液晶波前校正器动态位相响应特性研究

为了对畸变波前进行精确校正,研究了液晶波前校正器在不同灰度级之间的动态位相响应特性,准确确定其响应时间。首先给出液晶波前校正器的响应时间和位相变化的检测方案。然后检测了液晶波前校正器在0和255灰度级之间的上升和下降时间,分别为7ms和11ms。在保证校正精度的条件下,对该位相曲线采取λ/10的误差截断,使上升和下降时间分别减少到4ms和6.8ms。最后,研究了各灰度级依次上升到255和从255再以次回落到各灰度级的动态响应时间。结果表明,各灰度级的上升时间在2～5.2ms之间变化,下降时间在3.66～8.74ms之间变化,且无论是上升还是下降,150和255灰度级之间转换速度最快,在255灰度级邻近的灰度响应速度最慢,且响应时间长于0和255灰度之间的响应时间。因此,在波前校正中,须以255灰度邻近的灰度级中最长的响应时间作为液晶波前校正器的响应时间,以确保波前校正精度。     

1200mm望远镜开环液晶自适应光学系统设计

为验证液晶自适应光学成像技术校正大气湍流所引起的波前像差的有效性,提高光学系统的能量利用率,应用Ze-max软件设计出了与1200mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统。针对开环自适应光学系统探测光路和校正光路自身的特殊要求,制定了具体的公差原则,并应用Zemax软件进行了公差分析。分析表明,设计的自适应光学系统具备较宽松的公差条件,容易加工和装调。评价了该光学系统的成像性能,结果表明,设计的自适应光学系统的MTF曲线接近衍射极限,光学传递函数的模在50lp/mm时可达到0.4,而成像CCD的极限分辨率为31lp/mm,充分地利用了CCD相机的分辨资源。该自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.9m,F数为16,PV值为0.0314λ。     

CUDA架构下的液晶自适应波面数值解析

在GPU通用计算架构下,首次提出了CUDA架构下的液晶自适应光学波面数值解析方法。针对高分辨率液晶自适应光学系统,介绍了液晶自适应光学的波面数值解析算法,论述了CUDA的通用架构;然后,建立了CUDA实现波面数值解析的编程模型,在此模型中引入了并行线程的有效利用,全局存储器的高效访问和数据直接回写3种优化方案;最后,给出了GPU与CPU的实验对比结果。结果表明:CUDA计算分辨率为512×512,对35项Zernike多项式的波面数值解析需时不到1ms,计算速度是传统CPU波面数值解析的几十倍。提出的方法减小了系统延时,提高了校正速度,建立波面数值解析CUDA编程模型采用的优化手段可为其它数学计算模型提供参考。     

双环NCS液晶的合成与性能研究

通过偶联、硝化、还原等有机化学合成方法制备了3种具有异硫氰酸酯(NCS)结构的双环液晶单体材料.经红外光谱、NMR检测证实,合成结果即为目标产物.采用热台偏光显微镜和DSC测定了材料的相变点.将其作为一种单体溶解于成品液晶,制成平行排列的液晶器件,用椭偏仪测定器件中混合液晶的Δn值后,可反推出NCS单体材料的Δn值约为0.27,这在双环液晶单体中处于较高的水平.用平行液晶器件测定了混合液晶的响应速度,发现混入NCS单体10%后器件的响应速度约有20%的提升.实验结果表明,NCS双环液晶是一种具有较高Δn、响应快速的液晶单体材料,在液晶光学调制器件中具有一定的应用前景.     

液晶自适应光学扫描激光检眼镜的光学系统设计

设计了一套液晶自适应光学扫描激光检眼镜,采用790 nm近红外光进行波前探测、视网膜成像以增加受试者的舒适度:采用离轴反射式结构以避免透镜表面的杂散光对探测和成像的不利影响;采用开环校正模式以提高系统稳定性和能量利用率(比闭环高约1倍).利用ZEMAX软件对成像系统进行模拟分析,证明系统自身可以达到接近衍射极限水平,MTF@33 cycles/mm=0.38(对应视网膜上4 μm),MTF@44 cycles/mm=0.2(对应视网膜上3 μm),轴向分辨率约80 μm,满足设计要求.     

