CN101556386B - 一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置，它涉及光电测试技术领域。本发明解决了现有液晶空间光调制器特性参数测量装置无法满足多参数测量要求的问题。本发明在泰曼-格林干涉光路中通过引入双成像系统将双光路干涉与共路干涉融合到一个装置中，输入光经扩束镜、起偏器入射至第一分光棱镜，透射光被液晶空间光调制器调制并反射，反射光经快门被反射镜反射，两路光经第一分光棱镜和检偏器后经第二分光棱镜进入第二成像系统；透射光经液晶空间光调制器反射后，也可直接经第一分光棱镜、检偏器和第二分光棱镜进入第一成像系统，利用双成像系统分别探测相位与强度实现多参数测量。本发明适用于液晶空间光调制器多参数测量过程。
Description
技术领域
本发明涉及光电测试技术领域。
背景技术
液晶空间光调制器可在电驱动信号控制下改变空间上光分布的相位、偏振态、振幅(或强度)乃至波长，或是非相干光到相干光的转换等。相位和振幅的调制在光学信息处理中具有非常重要的作用，因此液晶空间光调制器在波前校正、大气成像、光学滤波和光束整形等方面具有重要的应用价值。液晶空间光调制器特性参数的测试(特性参数主要包括：相位调制特性、振幅调制特性、相位不均匀性和时间响应特性等)是掌握该器件性能的关键，目前的测量方法主要采用传统干涉方法。葛爱明、隋展、徐克壽等在2003年物理学报上公开的《反射型LCOS器件纯相位调制特性的研究》提出了用迈克尔逊干涉仪测量反射型LCOS液晶显示器的相位调制特性，该方法为双光路干涉。激光源11经由扩束镜12和起偏器13，被分光棱镜15分为两路光，一路光经由液晶显示器14调制并反射回来后，与经过补偿板16被反射镜17反射回来的另一路光在分光棱镜15处会合，经过检偏器18后发生干涉，由CCD探测器19接收干涉条纹。通过对干涉条纹的分析，得到相位调制特性。该装置虽然能一次获得整个工作面上平均的相位调制特性，但是该装置只能满足单参数测量，无法获得其它的特性参数(如振幅调制特性和时间响应特性)，并且测量的分辨率较低。由于环境振动和空气流扰动会导致干涉条纹抖动，因此对测量环境的稳定性要求很高，稳定性较差。
美国空军研究实验室的Scott Harris于2001年发表的《一种液晶光束偏转器的特性研究和应用》(Characterization and Application of a Liquid CrystalBeam Steering Device.Proceedings of SPIE.2001，4291：109～119)利用共路干涉方法测量了液晶光学相阵列的相位调制特性。激光源21经过起偏器22被分光 棱镜23分为两路光，其中透射光经过透镜24被液晶光学相阵列25反射回来经由分光棱镜23和检偏器26，进入光电二极管27。光电二极管27探测光强度变化，通过计算得到相位调制特性。该装置利用点对点接收光强，虽然能够获得不同点的振幅和相位调制特性，测量的分辨率较高。但是该方法无法辨别相位调制的方向，并且无法一次获得整个工作面上平均的振幅和相位调制特性。
发明内容
本发明为了解决现有的液晶空间光调制器特性参数测量装置无法满足多参数测量的要求，从而提出一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置。
一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置，它包括扩束镜、起偏器、第一分光棱镜、反射镜、液晶空间光调制器、检偏器、光电二极管和CCD探测器，一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置还包括可开关快门、第二分光棱镜、第一成像透镜、针孔、二维微动台、第二成像透镜、光阑和计算机；系统输入的激光光束入射至扩束镜，经扩束镜扩束整形后入射至起偏器，经起偏器偏振后入射至第一分光棱镜，所述第一分光棱镜将偏振后的光束分成第一透射光和第一反射光，所述第一透射光入射至液晶空间光调制器的光输入端，经所述液晶空间光调制器反射后沿第一透射光的光路反向入射至第一分光棱镜；所述第一反射光经可开关快门入射至反射镜，经所述反射镜反射后沿第一反射光的光路反向入射至第一分光棱镜，反射镜反射的反射光经第一分光棱镜的透射后与液晶空间光调制器反射的反射光经第一分光棱镜的反射后汇聚并入射至检偏器，并经检偏器偏振后入射至第二分光棱镜，第二分光棱镜将所述偏振后的光分为第二透射光和第二反射光，所述第二透射光经第一成像透镜聚焦至针孔，经针孔入射至光电二极管的光输入端；所述第二反射光经第二成像透镜聚焦至光阑，经所述光阑入射到CCD探测器的光输入端，所述CCD探测器信号输出端与计算机的第二信号输入端连接；光电二极管的电信号输出端与计算机的第一信号输入端连接，光电二极管固定在二维微动台上，计算机的第二控制信号输出端与二维微动台的控制信号输入端连接；所述液晶空间光调制器的控制信号输入端与计算机的第一控制信号输出端连接，所述起偏器的透光轴和检偏器的透光轴均可调；起偏器的透光轴和检偏器的透光轴均与液晶空间光调制器的液晶光轴方向平行，可开关快门设置为开启状态；起偏器的透光轴与检偏器的透光轴均与液晶空间光调制器的液晶光轴方向成45°角，可开关快门设置为关闭状态。
