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一種基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及液晶型光學(xué)器件相位檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，將移相干涉技術(shù)與相位共軛技術(shù)相結(jié)合，并在移相干涉技術(shù)中將入射光正交偏振分解為一路移相參考臂和一路信號臂從而共光路入射進(jìn)入液晶光學(xué)器件進(jìn)行液晶調(diào)制相位的檢測。本發(fā)明首次將正交移相共軛干涉儀的方法用于液晶型光學(xué)器件的相位檢測，并結(jié)合移相干涉技術(shù)復(fù)原液晶的調(diào)制相位，明顯優(yōu)于一般的調(diào)制相位恢復(fù)的方法。
【專利說明】一種基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶型光學(xué)器件相位檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在液晶的眾多特性中，液晶電控雙折射效應(yīng)是非常重要的一個特征。電控雙折射效應(yīng)可在液晶分子長軸方向?qū)θ肷淦窆庀辔贿M(jìn)行控制，利用此性質(zhì)可將液晶用于顯示、光通訊、光信息處理以及波前校正、光學(xué)相控陣等方面。其具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使得可應(yīng)用光譜范圍寬、調(diào)諧電壓低、雙折射率連續(xù)可調(diào)、損耗低、重復(fù)性好、用液晶制作各種器件體積小且成本較低。因此國內(nèi)外學(xué)者基于液晶的電控雙折射特性研制并制備了多種液晶光學(xué)器件，如液晶空間光調(diào)制器、液晶相位延遲器、液晶透鏡、液晶光柵等器件。此類光學(xué)器件的快速發(fā)展使自適應(yīng)光學(xué)、空間光通訊等系統(tǒng)的小型化、低成本化成為可能。然而該類液晶光學(xué)器件的光學(xué)相位調(diào)制準(zhǔn)確性是其有效應(yīng)用的關(guān)鍵，受測量方法的限制，其相位調(diào)制性能很難準(zhǔn)確測量與標(biāo)定，所以針對液晶光學(xué)器件相位調(diào)制性能的檢測是器件研制過程中一個極為重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0003]目前對于液晶空間光調(diào)制器和液晶透鏡器件，可采用雙縫干涉法和Mach-Zehnder干涉儀進(jìn)行測量，但這兩種方法各有一定局限性。利用雙縫干涉，一次只能測量在雙縫中的一條縫所處位置的相位調(diào)制情況，而難以對整個液晶面上的情況進(jìn)行測量。Mach-Zehnder干涉儀則可以獲得整個平面的相位變化情況，但該干涉儀的信號臂和參考臂不共光路，因此對檢測裝置的穩(wěn)定性和采用光學(xué)元件的加工質(zhì)量均有較高的要求。使系統(tǒng)是共光路或準(zhǔn)共光路的，但相位恢復(fù)算法復(fù)雜、迭代運(yùn)算緩慢、檢測精度和速度低，共光路的徑向剪切干涉法、橫向剪切干涉法、徑向剪切干涉儀的方案就是這類方法的幾種典型代表。而基于共軛移相的干涉技術(shù)由于為Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)，檢測系統(tǒng)同樣面臨外界環(huán)境干擾的這一問題。這些方法一般相位恢復(fù)算法復(fù)雜、抗振性能能力差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，在移相干涉技術(shù)中將入射光正交偏振分解為一路移相參考臂和一路信號臂從而共光路入射進(jìn)入液晶光學(xué)器件進(jìn)行液晶調(diào)制相位的檢測，并采用共軛光學(xué)系統(tǒng)將液晶光學(xué)器件出射端與面陣探測器成相面共軛。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，偏振方向由半波片控制的線偏振激光器發(fā)出的激光，經(jīng)偏振分光棱鏡分束，透射出P光和S光，所述透射的P光經(jīng)快軸與X軸夾角為45°的第一 1/4波片后為左旋圓偏振光，經(jīng)反射鏡反射回第一 1/4波片后為s光，再次經(jīng)所述偏振分光棱鏡后反射出的該路光束為信號臂；所述透射的s光經(jīng)快軸與X軸夾角為45°的第二1/4波片后，壓電陶瓷反射鏡反射并再次穿過第二 1/4波片后成為P光，透射過所述偏振分光棱鏡后該路光束為參考臂。