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(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及液晶型光學(xué)器件相位檢測(cè)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(cè)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(hào)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(cè)。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(cè)，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(cè)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(cè)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(cè)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(gè)特征。電控雙折射效應(yīng)可在液晶分子長(zhǎng)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(guó)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(cè)量方法的限制，其相位調(diào)制性能很難準(zhǔn)確測(cè)量與標(biāo)定，所以針對(duì)液晶光學(xué)器件相位調(diào)制性能的檢測(cè)是器件研制過程中一個(gè)極為重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0003]目前對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)整個(gè)液晶面上的情況進(jìn)行測(cè)量。Mach-Zehnder干涉儀則可以獲得整個(gè)平面的相位變化情況，但該干涉儀的信號(hào)臂和參考臂不共光路，因此對(duì)檢測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(hào)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(cè)，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(cè)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(hào)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(jí)的移動(dòng)，從而在兩個(gè)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(duì)于透射式液晶光學(xué)器件的檢測(cè)，讓液晶分子長(zhǎng)軸方向或偏振方向與s光偏振方向平行，當(dāng)液晶驅(qū)動(dòng)器施加電壓給透射式液晶光學(xué)器件后，液晶分子長(zhǎng)軸將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在入射s光上引入附加相移，而對(duì)于入射到所述透射式液晶光學(xué)器件的P光則不會(huì)引入附加相移，由此實(shí)現(xiàn)了正交偏振信號(hào)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(duì)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(cè)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(jí)光束經(jīng)所述共軛光學(xué)系統(tǒng)后再次在面陣探測(cè)器感光面上復(fù)現(xiàn)，而對(duì)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(cè)器感光面上，在面陣探測(cè)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(cè)器對(duì)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(duì)于反射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測(cè)，與透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測(cè)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(duì)所述分束器入射面鍍?cè)鐾改?，所述分束器透射面為分光膜?br> [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(cè)，相對(duì)于現(xiàn)有液晶光學(xué)器件相位檢測(cè)的抗干擾能力差、檢測(cè)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(jì)算速度，而且又具有移相干涉儀相位恢復(fù)算法的簡(jiǎn)單、高效，整個(gè)測(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)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(cè)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(hào)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(cè)。
【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(cè)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(cè)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(cè)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(dòng)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(cè)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(chǎng)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(duì)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(cè)的新方法，該方法以正交共軛干涉儀為主要測(cè)試光路，用偏矩陣光學(xué)相關(guān)運(yùn)算方法對(duì)測(cè)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(jì)算速度，而且又具有移相干涉儀相位恢復(fù)算法的簡(jiǎn)單、高效，整個(gè)測(cè)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(duì)現(xiàn)有液晶光學(xué)器件相位檢測(cè)的抗干擾能力差、檢測(cè)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(cè)量系統(tǒng)包含有光學(xué)測(cè)量裝置、測(cè)量目標(biāo)和信號(hào)處理部分，光學(xué)測(cè)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(cè)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(dòng)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(cè)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(zhǎng)>500:1，寬帶>100:1。
[0025]對(duì)于透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測(cè)，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(hào)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(dòng)器采用高精度閉環(huán)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(jí)的移動(dòng)，從而在兩個(gè)臂上產(chǎn)生正交線偏振的相移。對(duì)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(zhǎng)軸方向或偏振方向與s光偏振方向平行，當(dāng)液晶驅(qū)動(dòng)器9施加電壓給透射式液晶光學(xué)器件10后，液晶分子長(zhǎng)軸將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在入射s光上引入附加相移，而對(duì)于入射到液晶光學(xué)器件的P光則不會(huì)引入附加相移，由此實(shí)現(xiàn)了正交偏振信號(hào)光與參考光的非等效的相位調(diào)制。對(duì)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(cè)器13成相面共軛，使從出射端衍射的各級(jí)光束經(jīng)該光學(xué)系統(tǒng)后再次在面陣探測(cè)器感光面上復(fù)現(xiàn)，而對(duì)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(cè)器13感光面上，在面陣探測(cè)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(cè)器13對(duì)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(duì)于反射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測(cè)，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(cè)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(cè)器13感光面共軛，為提高干涉圖提取效果，對(duì)分束器14入射面鍍?cè)鐾改?，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(cè)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?？紤]在簡(jiǎn)化檢測(cè)系統(tǒng)模型情形下(為簡(jiǎn)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(cè)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(cè)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(hào)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(cè)，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(cè)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(cè)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(hào)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(cè)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(jí)的移動(dòng)，從而在兩個(gè)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(cè)方法，其特征在于，對(duì)于透射式液晶光學(xué)器件的檢測(cè)，讓液晶分子長(zhǎng)軸方向或偏振方向與s光偏振方向平行，當(dāng)液晶驅(qū)動(dòng)器施加電壓給透射式液晶光學(xué)器件后，液晶分子長(zhǎng)軸將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在入射S光上引入附加相移，而對(duì)于入射到所述透射式液晶光學(xué)器件的P光則不會(huì)引入附加相移，由此實(shí)現(xiàn)了正交偏振信號(hào)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(cè)方法，其特征在于，對(duì)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(cè)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(jí)光束經(jīng)所述共軛光學(xué)系統(tǒng)后再次在面陣探測(cè)器感光面上復(fù)現(xiàn)，而對(duì)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(cè)器感光面上，在面陣探測(cè)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(cè)器對(duì)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(cè)方法，其特征在于，對(duì)于反射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測(cè)，與透射式液晶光學(xué)器件的調(diào)制相位檢測(cè)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(cè)方法，其特征在于，為提高干涉圖提取效果，對(duì)所述分束器入射面鍍?cè)鐾改ぃ龇质魍干涿鏋榉止饽ぁ?br> 【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103837332SQ201410110901
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:電子科技大學(xué)