一种液晶光学相控阵衍射效率优化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种液晶光学相控阵衍射效率优化系统及方法，具体基于对三角锥的反射光进行的采集，无论液晶相控阵角度如何调整，都可以保证反射光的主瓣光斑在CCD阵面中的位置保持不变，因此能够可以省去重新调整光路带来的附加误差，能够同时收集大部分栅瓣的能量；并且能通过计算CCD采集的图像中，主斑与所有主瓣和删瓣的比值来计算液晶相控阵的衍射效率，进行SPGD算法迭代，直至所有电极的加载电压满足衍射效率达到最大值，能够实现液晶相控阵衍射效率的高效，并能快速优化，解决了现有无波前探测系统的存在的问题。

System and method for optimizing diffraction efficiency of liquid crystal optical phased array

The invention discloses a liquid crystal optical phased array diffraction efficiency optimization system and method, the specific reflection of the cone based acquisition, regardless of how to adjust the angle of liquid crystal phased array can be guaranteed, the reflected light spot in the main lobe of the CCD front in the position remains unchanged, thus eliminates the need for re adjust the additional optical path error the gate valve can simultaneously collect most of energy; and can be calculated by the image acquisition of CCD, the diffraction efficiency ratio of main spot and all the main valve and the valve to delete calculation of liquid crystal phased array, SPGD algorithm, load voltage until all the electrodes meet the diffraction efficiency reaches the maximum value, to achieve the diffraction efficiency of liquid crystal phased array efficient, and can quickly optimize, solve the existing problems of the system without a wavefront detection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液晶光电子器件领域，具体涉及液晶光学相控阵技术。
技术介绍
液晶光学相控阵技术是一种无惯性、多功能实时可编程的电控波束扫描技术。核心器件是采用向列相液晶作为相位调制的电光材料，具有驱动电压低、相位调制深度大等物理特点，同时器件具有重量轻、尺寸小、功耗低和易于实现微电子控制电路等优点，不但解决了激光波束的快速指向、灵活控制和空间扫描问题，而且使光电系统的集成度更高，柔性控制能力更强，制造成本更低廉。但是由于回程区、工艺误差等因素，会造成液晶光学相控阵衍射效率降低，从而增大系统光路的插损。液晶光学相控阵衍射效率优化的方法主要分为两类，有波前探测的自适应光学方法和无波前探测的自适应光学方法。有波前探测方法：首先加载初始电压代码，通过剪切干涉光路得到干涉条纹，利用CCD相机录入条纹，然后运用波前重构算法，从条纹中解出波前，接着将实测波前与理想线性倾斜波前相比较，调整电压代码，使得实测波前与理想波前逐渐接近，并且不断地进行迭代，最终得到最优的波控数据使其前波前最接近于理想波前。无波前检测方法：通过CCD采集经过液晶相控阵的光束在远场的光斑，通过相应的随机优化算法不断调整电压，并进行迭代优化，直至CCD采集到的光束衍射效率最高。有波前检测系统由于光路复杂，光学口径受限，无法收集到空间高频的光波，致使波前反演存在较大误差。无波前检测方法，为了能够全部采集整个远场的所有衍射级次光斑，往往需要将光斑照射到散射面(白板)，然后用CCD和镜头对整个面的进行图像数据采集，但是由于大面积的二次散射采集无法保证散射面的散射度相同，并且针对不同角度的情况下还有不同，因此，二次散射的光功率分布不能等价实际激光功率分布，给系统带来很大误差；同时如果采用直接透镜收集衍射光的办法，能够优化的波束指向角度又受限于镜头的口径。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提出了一种液晶光学相控阵的衍射效率优化系统。