CN106405901B - 一种测量硅基液晶相位分辨率的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量硅基液晶相位分辨率的装置及方法，涉及光通信领域，光信号从环形器的一号端口输入，从二号端口输出后进入单光纤准直器，经准直后的空间光通过透镜后入射到硅基液晶上，硅基液晶的反射光通过透镜耦合到单光纤准直器，再经过环形器第三端口输出至功率计；调节硅基液晶相邻像素间的相位差，同时观察功率计，当功率计的测量值不变时，此时硅基液晶相邻像素间的相位差，即为硅基液晶的相位分辨率；本发明能够降低测量的复杂程度，且测量精度高。

Description

一种测量硅基液晶相位分辨率的装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体来讲涉及一种测量硅基液晶相位分辨率的装置及方法。
背景技术
目前，测量硅基液晶相位分辨率普遍采用迈克尔逊干涉仪的方法，需要测量干涉条纹的移动，由于搭建迈克尔逊干涉仪光路复杂，而且还要开发测量干涉条纹移动的算法；另外，由于检测干涉条纹移动的精度有限，而干涉条纹移动的精度决定了相位分辨率精度，综上所述，现有测量硅基液晶相位分辨率的方法较为复杂，且测量精度不高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种测量硅基液晶相位分辨率的装置及方法，能够降低测量的复杂程度，且测量精度高。
为达到以上目的，本发明采取测量硅基液晶相位分辨率的装置，包括环形器、单光纤准直器、透镜、硅基液晶和功率计，所述环形器的一号端口用于接收光信号，二号端口用于发送光信号至所述单光纤准直器，所述单光纤准直器和硅基液晶分别位于透镜的前后焦面上，所述硅基液晶用于接收单光纤准直器发来且穿过透镜的空间光，并反射回去，所述单光纤准直器用于接收硅基液晶反射的反射光，并发送给环形器的第三端口，所述功率计用于检测所述第三端口的功率。
在上述技术方案的基础上，所述硅基液晶等效为衍射光栅结构。
本发明还提供一种测量硅基液晶相位分辨率的方法，包括：光信号从环形器的一号端口输入，从二号端口输出后进入单光纤准直器，经准直后的空间光通过透镜后入射到硅基液晶上，硅基液晶的反射光通过透镜耦合到单光纤准直器，再经过环形器第三端口输出至功率计；调节硅基液晶相邻像素间的相位差，同时观察功率计，当功率计的测量值不变时，此时硅基液晶相邻像素间的相位差，即为硅基液晶的相位分辨率。
在上述技术方案的基础上，所述功率计的测量值＝10*logT，其中T表示单光纤准直器的耦合效率。
在上述技术方案的基础上，所述单光纤准直器的耦合效率T为
其中ζ和ω1 2(Z)为参数，
ω1为入射光光束的束腰半径、ω2为反射光光束的束腰半径、λ为入射光的波长、Z0为入射光与反射光束腰之间的轴向间距、μ为径向匹配参数、θ为角度匹配参数。。
在上述技术方案的基础上，所述径向匹配参数μ受硅基液晶上空间光的反射角γ的影响，μ＝f·tan(γ)，其中f为透镜的焦距。
在上述技术方案的基础上，所述反射角γ通过以下公式求取，
其中α、β分别为参数，
α表示硅基液晶的液晶部分边长大小，d表示硅基液晶的像素大小，γ0表示空间光到硅基液晶的入射角，I表示空间光在硅基液晶上的反射光强，I0表示空间光在硅基液晶的入射光强，δ表示硅基液晶相邻像素间的相位差，λ表示入射光的波长。
本发明的有益效果在于：测量硅基液晶相位分辨率时，不用搭建复杂的装置，也不用开发算法，根据功率计测量值的变化，一步步可以反推出硅基液晶相位分辨率，简洁实用，降低测量的复杂程度，且精度高。
附图说明
图1为本发明实施例测量硅基液晶相位分辨率的装置示意图；
图2为图1中硅基液晶的等效光栅示意图；
图3为图1中单光纤准直器耦合效率模型示意图。
附图标记：
环形器1，单光纤准直器2，透镜3，硅基液晶4，功率计5。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明测量硅基液晶相位分辨率的装置，包括环形器1、单光纤准直器2、透镜3、硅基液晶4和功率计5，所述环形器1的一号端口用于接收光信号，环形器1的二号端口用于发送所述光信号至单光纤准直器2，由单光纤准直器2准直后发出空间光。单光纤准直器2和硅基液晶4分别位于透镜3的前、后焦面上，所述硅基液晶4用于接收单光纤准直器2发来的、且穿过透镜3的空间光，并将所述空间光反射回去。所述单光纤准直器2用于接收硅基液晶4的反射光，并发送给环形器1的三号端口，所述功率计5用于检所述三号端口的功率。
本发明测量硅基液晶相位分辨率的方法，包括：
光信号从环形器1的一号端口输入，从二号端口输出后，进入单光纤准直器2，经单光纤准直器2准直后的空间光通过透镜3后，入射到硅基液晶4上。硅基液晶4的反射光通过透镜3耦合到单光纤准直器2，再经过环形器1的三号端口输出至功率计5进行功率检测；
