實驗名稱：液晶透鏡特性測試

　　測試目的：作(zuo)為成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系統中的(de)調焦元件，液(ye)晶(jing)透(tou)(tou)鏡的(de)光(guang)(guang)學(xue)性能在系統中顯得非常重要；由于(yu)液(ye)晶(jing)透(tou)(tou)鏡的(de)折射率分布隨(sui)控(kong)制電(dian)極(ji)的(de)電(dian)場分布變化而發生改(gai)變，其成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)質量也會隨(sui)之變化所以選(xuan)定合適(shi)的(de)控(kong)制電(dian)壓(ya)對(dui)(dui)于(yu)液(ye)晶(jing)透(tou)(tou)鏡實(shi)際應(ying)用于(yu)各種(zhong)場景是重要的(de)一步；選(xuan)擇合適(shi)的(de)測試(shi)手段(duan)對(dui)(dui)液(ye)晶(jing)透(tou)(tou)鏡不同狀態下(xia)的(de)光(guang)(guang)學(xue)性能進行(xing)測試(shi)，從(cong)而得到(dao)合適(shi)的(de)電(dian)壓(ya)狀態，是進行(xing)使用液(ye)晶(jing)透(tou)(tou)鏡進行(xing)成(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)實(shi)驗前的(de)準備工作(zuo)之一。

　　測試設備：高壓放大器、函數發生器、探測器、液晶透鏡、電(dian)腦等(deng)。

　　實驗過程：

　　圖(tu)1：實驗(yan)干(gan)涉(she)光路圖(tu)

　　實驗包(bao)括(kuo)數(shu)據采集(ji)和數(shu)據分析兩部分，首先通過干涉光路取得含有波(bo)前(qian)信息的圖(tu)像，再通過軟(ruan)件(jian)分析得到(dao)波(bo)前(qian)擬合的數(shu)值。

　　首先使用馬赫-曾德(de)爾干涉光(guang)(guang)路(lu)(lu)獲(huo)取(qu)液晶(jing)透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)波前數據，其(qi)光(guang)(guang)路(lu)(lu)結(jie)構如圖1所(suo)示，532nm的(de)激光(guang)(guang)經(jing)過(guo)擴(kuo)束(shu)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)和偏(pian)振片(pian)后(hou)成為(wei)與液晶(jing)透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)中非尋(xun)常光(guang)(guang)方向一(yi)致的(de)線偏(pian)振光(guang)(guang)，其(qi)光(guang)(guang)斑大(da)小能(neng)夠覆蓋液晶(jing)透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區域。該(gai)光(guang)(guang)束(shu)經(jing)過(guo)分(fen)光(guang)(guang)棱鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)后(hou)分(fen)為(wei)兩(liang)路(lu)(lu)，兩(liang)路(lu)(lu)各(ge)自放置有角(jiao)度可調的(de)反射(she)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，其(qi)中一(yi)光(guang)(guang)路(lu)(lu)上放置上液晶(jing)透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，兩(liang)束(shu)光(guang)(guang)通過(guo)反光(guang)(guang)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)重新匯聚于(yu)一(yi)點，此處的(de)分(fen)光(guang)(guang)棱鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)將兩(liang)路(lu)(lu)光(guang)(guang)重新匯聚于(yu)一(yi)路(lu)(lu)并發生(sheng)干涉，通過(guo)成像(xiang)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)頭將液晶(jing)透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)清晰像(xiang)呈現(xian)在CMOS探測器上。

　　液(ye)晶透(tou)鏡的驅(qu)動(dong)系(xi)統由(you)函數發(fa)(fa)生器(qi)和高(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大器(qi)組(zu)成，將函數發(fa)(fa)生器(qi)輸出的信號通過(guo)高(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大器(qi)放(fang)大10倍后輸出，用于(yu)液(ye)晶透(tou)鏡電壓(ya)(ya)控(kong)制，函數發(fa)(fa)生器(qi)的信號由(you)電腦編程控(kong)制以一定步長(chang)變換配合(he)探測器(qi)拍照實現自(zi)動(dong)采集；最終得到一系(xi)列不同驅(qu)動(dong)電壓(ya)(ya)下的液(ye)晶透(tou)鏡波(bo)前狀態數據圖。