亚波长周期结构抗反射介质光栅的衍射特性

用严格耦合波理论(RCWA)计算了当折射率取一系列离散值时的二维亚波长周期结构介质光栅出现一级衍射透射波的周期值,进而利用最小二乘法拟合出临界周期点随折射率的变化规律;利用一维单台阶和多台阶光栅在TE、TM偏振状态以及二维单台阶圆柱状光栅和二维金字塔结构多台阶光栅进行验证,发现它们同样满足临界周期点的变化规律。结果证明,对于任意面形的亚波长周期结构介质光栅的一级衍射效率都有这一规律。     

激光为光源的液晶自适应眼底成像系统

摘要：本文介绍了基于液晶波前校正器的模拟人眼眼底自适应成像系统,该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后系统波前误差从1.92m降低到0.048m系统分辨率接近70lp/mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。     

色散对液晶菲涅耳透镜衍射效率的影响研究

首先研究了液晶菲涅耳透镜和传统菲涅耳透镜的区别,并给出液晶菲涅耳透镜衍射效率的计算公式。接着,研究了液晶材料的色散和入射波长偏离量化波长对衍射效率的影响。经过计算分析并通过相应的实验发现,当量化波长为470nm时,在400nm和700nm处衍射效率分别下降了9.0%和27.5%,说明波长偏离对液晶菲涅耳透镜的衍射效率影响较大;当量化波长为510nm时,波长偏离在400nm和700nm处产生的衍射效率下降大致相当,约为20.0%;当在400nm和700nm处液晶的折射率变化量Δn基本相等时,液晶色散造成的衍射效率降低都约为8.0%。结果表明,和波长偏离相比,液晶色散对衍射效率的影响相对较小,且液晶菲涅耳透镜的量化波长应在470～510nm区间选取。实验测量了色散对液晶菲聂耳透镜衍射效率的影响,测量结果和理论计算结果非常接近,说明分析结论有效。     

小型化人眼像差校正仪光学系统设计

为了实现活体人眼视网膜的高分辨率成像,需要实时校正人眼的动态变化像差,尤其是高 阶像差.设计了一套基于液晶空间光调制器的小型化人眼像差实时校正光学系统.该光学系统分别采用夏克-哈特曼波前传感器和液晶空间光调制器来探测和校正波前畸变.探测光采用790nm近红外光,成像光采用570nm可见光.系统设计尽量少采用透镜,减小了系统的体积、光能损失和系统自身可能引入的像差.使用开环模式可以提高光能利用率和系统的稳定性,而双波长模式可以增大视场,实现不同波长的成像,而且可以实现瞬间强曝光成像.用ZEMAX软件对光学系统进行模拟分析,表明该系统可以达到衍射极限的水平,MTF=0.5@31 cycles/mm(对应视网膜上4μm),MTF=0.3@48 cycles/mm(对应视网膜上2.6μm).实验结果证明:该系统光能利用率高,杂光干扰小,方便灵活.     

离轴反射式人眼视网膜成像自适应光学系统设计

为了实现活体人眼视网膜的高分辨率成像,设计了一套视网膜成像液晶自适应光学系统来校正人眼的动态变化像差。基于开环双波段模式,分别采用夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)和基于硅基板上的液晶空间光调制器(LCOS-SLM)来探测和校正人眼以及系统的波前像差;且分别采用近红外波段(790nm)的超发光二极管和可见光波段(570nm)的激光器作为波前探测和校正成像光源。系统采用离轴反射式结构来提高光能利用率,减小色差。用ZEMAX对系统性能进行了分析,证明设计的系统能够达到衍射极限,MTF@30lp/mm为0.4(对应视网膜上4μm),MTF@50lp/mm为0.16(对应视网膜上2.5μm)。和闭环折射式系统相比,能量利用率提高1倍以上,且杂光和色差干扰小,成像对比度好。