專利名稱：基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大氣光學(xué)及自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域，涉及基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置，可用于激光在大氣或液體等湍流介質(zhì)中傳輸特性實(shí)驗(yàn)仿真研究等。
背景技術(shù)：
隨著大氣光學(xué)、光通信等技術(shù)的不斷發(fā)展，大氣湍流對光傳輸所引起的光學(xué)效應(yīng)受到人們越來越廣泛的關(guān)注。當(dāng)激光在大氣中傳輸時(shí)，大氣湍流引起的相位隨機(jī)起伏對光的傳輸造成了很大擾動，極大地影響了光電系統(tǒng)整體工作特性。因此有必要開展針對性的研究，進(jìn)一步分析大氣湍流對光電系統(tǒng)的影響因素，從中發(fā)現(xiàn)一些有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象，進(jìn)一步為一些重要的光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供重要的參考數(shù)據(jù)。針對上述研究工作，目前已考慮的一種途徑是開展現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，但由于大氣光學(xué)的一些特點(diǎn)，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本高并且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以采集，實(shí)驗(yàn)條件難以重復(fù)確認(rèn)，因而沒有被廣泛采用。另一種途徑是通過氣體、液體以及基于微加工技術(shù)的相位屏來模擬大氣湍流。其中，氣體和液體方法是利用其本身對流形成的，原理簡單，但具有重復(fù)性差、難散熱、強(qiáng)度不易于控制等缺點(diǎn)；而基于微加工技術(shù)的相位屏則是將湍流的相位畸變刻蝕在玻璃基板上，在試驗(yàn)中一般通過旋轉(zhuǎn)相位屏來模擬大氣湍流特點(diǎn)，其固有的缺點(diǎn)是相位變化固定，旋轉(zhuǎn)波面具有周期性，這也與實(shí)際情況的差距較大。此外，有人也提出了一種途徑，即利用液晶優(yōu)異的電光特性來模擬大氣湍流，一般采用改變電壓來控制液晶的折射率。由于液晶光調(diào)制器結(jié)構(gòu)具有可編程驅(qū)動、與集成電路匹配、成本低、可動態(tài)調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)，可能會成為湍流特征模擬器未來的技術(shù)發(fā)展趨勢之一。 國際上已有多家單位都開展了這方面的研究工作，例如，美國海軍實(shí)驗(yàn)室的ChristopherC. Wilcox 等[Christopher C. Wilcox et al. . New developments inliquid crystals [Μ]. htech，2009，71 92，中國長春光機(jī)所胡立發(fā)等Lifa Hu et al. . A liquid crystal atmospheric turbulencesimulator[J]. OPTICS EXPRESS,2006,14(25), 11911 11918， 都成功了實(shí)現(xiàn)利用液晶空間光調(diào)制器來模擬大氣湍流。但上述研究工作中，目前所利用液晶空間光調(diào)制器來模擬大氣湍流都是使用傳統(tǒng)的電尋址方法，即一對相鄰的行電極和一對相鄰的列電極之間的區(qū)域構(gòu)成像素。電尋址是通過條狀電極來傳遞信息的，電極尺寸的減少有一個(gè)限度，所以像素尺寸也有限度，即有一個(gè)分辨率極限，并且由于電極本身不透明， 所以像素的有效通光面積與像素總面積之比即開口率較低，對實(shí)際結(jié)果也有一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置，該裝置可以克服分辨率極限，形成折射率連續(xù)動態(tài)可調(diào)的湍流模擬裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括寫入光和讀出光，沿寫入光方向依次是偏振片、薄膜場效應(yīng)晶體管(Thin Film Transistor，簡稱為TFT)液晶屏、薄透鏡、光尋址液晶空間光調(diào)制器和分光片，所述的讀出光是由分光片入射的，所述的分光片與所述的讀出光光束成45°，計(jì)算機(jī)經(jīng)驅(qū)動模塊與所述的TFT液晶屏相連，其中偏振片、TFT液晶屏、驅(qū)動模塊、計(jì)算機(jī)、薄透鏡構(gòu)成了寫入光裝置，所述的TFT液晶屏的結(jié)構(gòu)依次是第一玻璃基板、第一透明導(dǎo)電膜、黑矩陣、第一液晶取向?qū)印⒁壕?