　　將通(tong)過馬赫-曾德(de)爾干(gan)涉光(guang)路獲取(qu)的(de)液(ye)晶(jing)(jing)透(tou)鏡(jing)干(gan)涉條紋使用程序進行(xing)分(fen)析(xi)，經過濾波、去包(bao)絡(luo)和(he)Zernike多項(xiang)式擬合(he)等算(suan)法處理(li)后得到每(mei)幅圖(tu)像(xiang)(xiang)對應(ying)(ying)的(de)液(ye)晶(jing)(jing)透(tou)鏡(jing)的(de)波前擬合(he)情況，通(tong)過Zernike多項(xiang)式各項(xiang)系數計算(suan)出(chu)對應(ying)(ying)液(ye)晶(jing)(jing)透(tou)鏡(jing)光(guang)焦(jiao)度和(he)均方(fang)根像(xiang)(xiang)差(cha)。對實驗采集(ji)的(de)一系列不同電壓下的(de)液(ye)晶(jing)(jing)透(tou)鏡(jing)波前干(gan)涉條紋進行(xing)分(fen)析(xi)，得到不同驅(qu)動情況下的(de)液(ye)晶(jing)(jing)透(tou)鏡(jing)光(guang)焦(jiao)度和(he)均方(fang)根像(xiang)(xiang)差(cha)，并(bing)繪制電壓與光(guang)焦(jiao)度及像(xiang)(xiang)差(cha)關系圖(tu)。

　　實驗結果：

　　圖2：光焦(jiao)度隨(sui)液晶透(tou)鏡(jing)電壓變(bian)化關(guan)系圖

　　圖3：均方(fang)根像差隨液(ye)晶透鏡(jing)電壓變化關系圖

　　實(shi)驗(yan)結果(guo)如下(xia)圖(tu)(tu)(tu)所示(shi)，圖(tu)(tu)(tu)2為液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)光(guang)焦(jiao)度隨控(kong)制電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)趨勢的(de)(de)偽彩色(se)圖(tu)(tu)(tu)，由于(yu)實(shi)驗(yan)所用液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)由兩路電(dian)壓(ya)控(kong)制，因此橫坐(zuo)標表(biao)示(shi)液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)(qu)域(yu)外(wai)的(de)(de)圓孔電(dian)極的(de)(de)電(dian)壓(ya)V1，縱坐(zuo)標表(biao)示(shi)液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)(qu)域(yu)內的(de)(de)圓形電(dian)極的(de)(de)電(dian)壓(ya)V2，液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)光(guang)焦(jiao)度大(da)小(xiao)由灰度深淺表(biao)示(shi)。由圖(tu)(tu)(tu)中可得液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)在驅(qu)動電(dian)壓(ya)100V的(de)(de)范圍內的(de)(de)光(guang)焦(jiao)度變(bian)化(hua)區(qu)(qu)(qu)間為-6.5到+7Diopter。圖(tu)(tu)(tu)3為不(bu)同驅(qu)動電(dian)壓(ya)狀態下(xia)的(de)(de)均(jun)(jun)方根像差(cha)，與左圖(tu)(tu)(tu)類(lei)似，橫縱坐(zuo)標表(biao)示(shi)兩路驅(qu)動電(dian)壓(ya)的(de)(de)有效值，彩色(se)表(biao)示(shi)液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)該電(dian)壓(ya)分(fen)布狀態下(xia)的(de)(de)均(jun)(jun)方根像差(cha)大(da)小(xiao)，實(shi)驗(yan)時根據(ju)像差(cha)大(da)小(xiao)選(xuan)定合適的(de)(de)液(ye)(ye)晶透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)工作(zuo)區(qu)(qu)(qu)間。

　　通過對液晶透鏡(jing)的(de)(de)波前分布進行測量(liang)和(he)擬合，得(de)到(dao)液晶透鏡(jing)不同驅(qu)動條件(jian)下的(de)(de)光焦(jiao)度及(ji)均方根(gen)像(xiang)差(cha)；實驗得(de)到(dao)該(gai)液晶透鏡(jing)器件(jian)在(zai)100V以內(nei)的(de)(de)光焦(jiao)度變(bian)化范(fan)圍(wei)為-6.5到(dao)+7Diopter，當均方根(gen)像(xiang)差(cha)小于0.1個波長(chang)時(shi)，液晶透鏡(jing)工作范(fan)圍(wei)為-6.4到(dao)+4.1Diopter。

　　?高壓放(fang)大(da)器(qi)推薦：ATA-7020

　　圖：ATA-7020高壓放大器指標參數

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