一种应用于激光通信的多通带液晶可调谐滤光方法

1.本发明涉及激光通信技术领域，具体涉及一种应用于激光通信的多通带液晶可调谐滤光方法。


背景技术：

2.激光通信组网技术是构建空间一体化网络布局的重要手段，也是未来空间激光通信主要发展方向。空间组网系统所包含的主光端机与多个子光端机，为了顺利完成目标搜索、识别、跟瞄和信息交换的功能，需要不同谱段的光谱信息。
3.液晶可调谐滤光片是以液晶作为电控可调谐光学材料，在激光通信技术领域有着重要应用。在激光通信技术领域可以用来实现通信信道的切换和光谱通道的选择。可调谐滤光片的种类有很多，基于液晶双折射效应和电光效应的可调谐滤光片，具有连续调谐、调谐范围宽、通光孔径大和可靠性高等优点。但是，目前已存在的可调谐液晶滤光片主要有lyot型和solc型，lyot型相较与solc型具调谐范围宽，光谱分辨率高和装调误差小的优点，但传统的lyot型液晶可调谐滤光片为单个通带波长输出，其输出的能量不能满足于通信信息交换的需求。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服传统的lyot型液晶可调谐滤光片为单个通带波长输出，其输出的能量不能满足于通信信息交换需求的缺陷，从而提供一种应用于激光通信的多通带液晶可调谐滤光方法。
5.一种应用于激光通信的多通带液晶可调谐滤光方法，包括以下步骤：s1：确定初始参数，确定在可见波段和近红外波段同时产生波长彼此分离的透射峰数量m和主透射峰波长λ0（可记作）；s2：设置级联初始条件，所述级联包括两个偏振片和一个液晶，两个所述偏振片的透射光轴相互平行,且两个所述偏振片光轴方向与液晶的o光光矢量方向夹角为45
°
，根据公式确定单个级联的透光率；s3：设置n个与步骤s2中级联结构相同的级联，根据公式确定n个级联的总透光率；s4：计算各级联液晶延迟量，根据干涉原理，将主透射峰位置设置为干涉极大值，得到各级级联液晶所需引进的延迟量，各级级联液晶所需引进的延迟量根据下列公式得出：；s5：调整液晶外部电信号，根据各级液晶延迟量大小，通过软件调整施加在各级联液晶外部的电压值，驱动液晶光学参数改变，实现多通带光谱输出。
6.进一步，所述步骤s4具体为：s4.1：将所述步骤s1中确定的透射峰数量m和主透射峰波长λ0带入到延迟量公式,
计算出第一级联的液晶延迟量δ1；s4.2：计算第一级联携带透射峰波长，第一级联携带透射峰波长数量为，根据步骤s4.1中得到的延迟量δ1计算干涉级次为时的第一级联携带透射峰波长，其中，1≤k＜m
·2n-1
的正整数；s4.3：计算其余级联的液晶延迟量，重复步骤s4.2，计算并判断主透射峰波长λ0和第一级联携带透射峰波长在该联液晶是否存在干涉极大值。
7.进一步，所述主透射峰和第一级联携带透射峰之间错开，且主透射峰和第一级联携带透射峰之间有抑制光透过的带间间隙。
8.进一步，所述主透射峰波长λ0带宽最窄，第一级联携带透射峰波长随着远离主透射峰波长λ0程度越来越宽，透射能量越来越大。
9.进一步，所述方法中不同主透射峰均伴有相同数量的携带透射峰，携带透射峰位置随着主透射峰位置的改变整体产生平移。
10.进一步，所述单个级联的透光率为：，（i=1,2,
……
），i为级联层数；其中，为液晶的位相延迟量，。
11.进一步，所述n个级联的总透光率为：。
12.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
14.本发明技术方案中主透射峰输出的同时伴有携带透射峰输出，同时在不牺牲通带宽度的情况下能够明显的减少级联数量，满足信道切换的前提下有效的提高了光谱输出能量，满足了通信信息交换的需求；在本发明的技术方案中，输出的多通带峰值能够有效错开，且通带之间产生了抑制光透过的带间间隙，保证了通信信道的切换需求；在本发明的技术方案中，主透射波长带宽最窄，携带透射波长随着远离主波长程度越来越宽，能够透过的光谱能量越大；另外，不同主透射峰均伴有相同数量的携带透射峰，且随着主透射峰位置的改变，携带透射峰位置整体产生平移，实现宽谱段的调制覆盖。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明方法实施流程图；图2为光束在级联中发生偏振干涉的示意图图3为3通带液晶可调谐滤光片透过率曲线图；