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述參考臂上的壓電陶瓷反射鏡產(chǎn)生精確的亞微米級的移動，從而在兩個臂上產(chǎn)生正交線偏振的相移。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對于透射式液晶光學(xué)器件的檢測，讓液晶分子長軸方向或偏振方向與s光偏振方向平行，當(dāng)液晶驅(qū)動器施加電壓給透射式液晶光學(xué)器件后，液晶分子長軸將沿電場方向轉(zhuǎn)動，從而在入射s光上引入附加相移，而對于入射到所述透射式液晶光學(xué)器件的P光則不會引入附加相移，由此實(shí)現(xiàn)了正交偏振信號光與參考光的非等效的相位調(diào)制。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對于強(qiáng)衍射器件，采用共軛光學(xué)系統(tǒng)將透射式液晶光學(xué)器件出射端與面陣探測器成相面共軛，使從透射式液晶光學(xué)器件出射端衍射的各級光束經(jīng)所述共軛光學(xué)系統(tǒng)后再次在面陣探測器感光面上復(fù)現(xiàn)，而對于沒有相位調(diào)制的P偏振光，同樣經(jīng)過所述共軛光學(xué)系統(tǒng)后入射到面陣探測器感光面上，在面陣探測器前設(shè)置偏振方向與X軸成一定夾角的檢偏器，從而使s光和P光在檢偏器起偏方向上實(shí)現(xiàn)干涉,面陣探測器對該干涉條紋進(jìn)行采集，利用移相干涉技術(shù)可復(fù)原液晶的調(diào)制相位。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對于反射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測，與透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測的不同之處在于:在所述反射式液晶光學(xué)器件前面放入分束器。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，為提高干涉圖提取效果，對所述分束器入射面鍍增透膜，所述分束器透射面為分光膜。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、本發(fā)明首次將正交移相共軛干涉儀的方法用于液晶型光學(xué)器件的相位檢測，相對于現(xiàn)有液晶光學(xué)器件相位檢測的抗干擾能力差、檢測通用性不強(qiáng)及相位恢復(fù)算法復(fù)雜等不足，本發(fā)明不僅具有相當(dāng)高的精度和計算速度，而且又具有移相干涉儀相位恢復(fù)算法的簡單、高效，整個測試系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，且易于實(shí)現(xiàn)高分辨的干涉條紋采集等優(yōu)點(diǎn)。
[0015]2、本發(fā)明結(jié)合移相干涉技術(shù)可簡單、高效復(fù)原液晶的調(diào)制相位。本調(diào)制相位恢復(fù)算法具有移相干涉儀相位恢復(fù)算法的簡單、高效，且易于實(shí)現(xiàn)高分辨率的干涉條紋采集等特點(diǎn)。
[0016]3、本發(fā)明基于正交移相共軛干涉儀的液晶光學(xué)器件調(diào)制相位檢測方法更為實(shí)用，將移相干涉以及相位共軛技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行，并在移相干涉技術(shù)中將入射光正交偏振分解為一路移相參考臂和一路信號臂從而共光路入射進(jìn)入液晶光學(xué)器件進(jìn)行液晶調(diào)制相位的檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)基于Mach-Zehnder干涉儀的液晶光柵調(diào)制相位檢測方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖2是本發(fā)明的基于透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[0019]圖3是本發(fā)明的基于反射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