有益效果：本发明突破了传统干涉法单参数测量的局限性，能够满足多参数测量的要求；且将双光路干涉与共路干涉融合到一个装置中，优势互补，规避不足，实现了在同一个实验装置、同一测试条件下评价器件的多个特性参数，避免不同测试条件与多次搭建实验装置带来的额外误差；本发明还能够利用两种方法对同一参数进行测量，通过对测量结果的分析与比较，更加准确地获得液晶器件的特性参数；本发明既能保证较高的测量精度，又提高了测量效率。
附图说明
图1是背景技术《反射型LCOS器件纯相位调制特性的研究》中的装置结构示意图；图2是背景技术《一种液晶光束偏转器的特性研究和应用》中装置结构示意图；图3为本发明系统的结构示意图；图4是具体实施方式二的起偏器、检偏器和液晶空间光调制器和透光轴平行的结构示意图；图5是具体实施方式三的起偏器的、检偏器和液晶空间光调制器的透光轴成45°角的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图3说明本具体实施方式，一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置，它包括扩束镜2、起偏器3、第一分光棱镜4、反射镜6、液晶空间光调制器7、检偏器8、光电二极管12和CCD探测器16，一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置还包括可开关快门5、第二分光棱镜9、第一成像透镜10、针孔11、二维微动台13、第二成像透 镜14、光阑15和计算机17；系统输入的激光光束入射至扩束镜2，经扩束镜2扩束整形后入射至起偏器3，经起偏器3偏振后入射至第一分光棱镜4，所述第一分光棱镜4将偏振后的光束分成第一透射光和第一反射光，所述第一透射光入射至液晶空间光调制器7的光输入端，经所述液晶空间光调制器7反射后沿第一透射光的光路反向入射至第一分光棱镜4；所述第一反射光经可开关快门5入射至反射镜6，经所述反射镜6反射后沿第一反射光的光路反向入射至第一分光棱镜4，反射镜6反射的反射光经第一分光棱镜4的透射后与液晶空间光调制器7反射的反射光经第一分光棱镜4的反射后汇聚并入射至检偏器8，并经检偏器8偏振后入射至第二分光棱镜9，第二分光棱镜9将所述偏振后的光分为第二透射光和第二反射光，所述第二透射光经第一成像透镜10聚焦至针孔11，经针孔11入射至光电二极管12的光输入端；所述第二反射光经第二成像透镜14聚焦至光阑15，经所述光阑15入射到CCD探测器16的光输入端，所述CCD探测器16信号输出端与计算机17的第二信号输入端连接；光电二极管12的电信号输出端与计算机17的第一信号输入端连接，光电二极管12固定在二维微动台13上，计算机17的第二控制信号输出端与二维微动台13的控制信号输入端连接；所述液晶空间光调制器7的控制信号输入端与计算机17的第一控制信号输出端连接，所述起偏器3的透光轴和检偏器8的透光轴均可调。
本实施方式的起偏器3和检偏器8的透光轴可调，通过控制二者的偏振角，实现液晶空间光调制器7纯相位调制或相位与强度共同调制两种工作模式的切换，达到利用双成像系统分别获取相位信息与强度信息的目的。
当起偏器3和检偏器8的偏振方向均与液晶光轴平行时，液晶空间光调制器7工作在纯相位调制模式，调制光与参考光干涉，由CCD探测器15获取干涉条纹，从而得到相位信息，然而干涉光强度不随控制信号而发生变化；
当起偏器3和检偏器8的偏振方向均与液晶光轴成45°角时，液晶空间光调制器7工作在相位与强度共同调制模式，调制光的强度变化最大，光电二极 管12能够探测到强度信息。
利用相位信息与强度信息就能获得液晶空间光调制器的多个特性参数。
第二分光棱镜9是双成像系统的关键器件，通过第二分光棱镜9将出射光分为两路，一路光进入以CCD探测器16为探测器的双光路干涉成像系统，另一路光进入以光电二极管12为探测器的共路干涉成像系统。
可开关快门5起到遮挡参考光的作用。获取相位信息时，打开可开关快门5，允许参考光通过，与调制光进行干涉；获取强度信息时，关闭可开关快门5，遮住参考光，光路中只有调制光输出。
光电二极管12固定在二维微动台13上，光电二极管前面放置针孔11。采集强度信息时，控制二维微动台沿着二维采样点的点阵移动，逐次采集液晶空间光调制器7上不同点的强度信息。
具体实施方式二：结合图4说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置的区别在于起偏器3的透光轴和检偏器8的透光轴均与液晶空间光调制器7的液晶光轴方向平行，可开关快门5设置为开启状态。
