算衍射距离,提出的方法可得到焦距不同的透镜,且易于控制,为三维扫描显示的实现提供了可行性依据。

纯相位液晶空间光调制器相位校正方法

利用泰曼-格林干涉系统,对纯相位液晶空间光调制器在808nm的相位调制特性进行了研究.为了提高其在大气湍流模拟时的仿真度,采用近似法和反插值法对相位调制曲线完成了线性校正,并对校正结果进行了对比分析.结果表明,虽然近似法校正简单易行,但经反插值法校正后,相位调制曲线的线性相关度更高,可达0.9916,校正误差更低,仅为0.06rad.通过对校正方法和误差来源的分析发现,反插值法还具有优化灵活的特点,能进一步改善校正效果,更具应用价值.

液晶空间光调制器对真实人眼畸变波前的校正

基于液晶空间光调制器波前调制量大,像素密度高,驱动电压低等优点,用液晶空间光调制器作为校正眼像差的关键元件,研制了用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统。介绍了液晶空间光调制器的波前调制原理,利用ZY-GO干涉仪测定了位相调制和灰度级的关系曲线。分别用Hartman-Shack波前探测器和高分辨率液晶空间光调制器探测和校正人眼的波前畸变,对近视5m-1(500度)的人眼进行了自适应校正实验。校正后,系统的波前误差为0.086λPV和0.013λRMS,达到了系统的衍射极限,并可清晰地分辨眼底原来模糊的细胞。实验结果表明,液晶空间光调制器可以有效校正畸变波前,达到提高成像质量的目的。

利用径向剪切干涉法测量液晶空间光调制器的位相调制特性

研究了一种测量液晶空间光调制器的相位调制特性方法 ,采用共光路径向剪切干涉仪 ,对经空间光调制器调制后的波面进行径向剪切干涉后 ,获得其干涉条纹图 ,并用迭代算法计算其波面的相位分布 。

液晶空间光调制器与相干光波前实时变换

介绍了一种利用纯相位调制液晶空间光调制器进行波前相位实时变换的方法,可将相干平面波变换成任意期望的波前。该方法采用由伪随机编码产生初始相位矩阵的相位恢复优化算法,从期望的远场衍射图形得到液晶空间光调制器所在衍射面的相位分布,当单色相干平面波通过液晶空间光调制器时,利用液晶空间光调制器纯相位调制特性复现该相位分布,在远场产生期望的衍射图形。实验验证了上述波前实时变换的可行性。

铁电液晶基空间光调制器的灰度响应特性

提出了一类以铁电液晶作光调制层的空间光调制器等效电路模型,对调制器的灰度响应特性进行了动态仿真研究,给出了驱动电压频率100 Hz^1 kHz和写入光强0~10 mW/cm2时调制器的强度转移特性曲线。结果表明,光寻址空间光调制器(OASLM)电光响应的上升时间随写入光强的增加而减少,写入光强由0.5 mW/cm2增加到10 mW/cm2,上升时间从1.44 ms减少为74μs。写入光强存在使输出光强随之(准)线性增加的范围,调制器工作在该范围内即可显示不同灰度;强度转移特性对电压频率十分敏感,调节频率可对调制器的工作范围及灰度区内强度转移特性曲线的斜率等进行控制,频率由100 Hz增加到1 kHz,工作范围由(0.08 mW/cm2,1 mW/cm2)改变为(2 mW/cm2,10 mW/cm2),同时线性段内强度转移特性曲线的斜率减小。另外,虽然擦除光对强度转移特性的影响很弱,但必须注入擦除光以抑制无写入光注入时的光响应和保证在新信息写入前擦除先前的信息。由该模型得到的仿真实验结果在趋势与量级上均与有关文献的实测结果相一致。

基于液晶空间光调制器的波前畸变补偿研究

针对液晶空间光调制器控制单元数多,直接进行波前相位畸变补偿时计算量大的问题,将控制输入与描述波前畸变的Zernike多项式系数形成映射,极大地减小了优化维数,有效地提高了计算效率。引入单纯形算法,通过使设计的性能指标达到最优,得到最佳的Zernike多项式,实现了精确的波前畸变补偿。针对传统的单纯形算法易收敛于局部极点,无法实现全局最优的特点,对单纯形算法进行了改进,仿真结果表明,改进后的算法可以通过强制初始化达到全局最优,同时分析了各种改进算法的特点,为实际应用提供了依据。

基于液晶空间光调制器的相息图扫描三维成像

本文提出了一种利用纯相位型液晶空间光调制器(LC-SLM)实现相息图三维显示的方法。该方法以LC-SLM为显示器件,通过相息图的衍射进行三维像的重构。详细研究了相息图的计算及其与LC-SLM参数间的关系,并对再现像像质进行了讨论。为提高显示的空间分辨率,采用分时复用技术,对三维物体进行分组取样,并计算每一分组的相息图,形成分组相息图序列,再现时依次将相息图输入到LC-SLM,利用人眼的视觉残留效应以达到连续扫描三维成像的目的。实验结果表明,该方法实现了三维物体的再现,为三维显示提供了一种有效的方法。

利用纯相位型液晶空间光调制器实现空心光束

为了提高激光系统的整体效率,需要将出射光强整形为空心分布。采用纯相位型液晶空间光调制器整形近高斯分布光强到空心分布。基于能量守恒定律和等光程原理,分析了纯相位型液晶空间光调制器光束整形系统,得出了整形系统所需的相位分布。采用衍射光学方法,数值模拟了整形效果,讨论了入射光束束腰半径和强度分布等因素对整形效果的影响。利用纯相位型液晶空间光调制器实验实现了空心光束,实验测得的转换效率大于99%。

纯相位液晶空间光调制器相位调制特性的优化

针对美国BNS生产的Model PF512反射型纯相位液晶空间光调制器进行了相位调制的特性研究.通过实验和分析比较,优化了相位调制对灰度响应的关系,修正了客户查找表,提高了调制器的精度,对该调制器的使用具有重要的意义.

用平行向列液晶空间光调制器制作相息图的研究

利用液晶空间光调制器制作相息图是目前惟一的一种能实现动态实时计算全息的方法,它在光信息处理和光学测量方面具有重要的应用价值。文章首先介绍了由低成本的商业液晶电视改造而成的平行向列液晶空间光调制器,在液晶空间光调制器上制作相息图,用液晶电视制作的相息图再现物体。通过再现像的误差分析,我们认为位相失配和液晶屏的黑栅效应是导致再现像不清晰的主要原因。最后探讨了它在位相滤波器方面的应用。

多信道铁电液晶空间光调制器

描述了矩阵电寻址铁电液晶(FLC)多信道透射型空间光调制器(SLM)的结构和运转特性,测量了器件的二进制相位调制的空间和时间特性。

液晶空间光调制器用于光学测量的研究

研究了利用液晶空间光调制器的相位调制特性进行光学测量的方法。测试美国BNS公司反射式256×256纯相位液晶空间光调制器,相位响应呈非线性。利用反插值法对非线性相位响应进行了校正,使非线性度缩小1/8,获得了该器件线性的相位响应曲线。利用液晶空间光调制器产生相息图,能够将PV值为0.78λ,均方根为0.13λ的不规则波面,调制成PV值为0.27λ,均方根为0.02λ的近似平面波。实验结果表明,液晶空间光调制器作为补偿器能够应用于任意光学表面的测量。