调节硅基液晶4相邻像素间的相位差δ，同时观察功率计5，当功率计5的测量值不变时，此时硅基液晶4相邻像素间的相位差δ，即为硅基液晶4的相位分辨率。
本发明的原理如下：
硅基液晶4等效为衍射光栅结构，如图2所示，入射到硅基液晶4的空间光经过反射后，反射光强I表示为
其中α、β分别为参数，α表示硅基液晶4的液晶部分边长大小(硅基液晶部分是正方形)，d表示硅基液晶4的像素大小，本实施例取值d＝8μm，a＝87％·d＝6.96μm；N表示硅基液晶4的纵向像素个数，γ0表示空间光到硅基液晶4的入射角，I0表示空间光在硅基液晶4的入射光强，λ表示入射光的波长，δ表示硅基液晶4相邻像素间的相位差，最小相位差即本发明要测量的硅基液晶4的相位分辨率。
对(1)式作归一化处理，得到
式(2)中，R是反射系数，表示反射光强I与入射光强I0的比值。通过改变基液晶4相邻像素间的相位差δ，就能够改变反射光的反射角γ，最小反射角就对应硅基液晶4相邻像素间的最小相位差，即硅基液晶的相位分辨率。所以只需要测量硅基液晶4的最小反射角就能得到硅基液晶4的相位分辨率。
如图1所示，改变硅基液晶4相邻像素间的相位差δ后，硅基液晶4的不同反射角导致返回到单光纤准直器2的耦合效率变化，从功率计5由三号端口测量到的功率就会有变化。
如图3所示，X为入射光坐标系的径向方向，Z为入射光坐标系的轴向方向；X′为反射光坐标系的径向方向，Z′为反射光坐标系的轴向方向；
单光纤准直器2的耦合效率T表示为
其中ζ和ω1 2(Z)为参数，
ω1为入射光光束的束腰半径、ω2为反射光光束的束腰半径、λ为入射光的波长、Z0为入射光与反射光束腰之间的轴向间距、μ为径向匹配参数。
影响单光纤准直器2的耦合效率的因素包括：
模场匹配，对应参数ω1和ω2；
轴向匹配，对应参数Z0；
径向匹配，对应参数μ；
角度匹配，分别对应参数θ；
结合图1，由于单光纤准直器2和硅基液晶4位于透镜3的前后焦面上，硅基液晶4反射角γ的角度改变，仅影响图3中的径向匹配参数μ，即μ＝f·tan(γ)，其中f为透镜3的焦距。单光纤准直器2的耦合效率变化时，功率计5的测量值也随之变化，且，功率计5的测量值＝10*logT，其中T表示单光纤准直器的耦合效率。因此，调节硅基液晶4相邻像素间的相位差δ，同时观察功率计5，当功率计5的测量值不变时，此时硅基液晶4相邻像素间的相位差δ，即为硅基液晶4的相位分辨率。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种测量硅基液晶相位分辨率的装置，其特征在于，包括环形器、单光纤准直器、透镜、硅基液晶和功率计，所述环形器的一号端口用于接收光信号，二号端口用于发送光信号至所述单光纤准直器，所述单光纤准直器和硅基液晶分别位于透镜的前后焦面上，所述硅基液晶用于接收单光纤准直器发来且穿过透镜的空间光，并反射回去，所述单光纤准直器用于接收硅基液晶反射的反射光，并发送给环形器的第三端口，所述功率计用于检测所述第三端口的功率。
2.如权利要求1所述的测量硅基液晶相位分辨率的装置，其特征在于：所述硅基液晶等效为衍射光栅结构。
3.一种基于权利要求1所述装置的测量硅基液晶相位分辨率的方法，其特征在于，包括：
光信号从环形器的一号端口输入，从二号端口输出后进入单光纤准直器，经准直后的空间光通过透镜后入射到硅基液晶上，硅基液晶的反射光通过透镜耦合到单光纤准直器，再经过环形器第三端口输出至功率计；
调节硅基液晶相邻像素间的相位差，同时观察功率计，当功率计的测量值不变时，此时硅基液晶相邻像素间的相位差，即为硅基液晶的相位分辨率。
4.如权利要求3所述测量硅基液晶相位分辨率的方法，其特征在于：所述功率计的测量值＝10*logT，其中T表示单光纤准直器的耦合效率。
5.如权利要求4所述测量硅基液晶相位分辨率的方法，其特征在于：所述单光纤准直器的耦合效率T为，
其中ζ和ω1 2(Z)为参数，
ω1为入射光光束的束腰半径、ω2为反射光光束的束腰半径、λ为入射光的波长、Z0为入射光与反射光束腰之间的轴向间距、μ为径向匹配参数、θ为角度匹配参数。
6.如权利要求5所述测量硅基液晶相位分辨率的方法，其特征在于：所述径向匹配参数μ受硅基液晶上空间光的反射角γ的影响，μ＝f·tan(γ)，其中f为透镜的焦距。
7.如权利要求6所述测量硅基液晶相位分辨率的方法，其特征在于：所述反射角γ通过以下公式求取，
其中α、β分别为参数，
α表示硅基液晶的液晶部分边长大小，d表示硅基液晶的像素大小，γ0表示空间光到硅基液晶的入射角，I表示空间光在硅基液晶上的反射光强，I0表示空间光在硅基液晶的入射光强，δ表示硅基液晶相邻像素间的相位差，λ表示入射光的波长，N表示硅基液晶的纵向像素个数。
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