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基于液晶可变相位延迟器的两片式线偏振态转换器研究

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应用光学 2011年第1期32卷 13-17页

作者：江继军张大勇李剑峰刘海涛罗飞中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

利用Jones矩阵法,理论上分析了方位角分别为0°和-45°的2个可变相位延迟器组成的偏振转换器可实现任意偏振态到水平线偏振态的转换,并推导出可变相位延迟器延迟量的表达式。利用自主研制的液晶相位可变延迟器的相位延迟,在1 V～2.7 V范... 详细信息

利用Jones矩阵法,理论上分析了方位角分别为0°和-45°的2个可变相位延迟器组成的偏振转换器可实现任意偏振态到水平线偏振态的转换,并推导出可变相位延迟器延迟量的表达式。利用自主研制的液晶相位可变延迟器的相位延迟,在1 V～2.7 V范围,根据驱动电压连续线性可调的特性,设计了两片液晶可变相位延迟器组成的偏振态转换器,实现了随机偏振态(Stokes参数为(-0.567,0.752,0.36))到水平偏振态(Stokes参数为(1,0,0))的可控调制,实验结果验证了理论分析结果。该偏振态转换器还可以实现其他任意偏振态到水平偏振态的调制。

关键词：光纤通信偏振转换器液晶可变相位延迟器偏振态

基于液晶可变相位延迟器的斯托克斯偏振仪研制

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基于液晶可变相位延迟器的斯托克斯偏振仪研制

作者：韦鹏华中科技大学

学位级别：硕士

偏振测量的方法有很多,比如机械调制法、波前分割法等。但这些方法都有一些限制,比如不能用于高精度系统或者对入射光光强有一定的要求。为了解决以上问题,本文在现有研究的基础上,研制了一台不需要机械旋转、响应速度较快且校准简单的... 详细信息

偏振测量的方法有很多,比如机械调制法、波前分割法等。但这些方法都有一些限制,比如不能用于高精度系统或者对入射光光强有一定的要求。为了解决以上问题,本文在现有研究的基础上,研制了一台不需要机械旋转、响应速度较快且校准简单的基于液晶可变相位延迟器的斯托克斯偏振仪。本文首先详细阐述了目前斯托克斯偏振仪的国内外研究现状以及目前斯托克斯偏振仪的优缺点,进一步提出搭建一台基于液晶可变相位延迟器的斯托克斯偏振仪的必要性,最后完成了该偏振仪的研制与测试。本文的主要研究内容和创新点如下所述:(1)构建了液晶可变相位延迟器的理论模型。通过理论推导,得到了液晶可变相位延迟器的相位延迟量和快轴方位角随驱动电压、入射光波长、入射角和方位角之间的理论公式。通过性能表征,本文同时将实验测试结果与仿真分析结果进行了对比,两种结果的一致性说明了本文理论推导的正确性与合理性。(2)研制了一台基于液晶可变相位延迟器的斯托克斯偏振仪。研制过程包括该偏振仪的工作原理、元器件选型、控制系统设计等。同时为了降低系统条件数并提高系统稳定性,本文也对该偏振系统进行了系统建模与优化,基于优化结果,完成了该偏振仪的搭建与校准。(3)分别通过空气测试、波片测试以及偏振片测试来评估该斯托克斯偏振仪的测量误差,进一步通过对波片进行重复性测量实验来评估该偏振测量系统的重复性精度,最终标准差小于0.2%,说明系统重复性精度较高。本文通过理论建模和实验验证完成了液晶可变相位延迟器的性能研究,在此基础上完成了基于液晶可变相位延迟器的斯托克斯偏振仪的研制。本文研制的偏振仪利用液晶调制来完成偏振测量,这有利于提高偏振测量的速度与精度。

关键词：液晶可变相位延迟器视场效应斯托克斯偏振仪偏振特性

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基于支持向量机的波片相位延迟测量新方法

仪器仪表学报 2016年第7期37卷 1517-1523页

作者：胡冬梅宋路牛国成长春理工大学电子信息工程学院长春130022 北华大学电气信息工程学院长春132021

为实现液晶可变延迟器(LCVR)对入射光相位精确调制,分析了LCVR的双折射率色散特性,得到相位延迟量由驱动电压项和色散项组成的关系式;采用支持向量机SVM(support vector machines)算法,并用粒子群算法PSO(particle swarm optimization)... 详细信息