图4为2通带液晶可调谐滤光片透过率曲线图；图5为不同主透射波长的多通带液晶可调谐滤光片透过率曲线图。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
21.实施例1一种应用于激光通信的多通带液晶可调谐滤光方法，包括以下步骤：s1：确定初始参数，确定在可见波段和近红外波段同时产生波长彼此分离的透射峰数量m为3，主透射峰波长λ0为400nm；s2：设置级联初始条件，所述级联包括两个偏振片和一个液晶，光源发射的宽波段光束，光束经过偏振片p1作用后的线偏振光进入液晶a，光波被分解为两束相干的偏振光，出射到偏振片p2上发生偏振干涉，原理如图2所示，设偏振片p1的透射光轴与p2的透射光轴相互平行，液晶a的o光光矢量方向与偏振片透光轴方向夹角为45
°
，则光束经过单个级联后的透射率可表示为：，（i=1,2,
……
）i为级联层数（1）；其中，为液晶的位相延迟量，；ne为液晶的e光折射率，no为液晶的o光折射率，di为级联的液晶厚度；s3：设置三个与步骤s2中级联结构相同的级联，三个单级级联后总透射率表示为：（2）；s4：计算各级联液晶延迟量，根据干涉原理，将主透射峰位置设置为干涉极大值，得到各级级联液晶所需引进的延迟量，各级级联液晶所需引进的延迟量根据下列公式得出：
，（3）；公式中，n为级联数；根据公式（3）计算各级联的液晶延迟量，并且计算光束单独经过第n个级联液晶作用时，会出现的携带透射峰：（4）并判定各级联延迟量设计的合理性，第一级联液晶的所有透射峰，即主透射峰和携带透射峰，在其余各级联液晶均是透射峰时，认为本发明够实现多通带滤光，具体如下：s4.1：根据公式（3）计算第一级联液晶延迟量δ1为1200nm；s4.2：计算第一级联（n=1时）携带透射峰波长，当k=1时，干涉级次为m
×2n-1-1=2，此时第一级联携带透射峰波长λ
1,1
为600nm；当k=2时，干涉级次为m
×2n-1-2=1，此时第一级联携带透射峰波长λ
1,2
为1200nm，可见输出光谱应在400nm、600nm和1200nm处出现峰值输出;s4.3：计算其余级联的液晶延迟量，重复步骤s4.2，在第二级联（n=2时）内，第一级联透射峰值波长λ0、λ
1,1
和λ
1,2
在该级联内存在干涉极大值，其干涉级次分别为6、3和2；在第三级联（n=3时）内，第一级联透射峰值波长λ0、λ
1,1
和λ
1,2
在该级联内存在干涉极大值，其干涉级次分别为12、8和4;由此可见本发明能够实现三通带波长输出；s5：调整液晶外部电信号，根据各级液晶延迟量，通过软件调整施加在各级液晶外部的电压值，驱动液晶光学参数改变，最终实现多通带光谱输出，如图3所示；图3是三通带波长输出的透射率曲线，主透射峰输出的同时伴有携带透射峰输出，透射峰处透过率均为1，且主透射峰的带宽为16nm，携带透射峰1的带宽为36nm，携带透射峰2的带宽为154nm。本发明应用了三个级联，在不牺牲主透射峰带宽的情况下能够明显的减少级联数量，满足信道切换的前提下有效的提高了光谱输出能量。由图3可以看出，本发明输出的多通带峰值能够有效错开，且通带之间产生了抑制光透过的带间间隙，保证了通信信道的切换需求。并且，主透射波长带宽最窄，携带透射波长随着远离主波长程度越来越宽，能够透过的光谱能量越大。
22.实施例2本实施例与实施例1中步骤相同，本实施例中将透射峰数量m设置为2，主透射峰波长λ0设置为400nm，且级联个数设置为两个；按照上述方法步骤可以得出第一级联（n=1时）液晶延迟量δ1为1000nm，k=1时，干涉级次为m
×2n-1-1=1，此时第一级联携带透射峰波长λ
1,1
为1000nm，可见输出光谱应在500nm和1000nm处出现峰值输出；计算其余级联的液晶延迟量时可得知：在第二级联（n=2时）内，峰值波长存在干涉极大值，其干涉级次分为6和3；在第三级联（n=3时）内，第一级联透射峰值波长λ0和λ
1,1
在该级联内存在干涉极大值，其干涉级次分别为12和6，由此可见本发明能够实现二通带波长输出。根据各级液晶延迟量，通过软件调整施加在液晶外部的电压值，驱动液晶光学参数改变，最终实现多通带光谱输出，如图4所示，是二通带波长输出的透射率曲线，可见本发明能够输出多通带光谱，本发明具有通用性。