、第二液晶取向?qū)?、第二透明?dǎo)電膜、TFT陣列、第二玻璃基板，一穩(wěn)壓交流電源接在所述的第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜上，由計(jì)算機(jī)經(jīng)驅(qū)動模塊控制驅(qū)動TFT液晶屏的相位變化， 對所述的寫入光進(jìn)行調(diào)制；所述的光尋址液晶空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)依次是第一玻璃基板、第一透明導(dǎo)電膜、 光敏層、隔光層、多層介質(zhì)膜反射鏡、第一液晶取向?qū)印⒁壕?、第二液晶取向?qū)?、第二透明?dǎo)電膜和第二玻璃基板，一穩(wěn)壓交流電源接在第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜上；所述的薄透鏡的位置能將所述的TFT液晶屏的液晶層平面成像在所述的光尋址液晶空間光調(diào)制器的光敏層上，由光敏層接收被所述的TFT液晶屏的液晶層相位變化調(diào)制后的寫入光，使所述的光敏層的電阻產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而改變所述的液晶層的電壓，使所述的液晶層實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)液晶的分子排列而寫入相關(guān)的相位信息，進(jìn)而對輸出光進(jìn)行調(diào)制，使經(jīng)所述的分光片反射輸出具有所述的相位信息的輸出光。所述的輸出光是由讀出光透過所述的分光片、所述的光尋址液晶空間光調(diào)制器的第二玻璃基板、第二透明導(dǎo)電膜、第二液晶取向?qū)印⒁壕?、第一液晶取向?qū)又炼鄬咏橘|(zhì)膜反射鏡而被多層介質(zhì)膜反射鏡反射后又經(jīng)第一液晶取向?qū)印⒁壕?、第二液晶取向?qū)印⒌诙该鲗?dǎo)電膜和第二玻璃基板再射向分光片，被該分光片反射輸出的光。所述的TFT液晶屏的相位變化是由計(jì)算機(jī)湍流波前的計(jì)算軟件根據(jù)大氣湍流的 Kolmogorov模型與大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2，利用譜反演法產(chǎn)生的隨機(jī)位相分布。隔光層用來隔離寫入光與輸出光，防止串?dāng)_，多層介質(zhì)膜反射鏡用于反射輸出光。所述的計(jì)算機(jī)(4)配有湍流波前的控制軟件，其硬件的基本配置要優(yōu)于 CPU2. OG,內(nèi)存 512M，硬盤 60G。所述的湍流控制軟件是采用譜反演法，我們首先推導(dǎo)相位屏S的二維頻譜Fs與折射率的空間譜密度Φ 的關(guān)系，然后利用Kolm0g0r0v模型得到Fs的具體表達(dá)式，最后用此功率譜對一高斯隨機(jī)數(shù)矩陣濾波并進(jìn)行逆傅里葉變換得到相位屏的空間分布。在三維坐標(biāo)空間中，對于隨機(jī)函數(shù)f、相關(guān)函數(shù)~和三維空間譜密度巧W的關(guān)系為傅里葉變換BfCr1 - r2) = \\\φ( (K)e,K'{r^]dK其中K為三維空間波數(shù)，Kx = 2 π /χ, Ky = 2 π /y, Kz = 2 π /ζ,當(dāng) r2 位于 ζ = const的平面內(nèi)，我們用P1, 口2表示，有Bf(p, -P2) = 2n\^f(K, Kz = 0)elK'(Pj'P2)d2K一個(gè)相位屏內(nèi)的相位相關(guān)函數(shù)Bs與該相位屏所代表的平板內(nèi)的折射率相關(guān)函數(shù)的關(guān)系為Bs(P1-P2) = κ2 / / ( P 1； z) Ii1 (p 2, z' )>dzdz'其中κ =2π/λ，相位屏內(nèi)的相位相關(guān)函數(shù)Bs與其三維空間相關(guān)函數(shù)~的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置，特征在于其構(gòu)成包括寫入光和讀出光，沿寫入光方向依次是偏振片(1)、TFT液晶屏O)、薄透鏡(5)、光尋址液晶空間光調(diào)制器(6)和分光片(7)，所述的讀出光是由分光片(7)入射的，所述的分光片(7)與所述的讀出光光束成45°，計(jì)算機(jī)(4)經(jīng)驅(qū)動模塊C3)與所述的TFT液晶屏( 