为实现液晶可变延迟器(LCVR)对入射光相位精确调制,分析了LCVR的双折射率色散特性,得到相位延迟量由驱动电压项和色散项组成的关系式;采用支持向量机SVM(support vector machines)算法,并用粒子群算法PSO(particle swarm optimization)对支持向量机的参数(c和g)进行优化,构建粒子群-支持向量机的LCVR相位延迟特性中驱动电压项的预测模型,并将其预测模型用于以568 nm激光作为光源的验证实验中;结果表明,在568 nm激光照射下,LCVR延迟量的实验值与标定理论值偏差不大于0.005 4λ,因此,说明PSO-SVM方法可作为LCVR相位延迟特性标定的有效手段。

关键词：液晶可变相位延迟器双折射色散支持向量机粒子群优化延迟量标定

基于LCVR的压缩感知高光谱生物显微成像技术研究

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基于LCVR的压缩感知高光谱生物显微成像技术研究

作者：徐志龙西北农林科技大学

学位级别：硕士

生命科学与光学、计算机等学科的交叉融合,推动了生命科学探测手段的不断革新和飞速发展,极大地提高了人们的探测能力。光学显微成像技术自诞生以来,在生命科学研究中发挥了巨大的作用。伴随着人们对于生物目标研究的深入,对于多维光学... 详细信息

生命科学与光学、计算机等学科的交叉融合,推动了生命科学探测手段的不断革新和飞速发展,极大地提高了人们的探测能力。光学显微成像技术自诞生以来,在生命科学研究中发挥了巨大的作用。伴随着人们对于生物目标研究的深入,对于多维光学显微成像技术在维度、深度等方面的需求愈加突出。高光谱显微成像技术不仅具有感知生物样本发出光子的二维空间分布的能力,而且能够测量样本的高光谱信息,在目标识别、分类、医学诊断等研究和应用中具有巨大的潜力。巨大的数据量是高光谱显微成像技术的显著特征,这给数据传输、存储和快速探测等造成了巨大挑战,是制约其广泛应用和发展的主要因素之一。本文在压缩感知范式下,结合液晶可变延迟器(Liquid Crystal Variable Retarder,LCVR)的相位调制和快速响应特性,研究一种新型的快速、压缩感知型高光谱显微成像技术,具有数据采集量小、采集速度快、无运动部件、高通量等优点,适合于静态目标的探测和识别。本文的研究内容及主要结论如下:1.阐述了高光谱成像技术在显微成像领域的应用进展以及计算高光谱成像的发展,从分光原理和扫描类型两个方面对光谱成像技术进行了分类。对压缩感知中信号稀疏表示、线性编码和非线性解码进行了系统阐述。基于压缩感知理论,完成了光谱压缩编码和离散化数学模型的推导。2.构建并详细分析了光谱编码核心元件LCVR的非线性数学模型。通过建立液晶可变相位延迟器的相位延迟随电压、入射角、温度和波长变化的非线性数学模型,详细表述了各因素对相位延迟的影响,为实验系统搭建和工程化提供了理论基础和指导。3.提出了一种基于LCVR的主动照明压缩感知高光谱显微成像系统。主动照明的高光谱显微成像系统是在压缩感知框架下设计的,并使用液晶调制模块在光谱域对入射光进行调制编码,在11:1的压缩比下仍能精确重构高光谱图像。这种调制入射光的方法不需要对光学显微镜进行特殊改造,使得普通的光学显微成像系统也具有了高光谱成像的功能。通过实验室采集的数据集对系统进行了仿真,结果显示在图像和光谱两个方面具有高的重构质量。进一步在实验室搭建了系统实验装置,对系统校准后利用玻片对系统的可行性进行了检验。最后对草本植物茎横切片进行了显微高光谱成像实验,获得了在400-800nm波长范围内的高光谱重构图像。

