向列相液晶分子结构与黏度关系研究及BPNN-QSAR模型建立

用于光学、微波通信调谐等器件的向列相液晶材料需要具备高响应速度来实现应用需求.液晶器件响应速度与液晶的旋转黏度、液晶的双折射率等因素相关.微波器件用向列相液晶,常采用大π-电子共轭体系、大极性基团来提高液晶分子的双折射率和介电各向异性,实现宽相位调制量,也因此增大了液晶材料黏度,影响了微波器件的响应速度.本文以液晶黏度因素为主线,对本课题组设计合成的42种向列相液晶在25℃时的黏度用旋转流变仪进行测试,从液晶化合物的结构角度分析影响液晶黏度的因素.首次建立向列相液晶分子结构与黏度的BPNN-QSAR定量构效模型,模型测试组预测值跟真实值之间的相关系数q²=0.607>0.5,说明模型可用于液晶化合物的黏度性能预测,并对影响黏度性能的分子结构描述符进行了探讨.从实际应用出发结合本课题研究,设计了两个系列7个大双折射率液晶分子, BPNN模型测试黏度量度小于同类型分子,实验测试值与模型测试值相近.     

模拟双星的液晶自适应校正分辨

研究了液晶自适应光学系统对模拟双星的校正.首先测定了LCOS液晶波前校正器的位相调制特性.结果表明其可以实现一个波长的调制量.同时,利用Gamma校正实现了位相和灰度级的线性调制关系.然后把液晶波前校正器和哈特曼波前传感器组成自适应光学系统,并和口径220 mm的望远镜对接,实现了对模拟双星的探测和校正分辨.     

基于GPU的液晶自适应光学波前重构计算

利用GPU进行液晶自适应光学波前重构的加速计算.介绍了液晶自适应光学的Zernike模式波前重构算法,详细论述了GPU的通用架构和GPU实现波前重构的方法,给出了GPU与CPU的实验对比结果.结果表明,GPU计算波前重构不但可以准确无误地计算出液晶波前校正器的灰度级分布,计算速度更是传统CPU波前计算的几十倍.     

液晶校正器漏光对闭环校正波前探测准确度的影响

研究了液晶分子排列对哈特曼波前探测器探测及闭环校正的影响.首先分析了分子排列对液晶校正器产生漏光强度的影响.详细探讨了在闭环校正过程中漏光对波前探测及校正准确度影响,当漏光比为40%时,产生的探测偏离误差为0.4;对于8%的漏光比,探测误差仅为0.08,可以忽略.最后分别做了扭曲和平行排列液晶校正器对静态畸变的闭环校正实验.对于漏光比为40%的扭曲液晶校正器,校正前后的PV和RMS值分别为:1.11 μm、0.25 μm和1.08 μm、 0.24 μm,说明漏光对闭环校正产生了严重影响.对于漏光比为8%的平行排列液晶校正器,通过闭环校正,波前的PV和RMS分别从1.58 m和0.22 m降到0.095 m和0.03 m,同时获得清晰的光纤束的像.结果表明,如果能够控制液晶波前校正器的漏光占总光强的比在8%以下,则可以获得高校正准确度.     

向列相液晶$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;CB(4-$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;-alkyl-4′-cyanobiphenyls, $lt;i$gt;n$lt;/i$gt;=5—8)的旋转黏度及其奇偶效应的分子动力学模拟

在全原子力场模型的基础上,对向列液晶nCB（4-n-alkyl-4′-cyanobiphenyls, n=5—8）进行了等压等温NPT系综下的分子动力学（MD）模拟.对MD的轨迹分析得到了二阶和四阶序参数以及描述液晶分子翻转运动的取向时间相关函数（TCF）,并通过一个近似的单指函数对TCF拟合得到了相关时间.在此基础上,计算了nCB（n=5—8）的旋转扩散系数（Rotational diffusion coefficient, RDC）.利用基于统计力学模型的Nemtsov-Zakharov方法和Fialkowski方法,分别计算了它们的旋转黏度系数（rotational viscosity coefficient, RVC）,进而分别讨论了RVC,RDC和相关时间的奇偶效应.与文献中的实验结果比较表明,该方法得到了合理的计算结果和一致的奇偶效应. 关键词： 旋转黏度 奇偶效应 分子动力学模拟 向列相液晶     

向列相液晶nCB(4-n-alkyl-4'-cyanobiphenyls,n=5-8)的旋转黏度及其奇偶效应的分子动力学模拟

在全原子力场模型的基础上,对向列液晶nCB(4-n-alkyl-4'-cyano biphenyls,n=5-8)进行了等压等温NPT系综下的分子动力学(MD)模拟.对MD的轨迹分析得到了二阶和四阶序参数以及描述液晶分子翻转运动的取向时间相关函数(TCF),并通过一个近似的单指函数对TCF拟合得到了相关时间.在此基础上,计算了nCB(n=5-8)的旋转扩散系数(Rotat ional diffusion coefficient,RDC).利用基于统计力学模型的Nemtsov-Zakharov方法和Fialkowski方法,分别计算了它们的旋转黏度系数(rotational viscosity coefficient,RVC),进而分别讨论了RVC,RDC和相关时间的奇偶效应.与文献中的实验结果比较表明,该方法得到了合理的计算结果和一致的奇偶效应.     

纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析

纯相位液晶空间光调制器作为波前校正器构成的高分辨率、低能耗、价格低廉、易于控制的自适应光学系统受到越来越多的关注.作为一种新型波前校正器件,它对波前像差的校正能力是反映其在自适应光学系统中应用的一个重要的指标,因此有必要仔细地研究它对各种像差的校正能力,以确定其可能的应用范围.波前校正器对各阶泽尼克像差的拟合效果有效地反映了该器件对不同像差的校正能力.利用256×256像素的纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)产生不同系数的前36项泽尼克像差分析LC-SLM对不同像差的校正能力.讨论了填充因子、离散像素 关键词： 液晶空间光调制器 相位调制 自适应光学 泽尼克多项式     

快速响应的硅基纯相位液晶器件对动态大气湍流波前的校正能力研究

液晶相位调制器的响应时间延迟是影响液晶自适应光学系统性能的一个主要因素, 为了提高系统的响应速度, 开发了一种快速响应的向列相液晶材料, 并制成了反射式硅基液晶器件(LCOS). 分析了该LCOS的相位调制特性及其对静态畸变波前和扰动波前的校正能力. 首先, 测量了LCOS的电光响应特性, 得出其780 nm相位调制量的响应时间为2 ms. 其次, 测量了LCOS的相位调制特性, 并对相位调制进行了线性化处理. 再次, 测量了用该LCOS搭建的液晶自适应光学系统的闭环和开环3 dB带宽, 它们分别为16和18 Hz. 最后, 给出了开环液晶自适应光学系统校正大气湍流的数值模拟结果, 结果表明. 系统的Strehl比由校正前的0.025上升到了校正后的0.225. 因此, 该液晶自适应光学系统可以对Greenwood频率为30 Hz以下的大气湍流进行较良好的校正.     

纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析

纯相位液晶空间光调制器作为波前校正器构成的高分辨率、低能耗、价格低廉、易于控制的自适应光学系统受到越来越多的关注.作为一种新型波前校正器件，它对波前像差的校正能力是反映其在自适应光学系统中应用的一个重要的指标，因此有必要仔细地研究它对各种像差的校正能力，以确定其可能的应用范围.波前校正器对各阶泽尼克像差的拟合效果有效地反映了该器件对不同像差的校正能力.利用256×256像素的纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)产生不同系数的前36项泽尼克像差分析LC-SLM对不同像差的校正能力.讨论了填充因子、离散像素     

可调谐液晶法-珀滤光片的研究

提出了一种可用于密集波分复用系统中的新型可调谐滤光片的设计方法,该设计利用了液晶的双折射现象,以及液晶盒内法-珀效应,从理论上分析了器件的光谱特性,计算了液晶分子的折射率调制和其分子转动角度的关系.并对器件进行了性能测试.实验结果与理论吻合较好.     

自适应光学波前校正器技术发展现状

波前校正器是自适应光学系统中的关键部件,相关技术已得到了多年的积累与发展。本文介绍了多种目前常用的波前校正器件,包括分离促动器连续表面变形镜、拼接子镜变形镜、薄膜变形镜、双压电片变形镜、微电子机械系统变形镜以及基于液晶技术的空间光调制器和自适应次镜等,给出了它们的实现方式及其基本工作原理,并从空间校正频率和校正速度等方面对各校正器的性能进行了比较。最后,总结了在新应用的需求下,波前校正器件的技术创新及发展趋势。     

Light efficiency of liquid crystal spatial light modulator using,for wavefront corrector in AO

Liquid crystal spatial light modulator (LC-SLM) has a series of attractive characteristics as a wavefront corrector in adaptive optics system such as compactness, high density integration, low cost and possibility of batch production. However it also suffers from several drawbacks such as low light efficiency. We present an analysis of the light efficiency of the phase by only using LC-SLM for wavefront corrector in AO system. The factors of polarization sensitive, pixel grid structure, phase quantization and limited phase stroke are discussed in theory. Simulation results are given based on a math model of a LC-SLM. The intensity variation results from pixel structure are measured. The light efficiency of the LC-SLM is tested for generating a series of Zernike aberrations. The effect of phase wrapping method is analyzed and tested. We demonstrate that the light efficiency reduces these factors. Experiment results from the use of the phase only liquid crystal spatial light modulator confirms these conclusions.     