[0020]圖中標(biāo)記:1一線偏振激光器，2—激光擴(kuò)束鏡子,3—半波片,4一偏振分光棱鏡，5一壓電陶瓷反射鏡，6—第二 1/4波片，7一第一 1/4波片，8—反射鏡，9一液晶驅(qū)動器，10一反射式液晶光學(xué)器件，11一共軛光學(xué)系統(tǒng)，12一檢偏器,13一面陣探測器,14一分束器,15一激光器，16—接地平面，17 — 1-D電極,18—液晶薄膜，19—反射鏡一,20—分束器一,21—液晶光學(xué)器件，22一分束器二, 23一壓電式反射鏡,24一圖像透鏡,25一交換透鏡,26一遠(yuǎn)場CCD，27—圖像 CCD。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本發(fā)明公開了一種用于液晶光學(xué)器件(LC-OD)相位檢測的新方法，該方法以正交共軛干涉儀為主要測試光路，用偏矩陣光學(xué)相關(guān)運(yùn)算方法對測試系統(tǒng)輸出干涉圖樣進(jìn)行相位提取，調(diào)制相位恢復(fù)算法在處理干涉圖像方面，不僅具有相當(dāng)高的精度和計算速度，而且又具有移相干涉儀相位恢復(fù)算法的簡單、高效，整個測試系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，且易于實(shí)現(xiàn)高分辨的干涉條紋采集等優(yōu)點(diǎn)。對現(xiàn)有液晶光學(xué)器件相位檢測的抗干擾能力差、檢測通用性不強(qiáng)及相位恢復(fù)算法復(fù)雜等不足。本發(fā)明的測量系統(tǒng)包含有光學(xué)測量裝置、測量目標(biāo)和信號處理部分，光學(xué)測量裝置是本發(fā)明的核心部分。
[0024]透射式液晶光學(xué)器件相位檢測裝置組成如附圖2，由線偏振激光器1，激光擴(kuò)束鏡子2，半波片3，偏振分光棱鏡4，壓電陶瓷5，第二 1/4波片6，第一 1/4波片7，反射鏡8，液晶驅(qū)動器9，透射式液晶光學(xué)器件10，共軛光學(xué)系統(tǒng)11，檢偏器12和面陣探測器13組成。其中，采用1064nm的線偏振激光器I，偏振分光棱鏡4消光比為最大透過光強(qiáng)與最小透過光強(qiáng)之比為單波長>500:1，寬帶>100:1。
[0025]對于透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測，本發(fā)明的光路系統(tǒng)部分工作原理為，偏振方向由半波片3控制的線偏振激光器I發(fā)出的激光，經(jīng)偏振分光棱鏡4分束,透射的P光經(jīng)快軸與X軸夾角為45°的第一 1/4波片7后為左旋圓偏振光，經(jīng)反射鏡8反射回第一1/4波片7后為s光，再次經(jīng)偏振分光棱鏡4后反射出，該路光束為信號臂；另一路由偏振分光棱鏡4反射的s光同樣經(jīng)快軸與X軸夾角為45°的第二 1/4波片6后，壓電陶瓷反射鏡5反射并再次穿過第二 1/4波片6后成為P光，透射過偏振分光棱鏡4，該路光束為參考臂。其中，壓電陶瓷驅(qū)動器采用高精度閉環(huán)壓電陶瓷驅(qū)動器。參考臂上的壓電陶瓷反射鏡5產(chǎn)生較精確的亞微米級的移動，從而在兩個臂上產(chǎn)生正交線偏振的相移。對于透射液晶光學(xué)器件10 (根據(jù)液晶雙折射效應(yīng))，讓液晶分子長軸方向或偏振方向與s光偏振方向平行，當(dāng)液晶驅(qū)動器9施加電壓給透射式液晶光學(xué)器件10后，液晶分子長軸將沿電場方向轉(zhuǎn)動，從而在入射s光上引入附加相移，而對于入射到液晶光學(xué)器件的P光則不會引入附加相移，由此實(shí)現(xiàn)了正交偏振信號光與參考光的非等效的相位調(diào)制。對于如液晶光柵等強(qiáng)衍射器件，采用共軛光學(xué)系統(tǒng)11將透射式液晶光學(xué)器件10出射端與面陣探測器13成相面共軛，使從出射端衍射的各級光束經(jīng)該光學(xué)系統(tǒng)后再次在面陣探測器感光面上復(fù)現(xiàn)，而對于沒有相位調(diào)制的P偏振光，同樣經(jīng)過該光學(xué)系統(tǒng)后入射到面陣探測器13感光面上，在面陣探測器13前密接偏振方向與X軸成一定夾角的檢偏器12,從而使s光和P光在檢偏器12起偏方向上實(shí)現(xiàn)干涉，面陣探測器13對該干涉條紋進(jìn)行采集，利用移相干涉技術(shù)可復(fù)原液晶的調(diào)制相位。
[0026]對于反射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測，如附圖3所示，本發(fā)明的光路系統(tǒng)部分工作原理前面部分與透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測相同，只是在反射式液晶光學(xué)器件10前面放入分束器14，共軛光學(xué)系統(tǒng)11同樣使反射式液晶光學(xué)器件10出射端與面陣探測器13感光面共軛，為提高干涉圖提取效果，對分束器14入射面鍍增透膜，透射面為分光膜且增透膜要求s偏振和P偏振的透過率偏差要小。