本专利技术的具体技术方案为：一种液晶光学相控阵的衍射效率优化系统，具体包括：激光器、偏振分光棱镜、法拉第旋光仪、液晶光学相控阵、三角锥、透镜、CCD和控制中心；所述控制中心包括：控制器和波控器；所述激光器连接至偏振分光棱镜，所述激光器输出的激光与偏振分光棱镜的S光方向一致，S偏光经过法拉第旋光仪，沿着光路传输，偏振方向发生45度旋转，旋转后的光束垂直进入液晶光学相控阵，并且入射激光的偏振方向与液晶光学相控阵的光轴方向一致；所述三角锥放置在偏转后远场的主瓣光斑中心，从所述液晶光学相控阵出来的激光经过三角锥反射后由原路返回液晶相控阵，并且由于三角锥进行保偏处理后，反射光的偏振态不发生变化，反射激光光束沿着原路返回，反射光线进入法拉第旋光仪，法拉第旋光仪再对反射光的偏振方向沿着光传输方向逆时针旋转45度，因此到达偏振分光棱镜时，与其P方向一致，完全通过，进入傅里叶透镜，并到达焦平面处的CCD探测器，转换成电信号，传输至控制中心中的控制器；所述主控制器用于对接收的电信号进行处理生成优化电压；所述波控器用于将主控制器生成的电压代码，逐祯地加载到液晶阵列控制器中，液晶阵列控制器再将电压代码转换成相应的电压，加载到液晶光学相控阵对应的电极上，并转换为激光信号传输至三角锥。基于上述液晶光学相控阵的衍射效率优化系统，本专利技术还提供了一种液晶光学相控阵的衍射效率优化方法，具体包括如下步骤：步骤S1.激光器连接至偏振分光棱镜，所述激光器输出的激光与偏振分光棱镜的S光方向一致，S偏光经过法拉第旋光仪，沿着光路传输，偏振方向发生45度旋转，旋转后的光束垂直进入液晶光学相控阵，并且入射激光的偏振方向与液晶光学相控阵的光轴方向一致；步骤S2.所述三角锥放置在偏转后远场的主瓣光斑中心，从所述液晶光学相控阵出来的激光经过三角锥反射后由原路返回液晶相控阵，并且由于三角锥进行保偏处理后，反射光的偏振态不发生变化，反射激光光束沿着原路返回，反射光线进入法拉第旋光仪，法拉第旋光仪再对反射光的偏振方向沿着光传输方向逆时针旋转45度，因此到达偏振分光棱镜时，与其P方向一致，完全通过，进入傅里叶透镜，并到达焦平面处的CCD探测器，转换成电信号，传输至控制中心中的控制器；步骤S3.主控制器对接收的电信号进行处理并生成优化电压；步骤S4.波控器将主控制器生成的电压代码，逐祯地加载到液晶阵列控制器中，液晶阵列控制器再将电压代码转换成相应的电压，加载到液晶光学相控阵对应的电极上，并转换为激光信号传输至三角锥并经三角锥反射后由原路返回液晶相控阵。进一步的，步骤S3对接收的电信号进行处理的具体过程为：主控制器将采集到的图像数据转换成灰度图，进行卡尔曼滤波，然后进行中值滤波，通过滤波将空气的扰动及CCD采集的噪声滤除，将滤波后的结果进行自适应二值化，得到二值图像，将二值图像进行canny边缘检测，计算出连通体，得到连通体的数量即为CCD采集到的光斑的数量，通过计算每个光斑内每个像素灰度值的总和作为每个光斑的能量，其中，能量最大的为主瓣光斑，其余的为栅瓣；衍射效率通过计算主瓣能量与所有能量的比值得到，公式为： η = E m a i n E t o t a l ]]>其中，Emain为主瓣的能量，Etotal为主瓣与所有被采集到的旁瓣的总和： E m a i n = Σ s gray i , j ( i , j ) ∈ s ]]> E t o t a l = Σ s gray i , j ( i , j ) ∈ S ]]>其中，s为主瓣所在的区域，S为整个图像，grayi,j为其像素坐标对应的灰度值。更进一步的，步骤S3生成优化电压具体流程如下：S30.初始化，当前电极z＝1、n＝1、电极电压为μz(n)；S31.根据要偏转的角度计算电压值μz(1)，同时产生随机电压Δμz(1)；S32.将电压值μz(1)+Δμz(1)转换成电压代码，并发送给液晶光学相控阵；S33.CCD采集图像，滤波并计算Jz+(1)；S34.将电压值μz(1)-Δμz(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶光学相控阵的衍射效率优化系统，具体包括：激光器、偏振分光棱镜、法拉第旋光仪、液晶光学相控阵、三角锥、透镜、CCD和控制中心；所述控制中心包括：控制器和波控器；所述激光器连接至偏振分光棱镜，所述激光器输出的激光与偏振分光棱镜的S光方向一致，S偏光经过法拉第旋光仪，沿着光路传输，偏振方向发生45度旋转，旋转后的光束垂直进入液晶光学相控阵，并且入射激光的偏振方向与液晶光学相控阵的光轴方向一致；所述三角锥放置在偏转后远场的主瓣光斑中心，从所述液晶光学相控阵出来的激光经过三角锥反射后由原路返回液晶相控阵，并且由于三角锥进行保偏处理后，反射光的偏振态不发生变化，反射激光光束沿着原路返回，反射光线进入法拉第旋光仪，法拉第旋光仪再对反射光的偏振方向沿着光传输方向逆时针旋转45度，因此到达偏振分光棱镜时，与其P方向一致，完全通过，进入傅里叶透镜，并到达焦平面处的CCD探测器，转换成电信号，传输至控制中心中的控制器；所述主控制器用于对接收的电信号进行处理生成优化电压；所述波控器用于将主控制器生成的电压代码，逐祯地加载到液晶阵列控制器中，液晶阵列控制器再将电压代码转换成相应的电压，加载到液晶光学相控阵对应的电极上，并转换为激光信号传输至三角锥。...