人眼视网膜成像自适应光学系统设计

设计一套基于液晶空间光调制器的人眼视网膜成像自适应光学系统,以获得高分辨率视网膜图像,并且使该系统实现体积小,功耗低,成本低等优点.采用夏克-哈特曼探测器和基于硅基板上的液晶器件分别作为波前探测器和波前校正器.系统采用双对准光源以主观方式来使人眼对准,近红外光探测成像以减小对人眼的刺激.使人眼对有限距离对焦,以减小离焦对成像的影响,使该系统既可用于正常眼,又可用于近视眼.用ZEMAX软件对系统进行了模拟分析,认为该系统可获得高于3 μm的视网膜分辨率,该系统设计是合理可行的.     

液晶波前校正器特性研究

利用808 nm大功率连续激光器研究了液晶的光功率承受特性结果表明,当功率密度为133 W/cm2时,液晶还能保持原有的光学调制特性,而且可以长时间稳定工作测定了液晶的波长色散特性,发现,随着波长的增加Δn值逐渐减少,近紫外300~400 nm波段Δn变化47％,而在400~780 nm变化量为28％,在780~900 nm Δn变化了2％还研究了温度对液晶波前校正器衍射效率的影响,随着温度的升高Δn逐渐减小,当温度从10℃升到90℃时,对于16台阶菲涅耳透镜,衍射效率下降了70%;但当温度在20℃变化10℃时,对4台阶菲涅耳透镜衍射效率最大变化量为1.7%,而对16台阶菲涅耳透镜,衍射效率降低了1.2%.     

Diffractive characteristics of the liquid crystal spatial light modulator

The liquid crystal spatial light modulator (LC SLM) is very suitable for wavefront correction and optical testing and can produce a wavefront with large phase change and high accuracy. The LC SLM is composed of thousands of pixels and the pixel size and shape have effects on the diffractive characteristics of the LC SLM. This paper investigates the pixel effect on the phase of the wavefront with the scalar diffractive theory. The results show that the maximum optical path difference modulation is 41\,$\mu$m to produce the paraboloid wavefront with the peak to valley accuracy better than $\la$/10. Effects of the mismatch between the pixel and the period, and black matrix on the diffraction efficiency of the LC SLM are also analysed with the Fresnel phase lens model. The ability of the LC SLM is discussed for optical testing and wavefront correction based on the calculated results. It shows that the LC SLM can be used as a wavefront corrector and a compensator.     

Dielectric and electrooptical properties of hockey-stick-shaped liquid crystal with a negative dielectric anisotropy

We investigated dielectric properties of a hockey-stick-shaped liquid crystal (HLC). Two dielectric relaxation modes were observed at 0.91 kHz and 4.51 MHz. The low frequency relaxation modes in isotropic, smectic, and nematic phases are related to the motion of ions, collective tilt fluctuation, and rotation around the long molecular axis, respectively. Meanwhile, the high frequency relaxation modes in nematic and smectic phases was due to the rotation around the short axis of the molecules and hindered by the resistance of the ITO layers. We also examined the electrooptical response of the 5.0 wt% HLC-doped commercial nematic liquid crystal (LC) mixtures. The birefringence of the LC mixture was slightly increased, while the falling time and the rotational viscosity was decreased in the nematic phase.     

高准确度LCOS自适应光学成像系统的研究

设计了一种液晶自适应光学成像系统.系统中高准确度硅基板液晶(LCOS)器件被用来校正波前位相.LCOS的优势在于它具有几十万个校正单元,而传统的变形镜最多只有1 000左右的校正单元,这种驱动单元的优势使LCOS拥有更高的校正准确度.系统中哈特曼波前传感器被用来测量波前畸变.对点光源进行闭环校正实验中,CCD相机获取了一个高清晰光点图像.实验中波前校正准确度为PV=0.08 λ,rms=0.015 λ(λ=632.8 nm),系统接近衍射极限.     

基于GPU的液晶大气湍流模拟器波面生成的并行实现

为了使液晶大气湍流模拟器具有实时大气模拟能力,在GPU通用计算架构下提出了基于GPU的液晶大气湍流模拟器实时波面生成计算方法。针对液晶湍流模拟器高分辨率、高精度的特点介绍了湍流波面生成计算方法,论述了CUDA通用计算架构。建立基于GPU的波面生成模型,并对该模型进行了并行化优化和共享存储器优化。给出了采用CPU与GPU进行波面生成的实验对比结果。结果表明:采用GPU生成分辨率为256×256,192项Zernike多项式进行波面生成的平均时间为2.5ms,生成速度比CPU少两个量级,满足实时波面生成的要求。