相位型液晶空間光調(diào)制器特性測試方法及波前校正研究.pdf

1、按照現(xiàn)代光學(xué)衍射理論，光波的二維波前決定了光波傳輸進(jìn)程中的三維波場，由于波場的主要特征體現(xiàn)在波前的相位上，因此對波前的相位控制在現(xiàn)代光學(xué)信息處理中尤為重要。液晶空間光調(diào)制器，與變形鏡相比具有空間分辨率高、成本低、體積小、重量輕、功耗低的優(yōu)勢，近年來在波前控制和波前校正中的應(yīng)用日益受到重視。
　　隨著對波前控制器件性能和精度要求的提高，對液晶空間光調(diào)制器自身特性的測試與評價也成為重要研究課題。目前國內(nèi)外研究者主要采用傳統(tǒng)干涉方法對器

2、件進(jìn)行測試，問題在于傳統(tǒng)的測量方法只能滿足單參數(shù)測量需求，要測量多個參數(shù)，就需要多次搭建實(shí)驗(yàn)裝置，使得操作復(fù)雜，并會引入額外的測量誤差。為了突破傳統(tǒng)測量方法的局限性，本文著重研究相位型液晶空間光調(diào)制器多參數(shù)測試和評價方法。
　　針對液晶器件固有的非線性相位響應(yīng)與靜態(tài)誤差會降低器件波前控制的精度這一問題，本文研究相位非線性與靜態(tài)誤差補(bǔ)償方法，提高對器件的線性驅(qū)動能力和波前控制精度。在對器件進(jìn)行測試與誤差補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，搭建基于液晶空間

3、光調(diào)制器靜態(tài)波前校正實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)一步探索該器件用于高精度、高分辨波前校正的可行性和有效性。
　　論文主要完成以下幾方面工作：
　　1．根據(jù)瓊斯矩陣分析，建立了反射式平行排列向列相液晶盒強(qiáng)度反射率與相位延遲的數(shù)學(xué)模型，分析兩個參數(shù)與入射光及出射光偏振角之間的依賴關(guān)系，得到實(shí)現(xiàn)純相位調(diào)制和相位與強(qiáng)度共同調(diào)制模式的必要條件，為器件多參數(shù)測試方法的研究提供理論依據(jù)。
　　2．針對傳統(tǒng)干涉方法無法滿足多參數(shù)測試的要求，研究基于泰

4、曼-格林干涉原理的多參數(shù)測試方法。該方法將條紋移動法與偏振干涉法融合到一個實(shí)驗(yàn)裝置中，通過引入雙成像系統(tǒng)，獲取相位信息與強(qiáng)度信息，實(shí)現(xiàn)在同一測試裝置上對液晶空間光調(diào)制器的多參數(shù)測試和評價。
　　3．針對液晶空間光調(diào)制器固有的非線性相位響應(yīng)特性，本文提出最小二乘擬合反插值相位非線性補(bǔ)償法，通過對測量數(shù)據(jù)的最小二乘擬合，對相位進(jìn)行細(xì)分，建立插值節(jié)點(diǎn)，濾除測量誤差對算法的干擾；通過反插值算法建立線性查找表，提高對器件的線性驅(qū)動能力。基于

5、相位共軛原理和測量數(shù)據(jù)的邊界定義，利用液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制能力補(bǔ)償自身固有的靜態(tài)誤差，使波前誤差的均方根（RMS）值由補(bǔ)償前的λ/8減小到補(bǔ)償后的λ/50，提高了器件的波前控制精度。
　　4．搭建基于液晶空間光調(diào)制器靜態(tài)波前校正實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。利用 Zernike多項(xiàng)式對初級波像差進(jìn)行模擬，驗(yàn)證該器件對各種波像差的模擬與校正能力，探索提高光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的新途徑。通過對任意波前畸變閉環(huán)校正，使峰谷（PV）值大于一個波長的波前逼近標(biāo)