【技术特征摘要】
1.一种液晶光学相控阵的衍射效率优化系统，具体包括：激光器、偏振分光棱镜、法拉第旋光仪、液晶光学相控阵、三角锥、透镜、CCD和控制中心；所述控制中心包括：控制器和波控器；所述激光器连接至偏振分光棱镜，所述激光器输出的激光与偏振分光棱镜的S光方向一致，S偏光经过法拉第旋光仪，沿着光路传输，偏振方向发生45度旋转，旋转后的光束垂直进入液晶光学相控阵，并且入射激光的偏振方向与液晶光学相控阵的光轴方向一致；所述三角锥放置在偏转后远场的主瓣光斑中心，从所述液晶光学相控阵出来的激光经过三角锥反射后由原路返回液晶相控阵，并且由于三角锥进行保偏处理后，反射光的偏振态不发生变化，反射激光光束沿着原路返回，反射光线进入法拉第旋光仪，法拉第旋光仪再对反射光的偏振方向沿着光传输方向逆时针旋转45度，因此到达偏振分光棱镜时，与其P方向一致，完全通过，进入傅里叶透镜，并到达焦平面处的CCD探测器，转换成电信号，传输至控制中心中的控制器；所述主控制器用于对接收的电信号进行处理生成优化电压；所述波控器用于将主控制器生成的电压代码，逐祯地加载到液晶阵列控制器中，液晶阵列控制器再将电压代码转换成相应的电压，加载到液晶光学相控阵对应的电极上，并转换为激光信号传输至三角锥。2.一种液晶光学相控阵的衍射效率优化方法，具体包括如下步骤：步骤S1.激光器连接至偏振分光棱镜，所述激光器输出的激光与偏振分光棱镜的S光方向一致，S偏光经过法拉第旋光仪，沿着光路传输，偏振方向发生45度旋转，旋转后的光束垂直进入液晶光学相控阵，并且入射激光的偏振方向与液晶光学相控阵的光轴方向一致；步骤S2.所述三角锥放置在偏转后远场的主瓣光斑中心，从所述液晶光学相控阵出来的激光经过三角锥反射后由原路返回液晶相控阵，并且由于三角锥进行保偏处理后，反射光的偏振态不发生变化，反射激光光束沿着原路返回，反射光线进入法拉第旋光仪，法拉第旋光仪再对反射光的偏振方向沿着光传输方向逆时针旋转45度，因此到达偏振分光棱镜时，与其P方向一致，完全通过，进入傅里叶透镜，并到达焦平面处的CCD探测器，转换成电信号，传输至控制中心中的控制器；步骤S3.主控制器对接收的电信号进行处理并生成优化电压；步骤S4.波控器将主控制器生成的电压代码，逐祯地加载到液晶阵列控制器中，液晶阵列控制器再将电压代码转换成相应的电压，加载到液晶光学相控阵对应的电极上，并转换为激光信号传输至三角锥并经三角锥反射后由原路返回液晶相控阵。3.根据权利要求1所述的一种液晶光学相控阵的衍射效率优化方法，其特征在于，步骤S3对接收的电信号进行处理的具体过程为：主控制器将采集到的图像数据转换成灰度图，进行卡尔曼滤波，然后进行中值滤波，通过滤波将空气的扰动及CCD采集的噪声滤除，将滤波后的结果进行自适应二值化，得到二值图像，将二值图像进行canny边缘检测，计算出连通体，得到连通体的数量即为CCD采集到...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪相如，许剑华，吴亮，谭庆贵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51