本發明涉及光通信領域，具體來講涉及一種測量硅基液晶相位分辨率的裝置及方法。

背景技術：

目前，測量硅基液晶相位分辨率普遍采用邁克爾遜干涉儀的方法，需要測量干涉條紋的移動，由于搭建邁克爾遜干涉儀光路復雜，而且還要開發測量干涉條紋移動的算法；另外，由于檢測干涉條紋移動的精度有限，而干涉條紋移動的精度決定了相位分辨率精度，綜上所述，現有測量硅基液晶相位分辨率的方法較為復雜，且測量精度不高。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種測量硅基液晶相位分辨率的裝置及方法，能夠降低測量的復雜程度，且測量精度高。

為達到以上目的，本發明采取測量硅基液晶相位分辨率的裝置，包括環形器、單光纖準直器、透鏡、硅基液晶和功率計，所述環形器的一號端口用于接收光信號，二號端口用于發送光信號至所述單光纖準直器，所述單光纖準直器和硅基液晶分別位于透鏡的前后焦面上，所述硅基液晶用于接收單光纖準直器發來且穿過透鏡的空間光，并反射回去，所述單光纖準直器用于接收硅基液晶反射的反射光，并發送給環形器的第三端口，所述功率計用于檢測所述第三端口的功率。

在上述技術方案的基礎上，所述硅基液晶等效為衍射光柵結構。

本發明還提供一種測量硅基液晶相位分辨率的方法，包括：光信號從環形器的一號端口輸入，從二號端口輸出后進入單光纖準直器，經準直后的空間光通過透鏡后入射到硅基液晶上，硅基液晶的反射光通過透鏡耦合到單光纖準直器，再經過環形器第三端口輸出至功率計；調節硅基液晶相鄰像素間的相位差，同時觀察功率計，當功率計的測量值不變時，此時硅基液晶相鄰像素間的相位差，即為硅基液晶的相位分辨率。

在上述技術方案的基礎上，所述功率計的測量值＝10*logT，其中T表示單光纖準直器的耦合效率。

在上述技術方案的基礎上，所述單光纖準直器的耦合效率T為

其中ζ和ω₁²(Z)為參數，

ω₁為入射光光束的束腰半徑、ω₂為反射光光束的束腰半徑、λ為入射光的波長、Z₀為入射光與反射光束腰之間的軸向間距、μ為入射光與反射光束腰之間的徑向間距。

在上述技術方案的基礎上，所述徑向匹配參數μ受硅基液晶上空間光的反射角γ的影響，μ＝f·tan(γ)，其中f為透鏡的焦距。

在上述技術方案的基礎上，所述反射角γ通過以下公式求取，

其中α、β分別為參數，

α表示硅基液晶的液晶部分邊長大小，d表示硅基液晶的像素大小，γ₀表示空間光到硅基液晶的入射角，I表示空間光在硅基液晶上的反射光強，I₀表示空間光在硅基液晶的入射光強，δ表示硅基液晶相鄰像素間的相位差，λ表示入射光的波長。

本發明的有益效果在于：測量硅基液晶相位分辨率時，不用搭建復雜的裝置，也不用開發算法，根據功率計測量值的變化，一步步可以反推出硅基液晶相位分辨率，簡潔實用，降低測量的復雜程度，且精度高。

附圖說明

圖1為本發明實施例測量硅基液晶相位分辨率的裝置示意圖；

圖2為圖1中硅基液晶的等效光柵示意圖；

圖3為圖1中單光纖準直器耦合效率模型示意圖。

附圖標記：

環形器1，單光纖準直器2，透鏡3，硅基液晶4，功率計5。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明測量硅基液晶相位分辨率的裝置，包括環形器1、單光纖準直器2、透鏡3、硅基液晶4和功率計5，所述環形器1的一號端口用于接收光信號，環形器1的二號端口用于發送所述光信號至單光纖準直器2，由單光纖準直器2準直后發出空間光。單光纖準直器2和硅基液晶4分別位于透鏡3的前、后焦面上，所述硅基液晶4用于接收單光纖準直器2發來的、且穿過透鏡3的空間光，并將所述空間光反射回去。所述單光纖準直器2用于接收硅基液晶4的反射光，并發送給環形器1的三號端口，所述功率計5用于檢所述三號端口的功率。

本發明測量硅基液晶相位分辨率的方法，包括：

光信號從環形器1的一號端口輸入，從二號端口輸出后，進入單光纖準直器2，經單光纖準直器2準直后的空間光通過透鏡3后，入射到硅基液晶4上。硅基液晶4的反射光通過透鏡3耦合到單光纖準直器2，再經過環形器1的三號端口輸出至功率計5進行功率檢測；

調節硅基液晶4相鄰像素間的相位差δ，同時觀察功率計5，當功率計5的測量值不變時，此時硅基液晶4相鄰像素間的相位差δ，即為硅基液晶4的相位分辨率。

本發明的原理如下：

硅基液晶4等效為衍射光柵結構，如圖2所示，入射到硅基液晶4的空間光經過反射后，反射光強I表示為

其中α、β分別為參數，α表示硅基液晶4的液晶部分邊長大小(硅基液晶部分是正方形)，d表示硅基液晶4的像素大小，本實施例取值d＝8μm，a＝87％·d＝6.96μm；N表示硅基液晶4的縱向像素個數，γ₀表示空間光到硅基液晶4的入射角，I₀表示空間光在硅基液晶4的入射光強，λ表示入射光的波長，δ表示硅基液晶4相鄰像素間的相位差，最小相位差即本發明要測量的硅基液晶4的相位分辨率。

對(1)式作歸一化處理，得到

式(2)中，R是反射系數，表示反射光強I與入射光強I₀的比值。通過改變基液晶4相鄰像素間的相位差δ，就能夠改變反射光的反射角γ，最小反射角就對應硅基液晶4相鄰像素間的最小相位差，即硅基液晶的相位分辨率。所以只需要測量硅基液晶4的最小反射角就能得到硅基液晶4的相位分辨率。

如圖1所示，改變硅基液晶4相鄰像素間的相位差δ后，硅基液晶4的不同反射角導致返回到單光纖準直器2的耦合效率變化，從功率計5由三號端口測量到的功率就會有變化。

如圖3所示，X為入射光坐標系的徑向方向，Z為入射光坐標系的軸向方向；X′為反射光坐標系的徑向方向，Z′為反射光坐標系的軸向方向；

單光纖準直器2的耦合效率T表示為

其中ζ和ω₁²(Z)為參數，

ω₁為入射光光束的束腰半徑、ω₂為反射光光束的束腰半徑、λ為入射光的波長、Z₀為入射光與反射光束腰之間的軸向間距、μ為入射光與反射光束腰之間的徑向間距。

影響單光纖準直器2的耦合效率的因素包括：

模場匹配，對應參數ω₁和ω₂；

軸向匹配，對應參數Z₀；

徑向匹配，對應參數μ；

角度匹配，分別對應參數θ；

結合圖1，由于單光纖準直器2和硅基液晶4位于透鏡3的前后焦面上，硅基液晶4反射角γ的角度改變，僅影響圖3中的徑向匹配參數μ，即μ＝f·tan()γ，其中f為透鏡3的焦距。單光纖準直器2的耦合效率變化時，功率計5的測量值也隨之變化，且，功率計5的測量值＝10*logT，其中T表示單光纖準直器的耦合效率。因此，調節硅基液晶4相鄰像素間的相位差δ，同時觀察功率計5，當功率計5的測量值不變時，此時硅基液晶4相鄰像素間的相位差δ，即為硅基液晶4的相位分辨率。

本發明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。