高压放大器在液晶透镜特性测试中的应用
实验名称：液晶透镜特性测试
测试目的：作为成像系统中的调焦元件，液晶透镜的光学性能在系统中显得非常重要；由于液晶透镜的折射率分布随控制电极的电场分布变化而发生改变，其成像质量也会随之变化所以选定合适的控制电压对于液晶透镜实际应用于各种场景是重要的一步；选择合适的测试手段对液晶透镜不同状态下的光学性能进行测试，从而得到合适的电压状态，是进行使用液晶透镜进行成像实验前的准备工作之一。
测试设备：高压放大器、函数发生器、探测器、液晶透镜、电脑等。
实验过程：
图1：实验干涉光路图
实验包括数据采集和数据分析两部分，首先通过干涉光路取得含有波前信息的图像，再通过软件分析得到波前拟合的数值。
首先使用马赫-曾德尔干涉光路获取液晶透镜的波前数据，其光路结构如图1所示，532nm的激光经过扩束镜和偏振片后成为与液晶透镜中非寻常光方向一致的线偏振光，其光斑大小能够覆盖液晶透镜区域。该光束经过分光棱镜后分为两路，两路各自放置有角度可调的反射镜，其中一光路上放置上液晶透镜，两束光通过反光镜重新汇聚于一点，此处的分光棱镜将两路光重新汇聚于一路并发生干涉，通过成像镜头将液晶透镜的清晰像呈现在CMOS探测器上。
液晶透镜的驱动系统由函数发生器和高压放大器组成，将函数发生器输出的信号通过高压放大器放大10倍后输出，用于液晶透镜电压控制，函数发生器的信号由电脑编程控制以一定步长变换配合探测器拍照实现自动采集；最终得到一系列不同驱动电压下的液晶透镜波前状态数据图。
将通过马赫-曾德尔干涉光路获取的液晶透镜干涉条纹使用程序进行分析，经过滤波、去包络和Zernike多项式拟合等算法处理后得到每幅图像对应的液晶透镜的波前拟合情况，通过Zernike多项式各项系数计算出对应液晶透镜光焦度和均方根像差。对实验采集的一系列不同电压下的液晶透镜波前干涉条纹进行分析，得到不同驱动情况下的液晶透镜光焦度和均方根像差，并绘制电压与光焦度及像差关系图。
实验结果：
图2：光焦度随液晶透镜电压变化关系图
图3：均方根像差随液晶透镜电压变化关系图
实验结果如下图所示，图2为液晶透镜光焦度随控制电压变化趋势的伪彩色图，由于实验所用液晶透镜由两路电压控制，因此横坐标表示液晶透镜区域外的圆孔电极的电压V1，纵坐标表示液晶透镜区域内的圆形电极的电压V2，液晶透镜的光焦度大小由灰度深浅表示。由图中可得液晶透镜在驱动电压100V的范围内的光焦度变化区间为-6.5到+7Diopter。图3为不同驱动电压状态下的均方根像差，与左图类似，横纵坐标表示两路驱动电压的有效值，彩色表示液晶透镜该电压分布状态下的均方根像差大��，实验时根据像差大小选定合适的液晶透镜工作区间。
通过对液晶透镜的波前分布进行测量和拟合，得到液晶透镜不同驱动条件下的光焦度及均方根像差；实验得到该液晶透镜器件在100V以内的光焦度变化范围为-6.5到+7Diopter，当均方根像差小于0.1个波长时，液晶透镜工作范围为-6.4到+4.1Diopter。
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