一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法技术

本发明专利技术公开了一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，通过以下三种方式中的任意一种来调整光谱的带宽：调节最高级单元的相位差、将高级单元的相位差降为低级单元的相位差、使高级单元调节光束能力失效。本发明专利技术通过纯软件实现和软硬件结合两种实现方式。纯软件实现通过增加驱动数据，提供不同工作带宽的驱动电压，通过软件设定调用不同驱动数据，从而实现带宽切换；该方法无需改变硬件，但LCTF驱动数据增多，驱动数据的标定难度也增大，软硬件结合方式通过软件设定改变硬件的状态来实现带宽的切换；本发明专利技术的方法无需改变驱动数据就可实施波长切换，减少了驱动数据标定的工作量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及带宽可调的液晶可调谐滤光片的带宽控制领域，具体涉及一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法。
技术介绍
从20世纪90年代开始，基于物质发射或者反射光谱的成像技术经历了不断的发展，光谱分辨能力也提升到高光谱阶段(分辨率与波长的比值～0.01)，成像技术也由早期的滤波转轮、法-珀(Fabry-Perot)滤光片、色散型光谱成像、干涉型光谱成像等技术逐渐发展至调谐滤光片型光谱成像。调谐滤光片型光谱成像利用外部电压调节光谱中心波长，可快速实现波长的任意切换，目前该类设备主要有声光调滤光片(AOTF)型、液晶可调滤光片(LCTF)型光谱成像仪。与AOTF型光谱成像设备相比，LCTF型光谱成像设备具有结构简单、体积小、功耗小、光谱图像质量高等优点，因此实际应用中主要是该类设备。宽光谱调节范围的LCTF可选用Lyot型或Solc型结构，但Solc型LCTF的光谱分辨率低，带外泄漏大，所以商业LCTF产品多采用向列相液晶的Lyot型滤光片。Lyot型LCTF有多个Lyot波光片单元级联而成，每级波光片均通过液晶盒调节相位差，通过外部电压的调节改变各液晶盒的状态实现透过光束波长的改变。一束宽光谱光束经过LCTF后，仅光谱通带内的光能够透过LCTF，LCTF的光谱分辨率越高，透过带宽就越窄，透过的光能量就越少。在成像和探测等实际应用中，在LCTF后需设置探测器，用于接收透过光束的信号。由于经过LCTF后的光束能量会减少，当外界光强不足时，探测器接收的信号可能不足。在如野外、目标不能被强光照射等应用场合，外界的光强增加是受限的，此时可以考虑采用灵敏度更高的探测器，但高灵敏度探测器不仅体积、功耗增加，而且价格高昂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，解决目前的LCTF在野外、目标不能被强光照射等应用场合中透过的光能量少的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，包括以下步骤：(a)对于由m级Lyot滤光片单元组成的Lyot型LCTF，其第1级的透过率可表示为：其中δ1为o光和e光在第1级产生的相位差，△n1为o光和e光的在第1级液晶层中的折射率差，△d1为第1级液晶层的厚度，λ为光的波长。第i级的透过率为：总通过率为：(b)通过以下方法中的任意一种改变带宽：调节最高级单元的相位差的方法、将高级单元的相位差降为低级单元的相位差的方法、使高级单元调节光束能力失效的方法。本专利技术对于同一LCTF器件，通过控制软件的设定就可以选择不同的工作带宽的切换，且带宽具有多个值可供选择；步骤(a)中的透光率原理，而步骤(b)根据步骤(a)的原理提出了3种调节Lyot型LCTF光谱带宽的技术路线：调节最高级单元的相位差、将高级单元的相位差降为低级单元的相位差、使高级单元调节光束能力失效；软件控制的方法是通过增加驱动数据，提供不同工作带宽的驱动电压，通过设定调用不同驱动数据，从而实现带宽切换；但LCTF驱动数据增多，驱动数据的标定难度也增大；而本专利技术的方法无需改变驱动数据就可实施波长切换，减少了驱动数据标定的工作量。具体地讲，所述步骤(b)中调节最高级单元的相位差的方法如下：最高级相位差的改变量是第一级相位差的整数n倍,n为正整数，最高级为m级的LCTF其改变总档位数为2m-1，依次减少第一级相位差的n倍，插入n-1个带宽改变档位，随着第m级相位差的减少，透过光谱曲线的带宽逐渐增加。理想的m级Lyot型LCTF的带宽(FWHM)由最高级的相位差决定，可用公式(1)计算，其中△ndm为最高级的相位差，其数值为第一级的2m-1倍，因此其变化档位共有2m-1个，且随着该数值的减小，LCTF的带宽将增大。具体地讲，所述步骤(b)中将高级单元的相位差降为低级单元的相位差的方法如下：将高级滤光片降级，相位差等于前一级：即将第m级的相位差减少到等于第m-1级，实现一次带宽的增加；同理将第m级和第m-1级的相位差减小到等于第m-2级，实现带宽的再一次增大；依次类推。