本实施方式的装置处于双光路干涉状态，调节起偏器3和检偏器8，使起偏器3的透光轴100和检偏器8的透光轴102均平行于液晶空间光调制器7的液晶光轴101方向，系统输入光束经过起偏器3偏振后，光束的偏振方向平行于液晶光轴101，液晶空间光调制器7对光产生纯相位调制，获得调制光；开启可开关快门5，允许反射镜6将参考光反射回来，调制光与参考光汇聚到第一分光棱镜4，经检偏器8偏振后发生干涉，干涉光进入双成像系统，经过第二分光棱镜9、成像透镜14和光阑15，在CCD探测器16上成像，由CCD探测器16获取干涉条纹，从而得到相位信息，即液晶空间光调制器7的相位调制特性；
具体实施方式三：结合图5说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置的 区别在于起偏器3的透光轴与检偏器8的透光轴均与液晶空间光调制器7的液晶光轴方向成45角，可开关快门5设置为关闭状态。
本实施方式的装置处于共路干涉状态，调节起偏器3和检偏器8，使起偏器3的透光轴100与检偏器8的透光轴102的偏振方向均与液晶空间光调制器7的液晶光轴101成45°角，系统输入光束经过起偏器3偏振后，光束的偏振方向与液晶光轴101成45°角，液晶空间光调制器7对光产生相位与强度共同调制，调制光返回至第一分光棱镜4，经过检偏器8偏振后，进入双成像系统，经过第二分光棱镜9，第一成像透镜10和针孔11，入射至光电二极管12上，光电二极管12探测输出光强度的变化，通过计算最终获得液晶空间光调制器7的振幅调制特性和时间响应特性。当逐点采集不同点信号时，还可获得二维液晶器件的相位调制不均匀性。
具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式一、二或三所述的一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置的区别在于，系统的输入的激光光束由He-Ne激光器发出。
Claims (2)
1.一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置，它包括扩束镜(2)、起偏器(3)、第一分光棱镜(4)、反射镜(6)、液晶空间光调制器(7)、检偏器(8)、光电二极管(12)和CCD探测器(16)，其特征是：一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置还包括可开关快门(5)、第二分光棱镜(9)、第一成像透镜(10)、针孔(11)、二维微动台(13)、第二成像透镜(14)、光阑(15)和计算机(17)；系统输入的激光光束入射至扩束镜(2)，经扩束镜(2)扩束整形后入射至起偏器(3)，经起偏器(3)偏振后入射至第一分光棱镜(4)，所述第一分光棱镜(4)将偏振后的光束分成第一透射光和第一反射光，所述第一透射光入射至液晶空间光调制器(7)的光输入端，经所述液晶空间光调制器(7)反射后沿第一透射光的光路反向入射至第一分光棱镜(4)；所述第一反射光经可开关快门(5)入射至反射镜(6)，经所述反射镜(6)反射后沿第一反射光的光路反向入射至第一分光棱镜(4)，反射镜(6)反射的反射光经第一分光棱镜(4)的透射后与液晶空间光调制器(7)反射的反射光经第一分光棱镜(4)的反射后汇聚并入射至检偏器(8)，并经检偏器(8)偏振后入射至第二分光棱镜(9)，第二分光棱镜(9)将所述偏振后的光分为第二透射光和第二反射光，所述第二透射光经第一成像透镜(10)聚焦至针孔(11)，经针孔(11)入射至光电二极管(12)的光输入端；所述第二反射光经第二成像透镜(14)聚焦至光阑(15)，经所述光阑(15)入射到CCD探测器(16)的光输入端，所述CCD探测器(16)信号输出端与计算机(17)的第二信号输入端连接；光电二极管(12)的电信号输出端与计算机(17)的第一信号输入端连接，光电二极管(12)固定在二维微动台(13)上，计算机(17)的第二控制信号输出端与二维微动台(13)的控制信号输入端连接；所述液晶空间光调制器(7)的控制信号输入端与计算机(17)的第一控制信号输出端连接，所述起偏器(3)的透光轴和检偏器(8)的透光轴均可调；起偏器(3)的透光轴和检偏器(8)的透光轴均与液晶空间光调制器(7)的液晶光轴方向平行，可开关快门(5)设置为开启状态；起偏器(3)的透光轴与检偏器(8)的透光轴均与液晶空间光调制器(7)的液晶光轴方向成45°角，可开关快门(5)设置为关闭状态。
2.根据权利要求1所述的一种液晶空间光调制器多参数的干涉式双成像测量装置，其特征在于系统的输入的激光光束由He-Ne激光器发出。
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