基于電光效應(yīng)的偏振調(diào)制與檢測(cè)研究.pdf

1、在利用光學(xué)方法測(cè)量參數(shù)的技術(shù)領(lǐng)域，特別在目標(biāo)識(shí)別與成像的應(yīng)用中，偏振光的調(diào)制和檢測(cè)擁有重大的實(shí)用價(jià)值。本論文對(duì)液晶和PLZT兩種材料的電光特性、液晶型光圓偏振調(diào)制器、雙液晶調(diào)制型偏振測(cè)量系統(tǒng)以及基于PLZT調(diào)制器的偏振圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和研究。從理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、器件工藝及應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)等方面進(jìn)行了基于電光效應(yīng)的偏振調(diào)制穩(wěn)態(tài)控制、線性相位調(diào)制、雙頻調(diào)制、多相位點(diǎn)調(diào)制、偏振圖像重構(gòu)等技術(shù)研究，為進(jìn)一步開(kāi)展偏振調(diào)制和偏振

2、檢測(cè)的研究奠定了基礎(chǔ)。 論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： a)、電光材料的選擇及其器件工藝的研究。材料的電光特性與器件工藝是設(shè)計(jì)偏振調(diào)制器的關(guān)鍵技術(shù)，也是偏振調(diào)制研究中的重要內(nèi)容。作者對(duì)可以獲得的各種電光材料的特性進(jìn)行了比較與分析，并選擇出適合設(shè)計(jì)應(yīng)用的兩種材料：液晶與PLZT。本文對(duì)以上兩種材料進(jìn)行了大量的電光特性測(cè)試研究。測(cè)試的目的有兩個(gè)：其一是考察實(shí)驗(yàn)中所能得到的電光特性是否與材料的理論特性相一致，以便對(duì)于不一致的

3、部分在應(yīng)用設(shè)計(jì)中進(jìn)行補(bǔ)償；其二是在所測(cè)量的特性曲線中尋找工作點(diǎn)的調(diào)制規(guī)律，然后根據(jù)這些規(guī)律設(shè)計(jì)器件或系統(tǒng)的調(diào)制方案。同時(shí)，本文對(duì)這兩種材料的器件工藝進(jìn)行了探索與嘗試。研究結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)并制作的器件其電光調(diào)制特性完全符合設(shè)計(jì)要求。 b)、液晶型光圓偏振調(diào)制器的研究。利用液晶材料制成的調(diào)制器其最大優(yōu)點(diǎn)是工作點(diǎn)非常穩(wěn)定。在對(duì)液晶材料的特性進(jìn)行了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)研究之后，對(duì)多種結(jié)構(gòu)和不同參數(shù)設(shè)計(jì)的液晶調(diào)制器進(jìn)行了測(cè)試與比較。所設(shè)計(jì)的調(diào)制器最具

4、有特色之處是，利用反饋控制的方法，將工作點(diǎn)快速穩(wěn)定地收斂在兩個(gè)圓偏振態(tài)之一的輸出狀態(tài)上。同時(shí)，根據(jù)所制作的調(diào)制器特性，設(shè)計(jì)了可適用于多波長(zhǎng)條件且輸出光的圓偏振度高達(dá)99.9％的液晶型光圓偏振調(diào)制器。該系統(tǒng)的研究包括：液晶調(diào)制器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、反饋控制電路以及相應(yīng)的控制軟件。經(jīng)測(cè)試，液晶型圓偏振調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電壓小于10v，響應(yīng)速度約25ms。系統(tǒng)的特色還在于對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光源能自動(dòng)尋找左圓和右圓兩個(gè)光圓偏振工作點(diǎn)，并穩(wěn)定在這兩個(gè)工作點(diǎn)。

5、 c)、雙液晶調(diào)制型偏振參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的研究。測(cè)量的基本原理是，探測(cè)被調(diào)制的入射光信號(hào)，由此檢測(cè)出原信號(hào)攜帶的偏振參數(shù)。根據(jù)這一理論，本文設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)以雙液晶調(diào)制器為核心，以DSP芯片為處理器的偏振參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)Jones矩陣描述，我們?cè)O(shè)計(jì)了能夠測(cè)量完全偏振光的光路結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上本文詳細(xì)研究了雙液晶調(diào)制器的工作模式，并提出了一個(gè)調(diào)制方案，使得兩個(gè)液晶調(diào)制器工作在各自不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)下，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路噪聲的抑制。通過(guò)仿真，證

6、實(shí)了該方案的可行性，同時(shí)根據(jù)仿真模型確定出了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的實(shí)際工作參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于相位、方位角以及傾斜角的測(cè)量的誤差分別小于0.17度、0.27度和0.31度，滿足偏振態(tài)參數(shù)測(cè)量的精度要求。 d)、基于PLZT的偏振圖像測(cè)量系統(tǒng)的研究。在(b)、(c)兩項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，本文將對(duì)點(diǎn)的偏振調(diào)制和偏振測(cè)量研究進(jìn)行了整合并擴(kuò)展為對(duì)圖像的偏振調(diào)制與偏振測(cè)量，最后，進(jìn)一步地拓寬為全部偏振態(tài)的測(cè)量。利用PLZT材料的極化方向

7、隨電場(chǎng)方向變化這一性質(zhì)，我們?cè)O(shè)計(jì)了交叉式電極的偏振調(diào)制器，討論了在不同的偏振參數(shù)描述方式下的調(diào)制測(cè)量方法，并根據(jù)材料固有的特性設(shè)計(jì)了多相位點(diǎn)調(diào)制的工作模式。基于這些設(shè)計(jì)，本文完成了PLZT材料電光調(diào)制器的工藝制作，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA芯片的偏振測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以直接向VGA接口的顯示器輸出偏振參數(shù)圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)制作的偏振圖像采集系統(tǒng)以及交叉電極式PLZT調(diào)制器能夠可靠地獲取偏振參數(shù)圖像。另外，與原有的偏振度圖像相比，