[0027]面陣探測器獲取干涉條紋后，處理過程如下。液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位恢復(fù)算法由二部分組成:液晶層調(diào)制包裹相位恢復(fù)算法、解包裹算法和系統(tǒng)像差標(biāo)定。考慮在簡化檢測系統(tǒng)模型情形下(為簡單起見，只考慮透射型液晶光學(xué)器件為有波前調(diào)制的相位，而檢測系統(tǒng)其余部分為理想透鏡、棱鏡，面型為平面)，采用偏振矩陣光學(xué)來推導(dǎo)。
[0028]設(shè)入射光束的瓊斯矢量為
【權(quán)利要求】
1.一種基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，其特征在于，在移相干涉技術(shù)中將入射光正交偏振分解為一路移相參考臂和一路信號臂從而共光路入射進(jìn)入液晶光學(xué)器件進(jìn)行液晶調(diào)制相位的檢測，并采用共軛光學(xué)系統(tǒng)將液晶光學(xué)器件出射端與面陣探測器成相面共軛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，其特征在于，偏振方向由半波片控制的線偏振激光器發(fā)出的激光，經(jīng)偏振分光棱鏡分束，透射出P光和S光，所述透射的P光經(jīng)快軸與X軸夾角為45°的第一 1/4波片后為左旋圓偏振光，經(jīng)反射鏡反射回第一 1/4波片后為s光，再次經(jīng)所述偏振分光棱鏡后反射出的該路光束為所述信號臂；所述透射的s光經(jīng)快軸與X軸夾角為45°的第二 1/4波片后，壓電陶瓷反射鏡反射并再次穿過第二 1/4波片后成為P光，透射過所述偏振分光棱鏡后該路光束為所述參考臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，其特征在于，所述參考臂上的壓電陶瓷反射鏡產(chǎn)生精確的亞微米級的移動，從而在兩個臂上產(chǎn)生正交線偏振的相移。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，其特征在于，對于透射式液晶光學(xué)器件的檢測，讓液晶分子長軸方向或偏振方向與s光偏振方向平行，當(dāng)液晶驅(qū)動器施加電壓給透射式液晶光學(xué)器件后，液晶分子長軸將沿電場方向轉(zhuǎn)動，從而在入射S光上引入附加相移，而對于入射到所述透射式液晶光學(xué)器件的P光則不會引入附加相移，由此實(shí)現(xiàn)了正交偏振信號光與參考光的非等效的相位調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，其特征在于，對于強(qiáng)衍射器件，采用共軛光學(xué)系統(tǒng)將透射式液晶光學(xué)器件出射端與面陣探測器成相面共軛，使從透射式液晶光學(xué)器件出射端衍射的各級光束經(jīng)所述共軛光學(xué)系統(tǒng)后再次在面陣探測器感光面上復(fù)現(xiàn)，而對于沒有相位調(diào)制的P偏振光，同樣經(jīng)過所述共軛光學(xué)系統(tǒng)后入射到面陣探測器感光面上，在面陣探測器前設(shè)置偏振方向與X軸成一定夾角的檢偏器，從而使S光和P光在檢偏器起偏方向上實(shí)現(xiàn)干涉，面陣探測器對該干涉條紋進(jìn)行采集，利用移相干涉技術(shù)可復(fù)原液晶的調(diào)制相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，其特征在于，對于反射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測，與透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測的不同之處在于:在所述反射式液晶光學(xué)器件前面放入分束器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于正交移相共軛干涉儀方法的液晶型光學(xué)器件相位檢測方法，其特征在于，為提高干涉圖提取效果，對所述分束器入射面鍍增透膜，所述分束器透射面為分光膜。
【文檔編號】G01M11/02GK103837332SQ201410110901
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】楊若夫, 石明亮, 敖明武, 董洪舟, 楊春平 申請人:電子科技大學(xué)