相連，其中偏振片 (1)、TFT液晶屏O)、驅(qū)動模塊(3)、計(jì)算機(jī)0)、薄透鏡(5)構(gòu)成了寫入光裝置，所述的TFT 液晶屏O)的結(jié)構(gòu)依次是第一玻璃基板(21)、第一透明導(dǎo)電膜(22)、黑矩陣(23)、第一液晶取向?qū)?M)、液晶層(25)、第二液晶取向?qū)? )、第二透明導(dǎo)電膜(27)、TFT陣列(28), 第二玻璃基板( )，一穩(wěn)壓交流電源接在所述的第一透明導(dǎo)電膜0 和第二透明導(dǎo)電膜 (27)上，由計(jì)算機(jī)⑷經(jīng)驅(qū)動模塊(3)控制驅(qū)動TFT液晶屏⑵的相位變化，對所述的寫入光進(jìn)行調(diào)制；所述的光尋址液晶空間光調(diào)制器(6)的結(jié)構(gòu)依次是第一玻璃基板(61)、第一透明導(dǎo)電膜(62)、光敏層(63)、隔光層(64)、多層介質(zhì)膜反射鏡(65)、第一液晶取向?qū)?66)、液晶層(67)、第二液晶取向?qū)?68)、第二透明導(dǎo)電膜(69)和第二玻璃基板(610)，一穩(wěn)壓交流電源電源接在第一透明導(dǎo)電膜(62)和第二透明導(dǎo)電膜(69)上；所述的薄透鏡(5)的位置能將所述的TFT液晶屏O)的液晶層(67)平面成像在所述的光尋址液晶空間光調(diào)制器(6)的光敏層(63)上，由光敏層(63)接收被所述的TFT液晶屏O)的液晶層(67)相位變化調(diào)制后的寫入光，使所述的光敏層(6 的電阻產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而改變所述的液晶層(67)的電壓，使所述的液晶層(67)實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)液晶的分子排列而寫入相關(guān)的相位信息，進(jìn)而對輸出光進(jìn)行調(diào)制，使經(jīng)所述的分光片(7)輸出具有所述的相位信息的輸出光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置，特征在于其所述的輸出光是由讀出光透過所述的分光片(7)、所述的光尋址液晶空間光調(diào)制器(6)的第二玻璃基板(610)、第二透明導(dǎo)電膜(69)、第二液晶取向?qū)?68)、液晶層(67)、第一液晶取向?qū)?66)至多層介質(zhì)膜反射鏡(65)而被多層介質(zhì)膜反射鏡(65)反射后又經(jīng)第一液晶取向?qū)?66)、液晶層(67)、第二液晶取向?qū)?68)、第二透明導(dǎo)電膜(69)和第二玻璃基板 (610)再射向分光片(7)，被該分光片(7)反射輸出的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置，其特征在于所述的TFT液晶屏O)的相位變化是由計(jì)算機(jī)(4)湍流波前的計(jì)算軟件根據(jù)大氣湍流的 Kolm0g0r0v模型與大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)C二利用譜反演法產(chǎn)生的隨機(jī)位相分布。
全文摘要
一種基于光尋址液晶空間光調(diào)制器的湍流模擬裝置，其構(gòu)成包括寫入光和讀出光，沿寫入光方向依次是偏振片、TFT液晶屏、薄透鏡、光尋址液晶空間光調(diào)制器和分光片，所述的讀出光是由分光片入射的，所述的分光片與所述的讀出光光束成45°，計(jì)算機(jī)經(jīng)驅(qū)動模塊與所述的TFT液晶屏相連，由計(jì)算機(jī)經(jīng)驅(qū)動模塊控制驅(qū)動TFT液晶屏的相位變化，對所述的寫入光進(jìn)行調(diào)制。本發(fā)明裝置克服了普通電尋址液晶湍流模擬裝置的分辨率限制、開口率較低等問題，同時(shí)也具有真實(shí)湍流的折射率連續(xù)分布等特點(diǎn)。
文檔編號G02F1/1333GK102183354SQ20111004706
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者于國浩, 李響, 祖繼鋒, 鄒鵬, 黃大杰 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所