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液晶空间光调制器的波前变换研究

作　者: 曲建奇
导　师: 张健
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 液晶空间光调制器纯相位调制波前变换相位恢复
分类号: TN761
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

液晶空间光调制器具有低成本、微功耗、可编程等优点,可对光束的相位、偏振态等信息进行一维或二维的实时空间调制,因此在现代光学、光电混合信息处理系统中的研究和应用越来越广泛。近年来,透射率可达100%的纯相位调制技术和根据特定的需求而改变入射光波前特性分布的波前变换技术也得到了蓬勃发展,它们在光束敏捷控制、激光扫描、目标搜索和追踪等领域都具有重要的研究和应用前景。本文从相干光波波前变换概念出发,研究液晶空间光调制器波前变换的原理。首先利用光在液晶中的双折射效应以及泰曼-格林干涉原理,建立了用于测量空间光调制器相位特性的实验系统,并针对美国BNS(Boulder Nonlinear Systems)公司的256×256像素的液晶空间光调制器的相移特性进行了测量,绘制出其相移特性曲线。结果表明,该器件在驱动灰度值为60~200时,相位调制特性的线性度较好,而灰度值大于200时,器件不稳定性变化程度突然加剧,因此在实际应用中应保持驱动灰度小于200。同时根据夫朗和费衍射理论和纯相位调制原理,利用由伪随机相位编码技术优化相位恢复算法,得到GS(Gerchberg-Saxton)改进算法,从而解决了原始算法对初值敏感的问题,且提高收敛速度。最后,利用美国BNS公司的256×256像素的液晶空间光调制器作为光学衍射元件,进行了相干平面波波前任意变换的实验,得到的衍射图形细致、逼真,亮点强度均匀性良好,强度偏差度小于8%,而且图形发生时间小于150ms,实验结果验证了GS改进算法的快速收敛性和纯相位液晶空间光调制器实现光波波前变换的可行性。本文得到的结论,为相干平面波的波前变换提供了方法和依据,对于在光束变换和控制、目标搜索、跟踪等方面的研究具有理论意义。同时空间光调制器性能的测试方法对于光学调制器件性能的测试具有参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 液晶空间光调制器的发展与应用  10-11
    1.2.2 纯相位调制技术的发展与研究现状  11-12
    1.2.3 相位恢复算法的发展现状  12-14
  1.3 课题主要研究内容  14-15
第2章液晶空间光调制器工作原理  15-24
  2.1 液晶及液晶材料的特性  15-17
    2.1.1 液晶的结构  15-16
    2.1.2 液晶盒对分子指向矢的作用  16-17
    2.1.3 液晶的电光效应  17
  2.2 液晶的电控双折射效应  17-19
  2.3 液晶空间光调制器  19-20
  2.4 液晶空间光调制器的相位调制原理  20-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章液晶空间光调制器的相位调制特性  24-37
  3.1 偏振光的干涉  24-27
    3.1.1 偏振光干涉的概念  24-26
    3.1.2 泰曼－格林干涉仪  26-27
  3.2 实验光路设计及原理  27-29
  3.3 空间光调制器的光轴  29-30
  3.4 相位调制特性测量实验  30-36
    3.4.1 数据处理方法  30-32
    3.4.2 实验过程  32-34
    3.4.3 实验结论  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章基于液晶空间光调制器的波前变换  37-51
  4.1 光的标量衍射理论  37-41
    4.1.1 光波的数学描述  37-38
    4.1.2 夫朗和费衍射  38-41
  4.2 纯相位调制原理  41-44
  4.3 相位恢复算法  44-50
    4.3.1 算法分析  44-45
    4.3.2 伪随机相位编码技术  45-47
    4.3.3 改进的GS算法  47-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章相干平面波波前任意变换的实现  51-54
  5.1 相干平面波波前任意变换实验  51-52
  5.2 实验结果分析  52-53
  5.3 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-59
附录  59-75
致谢  75

液晶空间光调制器的波前变换研究

内容摘要

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