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液晶光栅相位检测的研究

液晶光栅相位检测的研究

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作者：石明亮电子科技大学

学位级别：硕士

液晶作为一种应用广泛的特殊功能性材料,它既具有液体的流动性、粘滞性,又具有晶体的各项异性。在液晶的众多特性中,液晶电控双折射效应是非常重要的一个特征。液晶类器件的快速发展使自适应光学、空间光通讯等系统的小型化、低成本化... 详细信息

液晶作为一种应用广泛的特殊功能性材料,它既具有液体的流动性、粘滞性,又具有晶体的各项异性。在液晶的众多特性中,液晶电控双折射效应是非常重要的一个特征。液晶类器件的快速发展使自适应光学、空间光通讯等系统的小型化、低成本化成为可能。而相位调制准确性是其有效应用的关键,但受限于测量方法的限制,液晶器件的相位调制性能很难准确测量与标定。液晶光栅相位检测技术是目前国内外研究的一个难点,本论文针对现有液晶光栅相位检测抗干扰能力差、检测通用性不强及相位恢复算法复杂等不足,提出了一种新的液晶光栅相位测量方法。鉴于液晶光栅不易获得等因素,实验过程中选用剪切板作为测试光路检测器件,以验证方法的有效性。本论文针对液晶光栅首次提出正交移相共轭干涉的检测方法,主要研究其中基本理论和关键技术。研究工作包括以下几个方面:1.针对液晶光栅对偏振入射的要求,研究正交移相实现方法,基于本测量方法的光路中只有很短的部分非共轴,其余均为完全共轴系统,由此实现准共光路的系统结构,提高检测系统抗外界干扰能力;2.研究衍射型液晶器件调制相位检测实现手段,利用琼斯矩阵推导出液晶光栅相位反演的求解方法,本论文的原理为将移相干涉以及相位共轭技术相结合进行,并在移相干涉技术中将入射光正交偏振分解为一路移相参考臂和一路信号臂,从而该部分光路可实现共光路入射进入液晶光栅进行液晶调制相位的检测,且结合移相干涉技术复原液晶光栅的调制相位,这与普通液晶光栅相位检测中的非共光路测量以及调制相位恢复算法繁杂有较大的区别;3.构建通用型液晶光栅相位检测系统,验证并评价该方法的系统性能,并通过测量剪切板的波前相位分布验证了该方法的有效性,光路设计中提及的共轭光学系统可实现强衍射型液晶光学器件的相位检测。

关键词：液晶光栅剪切板相位检测正交移相相位恢复算法

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基于光梳校准的扫频干涉测距技术研究

基于光梳校准的扫频干涉测距技术研究

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作者：孟祥彬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

扫频干涉测距方法具有测量范围大、非合作目标测量等优点，是重要的高精度测距方法。扫频非线性、测量基准标定、色散失配以及多普勒效应是限制扫频干涉测量精度提高的主要因素。飞秒光频梳是一种由众多频率稳定且间隔严格相等的梳齿组... 详细信息

扫频干涉测距方法具有测量范围大、非合作目标测量等优点，是重要的高精度测距方法。扫频非线性、测量基准标定、色散失配以及多普勒效应是限制扫频干涉测量精度提高的主要因素。飞秒光频梳是一种由众多频率稳定且间隔严格相等的梳齿组成的宽带光源，将高频率稳定度的梳齿作为扫频干涉测距方法的高精度频率基准是解决上述问题的新思路，具有重要研究价值。　　本文研究并解决了现有光梳校准扫频干涉测量方法中存在的问题，进一步提出了基于窄带滤波的光梳校准扫频干涉测距方法，具体研究内容如下：　　针对基于正交移相的光梳校准扫频干涉测量方法中的正交失衡问题，建立了其理论模型，揭示了偏振态和梳齿功率波动是引起正交失衡的关键因素，提出了基于椭圆拟合的正交失衡补偿算法。针对带内噪声引起的频率抖动以及临界采样引起的频率跳变问题，提出了基于局部加权线性回归的抑制方法。设计了验证实验，验证了以上算法的有效性。搭建了测距实验装置，11.7m处光纤反射镜测量标准差小于4.5μm，验证了该测量方法具有较好的重复性。　　针对上述方法中正交失衡无法完全消除的问题，提出了一种基于窄带滤波的光梳校准扫频干涉测距方法。该方法通过窄带滤波进行等梳齿间隔选频来获取频率基准，并结合短辅助干涉仪以提高扫频范围和测距精度。为了提高辅助干涉仪标定精度并降低色散失配补偿复杂度，提出了辅助干涉仪光程差与光纤色散系数同步标定法。标定实验中，频率基准点数量为12284个，为同波长范围内气室法的267倍，辅助干涉仪光程差标定结果的标准差为0.8μm，精度及稳定性高于气室法。色散补偿实验中，补偿后谱宽接近理论值。　　针对多普勒效应引起测距精度下降的问题，提出了基于卡尔曼滤波相位补偿的多普勒效应抑制方法。该方法通过卡尔曼滤波提取被测目标相对振动并以此构建相位补偿因子实现多普勒效应抑制。提出了卡尔曼滤波器初值的优化方法，增强了滤波的鲁棒性。通过仿真与实验验证了该方法的有效性。　　搭建了基于窄带滤波光梳校准的扫频干涉实验装置，4.1m处非合作目标多普勒效应抑制后测距标准差为2.7μm，远小于抑制前的127.9μm;比对实验中，2.7m范围内平均绝对误差不超过2.0μm，测量不确定度优于2.3μm(k=2)。实验表明，本文提出的方法重复性好，可实现高精度非合作目标测距。

关键词：扫频干涉测距光梳校准窄带滤波正交移相

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