当第m级的相位差减少到等于第m-1级时，可以将LCTF看作m-1级LCTF和第m-1级的叠加，同公式(1)，m-1级LCTF的带宽可表示为：叠加一个第m-1级后带宽有所减少，约降为公式(2)结果的76％。将第m级和第m-1级的相位差减小到等于第m-2级的带宽变化可同理类推。具体地讲，所述步骤(b)中使高级单元调节光束能力失效的方法如下：将高级滤光片失去波长选择效果，使其相位差为零，各波长的透过率均为一。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，通过以下三种方式中的任意一种来调整光谱的带宽：调节最高级单元的相位差、将高级单元的相位差降为低级单元的相位差、使高级单元调节光束能力失效。本专利技术通过纯软件实现和软硬件结合两种实现方式。纯软件实现通过增加驱动数据，提供不同工作带宽的驱动电压，通过软件设定调用不同驱动数据，从而实现带宽切换；该方法无需改变硬件，但LCTF驱动数据增多，驱动数据的标定难度也增大，软硬件结合方式通过软件设定改变硬件的状态来实现带宽的切换；本专利技术的方法无需改变驱动数据就可实施波长切换，减少了驱动数据标定的工作量。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1是6级单元构成的Lyot型LCTF的透过率曲线；图2是本专利技术实施例一调节第六级相位差的LCTF透过率曲线；图3是本专利技术实施例二将高级单元相位差减少为低级单元值的LCTF透过率曲线；图4是本专利技术实施例三将高级单元失效的LCTF透过率曲线；图5是本专利技术实施例一、二、三的带宽变化图；图6是本专利技术实施例一、二、三的带内能量变化；图7是本专利技术实施例一、二、三的带内外能量比值变化；图8为本专利技术方法实现的框图；图9为本专利技术实施例一中使用负性液晶的设计结构图；图10为本专利技术实施例一中使用正性液晶的设计结构图；图11为本专利技术正性液晶和负性液晶的差异图；图12为本专利技术实施例二中使用负性液晶的硬件结构示意图；图13为本专利技术实施例二中使用正性液晶的硬件结构示意图；图14为本专利技术实施例三中使用负性液晶的硬件结构示意图；图15为本专利技术实施例三中使用正性液晶的硬件结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，包括以下步骤：(a)对于由m级Lyot滤光片单元组成的Lyot型LCTF，其第1级的透过率可表示为：其中δ1为o光和e光在第1级产生的相位差，△n1为o光和e光的在第1级液晶层中的折射率差，d1为第1级液晶层的厚度，λ为光的波长；第i级的透过率为：总通过率为：图1是由设定550nm为透过波长时6级Lyot滤光片单元组成的LCTF各级及总体的透过率，各级在550nm波长处的透过率均为1，所以叠加后在该波长的总体透过率仍为1，而其他波长由于各级透过率存在差异而被抑制；(b)总体透过率曲线的带宽主要由最高级滤光片的带宽决定，改变带宽最直接的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，其特征在于包括以下步骤：(a)对于由m级Lyot滤光片单元组成的Lyot型LCTF，其第1级的透过率可表示为：T1=12(1+cosδ1)=12(1+cos2πΔn1d1λ)---(3)]]>其中δ1为o光和e光在第1级产生的相位差，△n1为o光和e光的在第1级液晶层中的折射率差，△d1为第1级液晶层的厚度，λ为光的波长。第i级的透过率为：Ti=12(1+cos2i-1δ1))---(4)]]>总通过率为：T=Πi=1mTi---(5);]]>(b)通过以下方法中的任意一种改变带宽：调节最高级单元的相位差的方法、将高级单元的相位差降为低级单元的相位差的方法、使高级单元调节光束能力失效的方法。

【技术特征摘要】
1.一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，其特征在于包括以下步骤：(a)对于由m级Lyot滤光片单元组成的Lyot型LCTF，其第1级的透过率可表示为：T1=12(1+cosδ1)=12(1+cos2πΔn1d1λ)---(3)]]>其中δ1为o光和e光在第1级产生的相位差，△n1为o光和e光的在第1级液晶层中的折射率差，△d1为第1级液晶层的厚度，λ为光的波长。第i级的透过率为：Ti=12(1+cos2i-1δ1))---(4)]]>总通过率为：T=Πi=1mTi---(5);]]>(b)通过以下方法中的任意一种改变带宽：调节最高级单元的相位差的方法、将高级单元的相位差降为低级单元的相位差的方法、使高级单元调节光束能力失效的方法。2.根据权利要求1所述的一种Lyot型液晶可调滤光片的带宽调整方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：储松南，李大鹏，胡奇琪，王海峰，骆永全，张大勇，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51