基于電光效應(yīng)的偏振調(diào)制與檢測研究.pdf

1、在利用光學(xué)方法測量參數(shù)的技術(shù)領(lǐng)域，特別在目標(biāo)識別與成像的應(yīng)用中，偏振光的調(diào)制和檢測擁有重大的實(shí)用價值。本論文對液晶和PLZT兩種材料的電光特性、液晶型光圓偏振調(diào)制器、雙液晶調(diào)制型偏振測量系統(tǒng)以及基于PLZT調(diào)制器的偏振圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和研究。從理論分析、實(shí)驗(yàn)測試、器件工藝及應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)等方面進(jìn)行了基于電光效應(yīng)的偏振調(diào)制穩(wěn)態(tài)控制、線性相位調(diào)制、雙頻調(diào)制、多相位點(diǎn)調(diào)制、偏振圖像重構(gòu)等技術(shù)研究，為進(jìn)一步開展偏振調(diào)制和偏振

2、檢測的研究奠定了基礎(chǔ)。 論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： a)、電光材料的選擇及其器件工藝的研究。材料的電光特性與器件工藝是設(shè)計(jì)偏振調(diào)制器的關(guān)鍵技術(shù)，也是偏振調(diào)制研究中的重要內(nèi)容。作者對可以獲得的各種電光材料的特性進(jìn)行了比較與分析，并選擇出適合設(shè)計(jì)應(yīng)用的兩種材料：液晶與PLZT。本文對以上兩種材料進(jìn)行了大量的電光特性測試研究。測試的目的有兩個：其一是考察實(shí)驗(yàn)中所能得到的電光特性是否與材料的理論特性相一致，以便對于不一致的

3、部分在應(yīng)用設(shè)計(jì)中進(jìn)行補(bǔ)償；其二是在所測量的特性曲線中尋找工作點(diǎn)的調(diào)制規(guī)律，然后根據(jù)這些規(guī)律設(shè)計(jì)器件或系統(tǒng)的調(diào)制方案。同時，本文對這兩種材料的器件工藝進(jìn)行了探索與嘗試。研究結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)并制作的器件其電光調(diào)制特性完全符合設(shè)計(jì)要求。 b)、液晶型光圓偏振調(diào)制器的研究。利用液晶材料制成的調(diào)制器其最大優(yōu)點(diǎn)是工作點(diǎn)非常穩(wěn)定。在對液晶材料的特性進(jìn)行了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)研究之后，對多種結(jié)構(gòu)和不同參數(shù)設(shè)計(jì)的液晶調(diào)制器進(jìn)行了測試與比較。所設(shè)計(jì)的調(diào)制器最具

4、有特色之處是，利用反饋控制的方法，將工作點(diǎn)快速穩(wěn)定地收斂在兩個圓偏振態(tài)之一的輸出狀態(tài)上。同時，根據(jù)所制作的調(diào)制器特性，設(shè)計(jì)了可適用于多波長條件且輸出光的圓偏振度高達(dá)99.9％的液晶型光圓偏振調(diào)制器。該系統(tǒng)的研究包括：液晶調(diào)制器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、反饋控制電路以及相應(yīng)的控制軟件。經(jīng)測試，液晶型圓偏振調(diào)制器的驅(qū)動電壓小于10v，響應(yīng)速度約25ms。系統(tǒng)的特色還在于對不同波長的入射光源能自動尋找左圓和右圓兩個光圓偏振工作點(diǎn)，并穩(wěn)定在這兩個工作點(diǎn)。

5、 c)、雙液晶調(diào)制型偏振參數(shù)測量系統(tǒng)的研究。測量的基本原理是，探測被調(diào)制的入射光信號，由此檢測出原信號攜帶的偏振參數(shù)。根據(jù)這一理論，本文設(shè)計(jì)并制作了一個以雙液晶調(diào)制器為核心，以DSP芯片為處理器的偏振參數(shù)測量系統(tǒng)。根據(jù)Jones矩陣描述，我們設(shè)計(jì)了能夠測量完全偏振光的光路結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上本文詳細(xì)研究了雙液晶調(diào)制器的工作模式，并提出了一個調(diào)制方案，使得兩個液晶調(diào)制器工作在各自不同的驅(qū)動信號下，從而實(shí)現(xiàn)對電路噪聲的抑制。通過仿真，證

6、實(shí)了該方案的可行性，同時根據(jù)仿真模型確定出了兩個驅(qū)動信號的實(shí)際工作參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該測量系統(tǒng)對于相位、方位角以及傾斜角的測量的誤差分別小于0.17度、0.27度和0.31度，滿足偏振態(tài)參數(shù)測量的精度要求。 d)、基于PLZT的偏振圖像測量系統(tǒng)的研究。在(b)、(c)兩項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，本文將對點(diǎn)的偏振調(diào)制和偏振測量研究進(jìn)行了整合并擴(kuò)展為對圖像的偏振調(diào)制與偏振測量，最后，進(jìn)一步地拓寬為全部偏振態(tài)的測量。利用PLZT材料的極化方向

7、隨電場方向變化這一性質(zhì)，我們設(shè)計(jì)了交叉式電極的偏振調(diào)制器，討論了在不同的偏振參數(shù)描述方式下的調(diào)制測量方法，并根據(jù)材料固有的特性設(shè)計(jì)了多相位點(diǎn)調(diào)制的工作模式?；谶@些設(shè)計(jì)，本文完成了PLZT材料電光調(diào)制器的工藝制作，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA芯片的偏振測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以直接向VGA接口的顯示器輸出偏振參數(shù)圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)制作的偏振圖像采集系統(tǒng)以及交叉電極式PLZT調(diào)制器能夠可靠地獲取偏振參數(shù)圖像。另外，與原有的偏振度圖像相比，