23.实施例3
本实施例与实施例1和实施例2中步骤相同，本实施例中将透射峰数量设置为3，主透射峰波长分别设置为400nm、420nm和450nm，级联个数设置为三个（n=1,2,3）；按照上述方法步骤可以得出不同主透射峰情况的下的第一级联（n=1时）的液晶延迟量δ1分别为1200nm、1260nm和1350nm，当k=1时，干涉级次为m
×2n-1-1=2，主透射峰为400nm时第一级联携带透射峰波长λ
1,1
为600nm，主透射峰为420nm时第一级联携带透射峰波长λ
1,1
为630nm，主透射峰为450nm时第一级联携带透射峰波长λ
1,1
为675nm；当k=2时，干涉级次为m
×2n-1-2=1，此时主透射峰为400nm时第一级联携带透射峰波长λ
1,2
为1200nm，主透射峰为420nm时的第一级联携带透射峰波长λ
1,2
为1260nm，主透射峰为450nm时的携带透射峰波长λ
1,2
为1350nm；具体见表1：表1 不同主透射峰的携带透射峰计算其余级联（n=2,3）的液晶延迟量时可得知各级联内峰值波长存在干涉极大值，具体数值见表2：表2 主透射各级级联干涉级次根据各级液晶延迟量，通过软件调整施加在液晶外部的电压值，驱动各级液晶光学参数改变，最终实现多通带光谱输；如图5所示，图5是不同主透射波长的多通带液晶可调谐滤光片透过率曲线图，显见，不同主透射峰均伴有相同数量的携带透射峰，且随着主透射峰位置的改变，携带透射峰位置整体产生平移，由此可以实现宽谱段的调制覆盖。
24.实施例4本发明还包括一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
25.本发明还包括一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
26.本技术实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（read only memory，rom）、可编程只读存储器（programmable rom，prom）、可擦除可编程只读存储器（erasable prom，eprom）、电可擦除可编程只读存储器（electrically eprom，eeprom）或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器（random access memory，ram），其用作外部高速缓存。通过
示例性但不是限制性说明，许多形式的ram 可用，例如静态随机存取存储器（static ram，sram）、动态随机存取存储器（dynamic ram，dram）、同步动态随机存取存储器（synchronous dram，sdram）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（double data rate sdram，ddr sdram）、增强型同步动态随机存取存储器（enhanced sdram，esdram）、同步连接动态随机存取存储器（synchlink dram，sldram）和直接内存总线随机存取存储器（direct rambus ram，dr ram）。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
27.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，dsl））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，高密度数字视频光盘（digital video disc，dvd））、或者半导体介质（例如，固态硬盘（solid state disc，ssd））等。
28.在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
29.应注意，本技术实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
30.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。