液晶微透镜阵列在波前传感领域的应用概述

　　引　言

　　微透镜是一种典型的微光学元件,传统意义上的微透镜直径小于1 mm,具有成像质量好、单元尺寸小、集成度高等特点,使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能,并且能构筑许多新型的现代光学系统,在微小光学系统中可用于光准直、光耦合、光信息处理、光计算、光互连、光数据传输、高密度数据存储、三维显式成像系统、光束整形、空间光调制系统、波前探测、产生二维点光源,以及复印机、图像扫描器、传真机、照相机以及医疗卫生器械等方面[1-17]。

　　在自适应光学系统中,源自目标的光波经大气传输后进入光学系统以前,光波位相受到扰动,成像清晰度下降,为有效克服气动光学效应对成像探测的不利影响,需要简捷快速地获取与环境的静态或动态扰动密切相关的波前信息;随着大型激光装置的发展,大型激光系统中的光学元件对激光的光束质量有较大影响,需要检测激光通过每一放大级甚至每一光学元件后的光束质量和波前信息;同时,在一些光学元件的相函数检测中,波前信息的获取也必不可少。哈特曼波前传感器是一种适宜波前传感的技术,虽然在空间分辨率以及位相分辨精度上不如传统的干涉仪类相位测量装置,但在允许的精度范围内它具有快速、实时的特点,非常适合一些对探测精度不是十分精确的探测系统使用;除此以外,哈特曼波前传感器还可以探测一些随空间和时间变化的部分相干光以及退偏光波前。在目前的波前探测技术领域,波前探测主要基于夏克-哈特曼波前传感器,在实际工程中,哈特曼波前探测技术在动态测量领域遇到了新的问题。

　　随着液晶技术的发展,在波前传感探测方面获得了极大发展[18]的电控可变焦距液晶微透镜阵列越来越受到人们的重视。与传统透镜一样,电控可调焦距液晶微透镜阵列主要分为折射型透镜和衍射型透镜两大类,同时液晶微透镜阵列具有工作电压低、焦距可调等优点,非常适宜在哈特曼波前传感技术中对不同畸变程度的波前进行动态探测。目前,国外实用化的面阵电控液晶微透镜的响应速度已达到毫秒量级,相应于102量级的帧频,若干实验室级的红外液晶材料的响应速度也已达到微秒量级。随着技术的进步,响应速度会继续得到提升。采用液晶微透镜结构来制作波前探测器,对提高波前探测技术的快速捕获、识别及处理功能,无疑是一条有竞争力的技术途经。在液晶微透镜阵列的应用研究中,微透镜阵列的诸多特性参数,如焦距、像差、光能利用率、阵列均匀性以及制作工艺等都直接关系到光学系统的性能和精度。

　　下面对基于液晶微透镜阵列的哈特曼波前传感研究做一个简要的概述,主要包括哈特曼波前传感技术的发展、用于哈特曼波前波前传感的液晶微透镜阵列的类型、制作方法等。