大偏转角液晶光栅相位反演研究

发布时间：2017-12-19 22:33

  本文关键词：大偏转角液晶光栅相位反演研究　出处：《长江大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 液晶光栅 径向剪切干涉 波前重构 逆衍射 相位轮廓

【摘要】：液晶是一种在某温度范围之内兼有介于液体和晶体两种特性的物质,故液晶分子的排列结构并非跟晶体一样的坚固,液晶分子排列表现为柔软又很容易变形的特点,它的分子形状一般呈现为长棒形,具有光学各向异性和介电各向异性这两种特性。当在电场作用的情况下,液晶的特性会发生变化,会引发液晶的折射率发生变化。液晶光栅的基本原理是利用液晶折射率变化会导致相位差的改变以及偏转特性的改变。液晶光栅这种独特的电光效应是所有液晶光学器件的基本工作机制。光学相控阵技术是改变出射光的波前局部相位分布,使出射光在特定方向上产生彼此同相的相长干涉,得到在所需方向上一束高强度的光束。液晶光栅就是作为光学相控阵来实现出射光束的波前分布和光束灵活偏转。在卫星激光通信、激光雷达等通信系统中液晶光栅被广泛的应用,液晶光栅可以使激光束实现灵活的偏转控制,为通信系统发展瓶颈带来了很好的发展前景。在对激光束质量进行控制时,需要对液晶光栅相控阵的波前分布进行测试和分析出射光束波前畸变的情况。光束在近场时波前会出现畸变也就是偏离了理想波前的相位起伏,这是影响远场光束质量的决定性原因。在对激光参数进行诊断时,常用RMS值即波前每一点平均波前之差的均方根来表示波前畸变的大小。液晶光栅波前轮廓会发生剧烈的变化,要想准确的测量出液晶光栅的波前轮廓,了解波前分布误差对液晶光栅性能和衍射光场分布的影响是很有必要的。液晶光栅加电后形成的相位轮廓是二元台阶形状,但在实际应用中很难得到理想的台阶形状,因此会对液晶光栅的性能造成大的影响。要使激光雷达、卫星通信等通讯系统的工作性能稳定,就需要对其近场波前特征进行测试,反演出器件的相位轮廓。本论文用+1级的衍射光场反演液晶光栅的相位轮廓,用Matlab进行仿真分析,研究由干涉条纹图反演大偏转角液晶光栅相位重构算法。在干涉计量术中,剪切干涉法是采用波面与其本身被错位后形成的波面相互重叠而产生干涉从而对光学元件、光学系统或变形波面进行检测的一种方法,可以用来相位恢复。根据波面错位的形式不同,可分为径向、横向、旋转和反转剪切四种形式。其中横向剪切干涉和径向剪切干涉这两种干涉法得到了较为广泛的研究和应用。径向剪切干涉技术就是将通过径向剪切干涉仪后的待测波前分别进行不同倍数的缩放后在相互重叠的区域内产生干涉,可以用得到的干涉条纹图恢复待测波前的相位分布。与斐索干涉、泰曼-格林干涉进行比较时,径向剪切干涉跟后者相比能测试大的口径范围,并且具有高精度和对环境扰动、机械振动不敏感的特点。本论文用Matlab模拟干涉条纹图,通过用径向剪切波面重构迭代算法来恢复待测波前。另外,可以根据径向剪切干涉波面的特点来得到波面迭代的重构算法,对计算点数、迭代次数、滤波窗大小不同的情况下进行仿真,分析重构的相位结果与重构精度。通过径向剪切干涉实验得到干涉条纹图,计算出条纹频谱图,验证载波频率越大,调制在载波上的干涉光场的零级光谱和一级光谱就会分得越开。运用标定的高精度平板面形精度来检验实验系统的测量精度。实测了液晶光栅的静态相位分布及偏转时的相位分布,验证了单一衍射级反演法可以实现大偏转角液晶光栅相位轮廓的测量。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O753.2

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