关键词：生物显微成像高光谱成像压缩感知液晶可变相位延迟器

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全偏振成像光谱仪偏振特性参数最优化研究

全偏振成像光谱仪偏振特性参数最优化研究

作者：王冠儒西安邮电大学

学位级别：硕士

偏振光谱成像(Spectro-Polarimeter Imaging,SPI)技术是一种将光谱、偏振和成像融合的新型光学成像技术。SPI技术可在测量目标时同时获得目标的多维信息,能够更有效地实现对目标的评估和鉴别。近年来,SPI技术已经在医学成像、资源勘察... 详细信息

偏振光谱成像(Spectro-Polarimeter Imaging,SPI)技术是一种将光谱、偏振和成像融合的新型光学成像技术。SPI技术可在测量目标时同时获得目标的多维信息,能够更有效地实现对目标的评估和鉴别。近年来,SPI技术已经在医学成像、资源勘察、农业探测等领域得到初步的应用,该技术的前景与应用价值已经引起了国内外研究者的关注。由于偏振光谱系统的性能直接影响探测目标空间特性与偏振特性的能力,偏振元器件的制造误差、配准误差以及噪声等因素都会导致偏振测量性能不佳。如何提升偏振探测系统的性能已经成为偏振领域研究的焦点,而优化偏振元件的参数配置有助于降低系统对参数误差与噪声等影响因素的敏感性,可有效提升偏振系统测量性能。基于双LCVR与AOTF的全偏振光谱成像系统具有高空间分辨率、高光谱分辨率、无机械运动部件以及响应快等优点。通过研究系统的工作原理发现,现有的优化策略并不完全适用该成像系统。因此,针对该偏振光谱成像系统,本文研究了一种更加完备的优化策略,经过邦加球法和抗噪仿真实验方法,对基于双LCVR与AOTF的全偏振光谱成像系统的最优偏振元件参数对参数误差与噪声等影响因素的敏感性进行验证,通过误差仿真实验分析了最优偏振元件参数的容差范围,具体研究如下:(1)研究了基于LCVR的全偏振光谱仪的基本原理,通过Stokes矢量法测量原理推导了单通道双LCVR型、双通道单LCVR型偏振(光谱)仪的测量矩阵以及光强计算公式,并通过偏振系统常用的评价指标(条件数CN,倒数绝对行列式RAD及等权方差EWV)对五种类型的基于LCVR的Stokes偏振仪进行了研究及评价分析。(2)基于双LCVR与AOTF的Stokes偏振光谱仪对系统中偏振元件参数进行了优化研究。为了更好地利用系统电调谐的优势,本文选择在最小采样次数N=4下进行偏振测量;为了降低基于LCVR和AOTF的Stokes偏振光谱仪系统对误差与噪声的敏感性,采用遗传算法逐步搜索寻求最优;对LCVR的相位延迟量δ和方位角θ的优化能力进行探究,寻求对偏振器件LCVR的相位延迟量调节次数和种类数最少时的最优值。(3)对最优结果进行验证,通过邦加球法验证了最优角度,最优角度所对应的四面体体积更接近理想值,与正四面体体积相差仅为约0.1‰。通过抗噪实验分析表征了最优角度的性能,仿真结果表明:不同偏振态的入射光在相同高斯噪声下获取目标Stokes参量时,优化后的系统对误差与噪声的敏感度更低。最优角度能有效地抑制噪声和装调误差的影响,增强存在误差源时系统的稳定性。最后,通过容差分析给出了最优角度的容差范围。本文的优化策略以及最优结果为基于双LCVR与AOTF的Stokes偏振光谱仪研制提供了有意义的方法参考。

关键词：全偏振光谱仪偏振态分析器液晶可变相位延迟器声光可调滤波器优化设计

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基于液晶的激光偏振测量系统研究

仪器仪表学报 2010年第2期31卷 416-420页

作者：赵海丽王晓曼姜会林刘智刘树昌长春理工大学电子信息工程学院长春130022 长春理工大学空间光电技术研究所长春130022

主要研究基于液晶的激光偏振测量系统,利用液晶可变相位延迟器(LCVR)代替传统测量技术中的旋转波片,改变所加的电压值控制液晶双折射系数,对入射光的偏振状态进行精确控制。通过偏振光调制法测量斯托克斯(Stokes)参量,从而实时、准确地... 详细信息

