基于EALCD的数字散斑照相术面内位移测量

　　1　引　　言

　　散斑照相术(digital speckle photography )是用一束激光照射漫射物体,在同一底片上记录物体位移或形变前后的2个或多个散斑图,再用光学方法从中抽取出表面位移或形变的信息,实现对工业精密仪器以及各种军用装置中重要部件形变的检测[1]。

　　目前,结合计算机与数字图像处理等技术,散斑法不仅可以测量静态问题,还可以测量动态问题;既可以测量面内位移,也可以用散斑剪切干涉法[3-4]测量离面位移、位移场导数及应变场,另外还可有效地应用于振动、断裂力学参量等的测量中。散斑测量的自动化程度也不断得到提高,并逐步实现了仪器化。

　　本文利用电寻址液晶(EALCD)和CCD取代传统散斑照相术中记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的烦琐的化学湿处理过程,实现其数字化。电寻址液晶又称空间光调制器,是本数字散斑照相系统的核心元件。

　　通过它可将二维图片直接输入到散斑干涉条纹图的拍摄光路中,完成相关记录。在信号源信号的控制下,它能对光波的某个参量进行调制。例如通过吸收调制振幅,通过折射率调制相位,通过偏振面的旋转调制偏振态等,从而将信源信号所荷载的信息写进光波之中。

　　2　电寻址液晶空间光调制器的基本原理

　　液晶是某些有机分子物质在一定的条件下呈现的一种特殊的物质状态,其结构介于液体、固体之间,称为中间态或中间相。因此,液晶具有双重性质,在一定程度上,既具有液体的流动性,又具有晶体所特有的各向异性。此外,由于液晶分子之间的相互作用力远低于固体分子之间的相互作用力,所以液晶的各向异性在外场下会发生显著的变化,这种变化远比各向异性晶体强烈。

　　当光入射到晶体上时,晶体中的电场发生变化,从而使液晶产生双折射。因此可以引起偏振响应和位相响应。电寻址的空间光调制器主要由单个分离的元素或像素结构组成,它的优势在于具有电子系统与光学系统之间的实时接口能力,但由于分立的像素结构,一方面将导致多重衍射图样;另一方面在电极间存在死区,最终影响携带信息的光波能量的有效利用。

　　基于液晶显示技术的液晶空间光调制器,既可以实现对光波的振幅调制,也可实现对光波的相位调制,而且可获得多极或连续分布的振幅或相位调制;同时,电寻址液晶还具有空间分辨率高、响应速度快、功耗低、体积小、易于光电接口等特点[2],因此电寻址液晶已经广泛应用于光信息处理领域。我们用电寻址液晶(EALCD)主要也是作为图像写入、读出器件。在这里,电寻址液晶作为空间光调制器,既用在输入面,也用在谱面。