武汉泰达光电科技有限公司

产品搜索
产品分类
 
导航定位产品部
 
测姿测向产品部
 
精确授时产品部
 
稳定平台产品部
 
传感器产品部
 
光电产品部
 
石油钻井产品部
 
电磁产品部
 
工控产品部
 
高压产品部
新闻详情
【LCTF光谱仪】LCTF的工作原理

LCTF即Liquid Crystal Tunable Filters,中文一般译为液晶可调谐滤光片。LCTF型高光谱成像仪便是使用这种新型器分光器件的高光谱系统的统称。

偏振光干涉的光路和原理  

                                      偏振光干涉原理

参与合成椭圆偏振光的两束线偏振光,频率相同,相位差恒定,但其振动方向相互垂直,不能产生干涉。若将椭圆偏振光垂直入射于一偏振片,则参与合成椭圆偏振光的两束线偏振光,只有平行于偏振片透振方向的光振动分量才能透过偏振片,因此,透射光是两束具备振动方向相同、频率相同、相位差恒定条件的线偏振光,可以产生干涉,即偏振光干涉,如图a所示。  
 

液晶电控可调滤光片的结构原理

     
 
单级Lyot液晶可调谐滤光片结构示意图

液晶是界于固体和液体的中介相,一方面具有象液体一样的流动性和连续性、粘滞性,另一方面它又具有象晶体一样的各向异性。向列液晶类似单轴晶体,光轴与液晶分子的长轴方向一致。当对液晶盒加上外部电压时,由于液晶介电常数和电导率的各向异性,使液晶分子受到一种使分子轴取向改变的作用力,这种电场所引起的转矩会使分子轴发生旋转,因此在这种状态时,液晶盒的光轴和双折射率也会受电场影响。这就是液晶的电控双折射特性。

上图是单级Lyot型LCTF的结构示意图,由两个平行的偏振片(起偏器和检偏器)、液晶分子层以及固定相位延迟片组成 。波长为λ的光经过前一个偏振片后成为线偏振光 ,根据双折射效应可知 ,该线偏振光垂直于液晶层入射后 , 会产生平行于光轴振动的非常光(e光)与垂直于光轴振动的寻常光(o 光) ,它们再沿同一方向传播,但由于两光在液晶层内的传播速度不同,所以从液晶层出射后 ,o 光和 e 光间产生相位差δ= 2 πd Δn/λ 。其中 , d 为液晶层的厚度 ,Δn 为液晶对波长为λ的光的等效双折射率,而它依赖于波长λ,温度T 和加于液晶层上的电压V。故 o光和e光间的相位差又可表示为


δ = 2 πd Δn ( λ , T , V ) /λ .  (1)  

此时 ,虽然 o 光和 e 光是来自同一光线 ,且沿同一方向传播 ,但振动方向却相互垂直 ,故不能发生干涉。当它们通过石英晶体后相位差进一步加大 , 通过后一个偏振片后 ,o 光和 e 光振动方向平行 ,产生干涉,其透射比表示为


Tp = si n2( δ / 2) .    (2)


从(1)式和(2)式可以看出 , 当温度 T 恒定时 ,透过比 Tp 依赖于波长λ和电压 V , 当施加在液晶层上的电压发生变化时 , 透过比 Tp 将随之改变 , 从而达到波段调谐的目的 。  

当多个Lyot型滤光片组合在一起,便形成了LCTF。如下图所示,是一个由六级Lyot滤波片组成的简易LCTF模型。  
               


                                简易六级LCTF


给六个Lyot滤光片分别施加不同电压值,使得后一级Lyot滤光片的o 光和 e 光折射率差Δn均为前一级的二倍,即任意一个lyot滤光片的光程差均为前一级的二倍。调节Lyot滤光片的电压,使d Δ(n+1)=2d Δn。分别改变各级Lyot滤光片电压值,即可改变LCTF的光谱透过率特性。由偏振光干涉理论可知,第一级Lyot光谱图过滤为  
                     T1=cos(δ2/2)=(1+cosδ)/2=(1+cos(2 πd Δn/λ))/2       (3)  
由d Δ(n+1)=2d Δn得出  
                     T2=(1+cos2δ)/2                                 (4)  
                     T3=(1+cos4δ)/2                                 (5)  
同理可以得出T4,T5,T6的关系式,进而输出的总光谱透过率为  
                      T= T1xT2x T3x…T6                                (6)  
当Kλ=d Δn时(K为整数),光通过各级Lyot滤光片的透过率均为1,因此在K处的波段被选择输出,而其他波段均被阻止。调节加在各级Lyot滤光片上的电压,可改变不同的中心波长的窄带光波输出。如下图所示。

     



                             图.LCTF各级Lyot透过率曲线示意

LCTF型高光谱系统介绍  

典型的LCTF型高光谱成像仪一般由五部分组成:物镜、液晶可调滤光片、中继成像光学系统、相机和控制系统。  
 

   
   

                               LCTF型高光谱成像仪原理.


友情链接

信正科技:www.sit-china.com

昂格科技:www.sit-angle.com