主要研究基于液晶的激光偏振测量系统,利用液晶可变相位延迟器(LCVR)代替传统测量技术中的旋转波片,改变所加的电压值控制液晶双折射系数,对入射光的偏振状态进行精确控制。通过偏振光调制法测量斯托克斯(Stokes)参量,从而实时、准确地测量激光的偏振特性。同时,利用虚拟仪器LabVIEW软件平台实现系统的数据分析、处理、界面显示和打印输出功能的一体化。研究表明:该方法能够准确地测量光束的偏振特性,能够服务于从科研实验室到工业生产过程的各类应用领域,具有广阔的应用前景。

关键词：液晶可变相位延迟器相位延迟偏振 Stokes

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基于液晶的偏振转换器数值模拟研究

激光杂志 2011年第4期32卷 6-8页

作者：江继军张大勇李剑峰沈志学张翠娟骆永全中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

进行了液晶可变相位延迟器相位调制特性的数值计算。利用Jones矩阵法推导了三片式、方位角分别为0°,45°和0°的可变相位延迟器组成的偏振转换器Jones矩阵表示形式。利用该矩阵计算了电控液晶偏振转换器偏振调制,计箅结果用Poincare图... 详细信息

进行了液晶可变相位延迟器相位调制特性的数值计算。利用Jones矩阵法推导了三片式、方位角分别为0°,45°和0°的可变相位延迟器组成的偏振转换器Jones矩阵表示形式。利用该矩阵计算了电控液晶偏振转换器偏振调制,计箅结果用Poincare图示法表示、结果表明利用该三片式偏振转换器可以实现全范围偏振态调节,且可以实现任意输入偏振态到指定偏振态的变化,并给出了实现上述偏振态转换时偏振转换器各个可变相位延迟器相位延迟参数及电压参数。

关键词： Jones矩阵液晶可变相位延迟器偏振转换器偏振态

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基于液晶的激光偏振调制与自适应稳光技术

基于液晶的激光偏振调制与自适应稳光技术

作者：陈莉长春理工大学

学位级别：硕士

大气激光通信是一个以激光作为载体实现信息传递的能量系统。当激光在大气中传输时,会受到大气衰减和大气湍流的影响从而导致系统传输误码率增高。尤其当激光在大气湍流旋涡中传输时,会使激光光束出现强烈的光强闪烁等现象,从而导致系... 详细信息

大气激光通信是一个以激光作为载体实现信息传递的能量系统。当激光在大气中传输时,会受到大气衰减和大气湍流的影响从而导致系统传输误码率增高。尤其当激光在大气湍流旋涡中传输时,会使激光光束出现强烈的光强闪烁等现象,从而导致系统在信标光路接收端接收到的激光能量不稳定,进而造成系统的通信质量下降、系统误码率增高,甚至出现通信中断。针对大气湍流引起的能量闪烁问题,本文研究了基于液晶的激光偏振调制与自适应稳光技术,设计了一个利用液晶可变相位延迟器对激光进行偏振调制从而实现激光能量衰减控制的光强控制系统,实现对入射激光光强的自适应控制,使系统接收到的激光能量保持稳定。本文利用液晶的电控双折射效应,通过给液晶可变相位延迟器两端施加一定的电压,改变液晶分子的排列取向,进而使其折射率也发生改变,使入射的激光出现一定的相位延迟,进而实现对入射激光的偏振调制。在此基础上,利用液晶可变相位延迟器与起偏片、检偏片构成了液晶光调制器,并利用以单片机为核心的液晶自适应驱动控制器改变液晶光调试器的驱动电压,使其透过率发生改变,进而实现对入射激光强度的闭环控制,最后达到自适应稳光的效果。通过实验研究证明,基于液晶的激光偏振调制与自适应稳光技术应用在大气激光通信中,能够提高系统的抗干扰能力,增强系统的稳定性,大大提升了通信系统的通信质量。

关键词：大气激光通信液晶可变相位延迟器偏振调制自适应控制

基于LCVR的单频干涉仪信号强度检测及非正交误差校正技术

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基于LCVR的单频干涉仪信号强度检测及非正交误差校正技术

作者：吉瑞东哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近十年来,在几何量计量检定、纳米测量装备集成、材料属性测试和微机电系统动力学测试等领域,单频激光干涉仪得到了越来越广泛的应用,但是干涉光路中的非正交误差严重限制了其测量精度的发展。虽然现有的电学校正方法有效的补偿了非线... 详细信息

近十年来,在几何量计量检定、纳米测量装备集成、材料属性测试和微机电系统动力学测试等领域,单频激光干涉仪得到了越来越广泛的应用,但是干涉光路中的非正交误差严重限制了其测量精度的发展。虽然现有的电学校正方法有效的补偿了非线性误差,但却降低了干涉信号的有效幅值从而造成精度下降。整周期干涉信号强度检测是调整干涉仪方位角,实现干涉信号强度最大化的必要手段,在很多测量环境中,例如航空发动机、机床主轴等,在干涉仪静止不动时进行干涉信号强度检测是迫切的要求。本课题“基于LCVR的单频干涉仪信号强度检测及非正交误差校正技术”主要针对单频激光干涉仪无法在静止时进行整周期信号强度检测以及干涉光路中存在非正交误差这两个关键问题而展开。本课题首先提出一种在干涉仪静止时,利用液晶相位可变延迟器(LCVR)产生整周期干涉信号,并通过幅值检测后在上位机实时显示的干涉信号强度检测技术。然后提出一种利用LCVR校正非正交误差的新型四通道干涉光接收光路;最后针对温度变化会对LCVR校正精度产生影响,设计非正交误差实时校正技术,抑制温度变化引入的非正交误差。本课题研究的主要内容如下:针对单频激光干涉仪在光路调节过程中无法任意移动被测目标的问题,本课题提出了基于LCVR的整周期干涉信号强度检测方法。该方法首先利用LCVR使参考光和测量光产生大于2?的相位延迟差,以产生整周期干涉信号;而后将两路干涉信号传送到FPGA里进行幅值计算和平方和计算;最后上传至上位机LabVIEW程序实时显示。实现了整周期干涉信号的产生以及干涉信号强度的实时检测。针对现有的校正非正交误差的电学方法降低信号精度的问题,本课题提出了一种基于LCVR的光学校正方法。该方法利用LCVR补偿掉主要由NPBS产生的相位延迟差,实现了对干涉信号中非正交误差的校正;在此基础上,利用FPGA,实现了残余的不等幅误差的校正。针对环境温度变化会使LCVR的相位延迟产生变化,进而降低校正方法的精度的问题,本课题提出了非正交误差实时校正算法。该方法首先调整两路干涉信号的幅值使其相等,然后通过数字加/减法器以及幅值计算得到包含两路干涉信号的非正交误差角度的正弦值和余弦值;接着通过CORDIC算法将非正交误差角度值计算出来;利用LCVR的相位延迟由驱动电压控制改变的特性,并通过计算出不同温度下LCVR的相位延迟能够校正非正交误差时所对应的驱动电压,实时改变驱动电压以保持LCVR的相位延迟几乎不变,实现了对相位延迟的控制,使其不受温度变化的影响。基于上述研究,本课题搭建了消除非正交误差的超精密单频激光干涉仪,并利用LabVIEW实现了对测量数据的实时采集、分析与显示。通过将LCVR的驱动电压在0V-10V之间转变,使参考光和测量光产生了365°的相位差,从而产生整周期干涉信号。通过琼斯矩阵测量实验,确定由于NPBS不理想产生的相位延迟差为22.28°,表明它是主要的非正交误差源。实验结果表明本文所研制的单频激光干涉仪的两路干涉信号的非正交误差角度小于0.0045°,对应的非正交误差在2pm内;实验温度从25℃至40℃的变化过程中,经过非正交误差实时校正后的残余非正交误差角度小于0.4°,对应的非正交误差在0.17nm内。

关键词：单频激光干涉仪液晶可变相位延迟器信号强度检测非偏振分光棱镜非正交误差校正