Electronic design of space-based LCVR measurement system

Wei HUANG; Jia-ben LIN; Jun-feng HOU; Yang ZHANG; Xiao-ming ZHU; Yuan-yong DENG; Dong-guang WANG

doi:10.37188/CJLCD.2021-0335

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Electronic design of space-based LCVR measurement system

Driving and Controlling | 更新时间：2022-07-25

- Electronic design of space-based LCVR measurement system
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 37, Issue 7, Pages: 849-860(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院国家天文台，北京 100101
  2.中国科学院中国科学院太阳活动重点实验室，北京 100101
  3.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Natural Science Foundation of China(11427901;11773040;11403047;11427803);Strategic Pioneer Program on Space Science, Chinese Academy of Sciences(XDA15320102;XDA15010800)
- DOI：10.37188/CJLCD.2021-0335
  CLC： V11;O753⁺.2
- Received：22 December 2021，
  
  Revised：25 January 2022，
  
  Published：05 July 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
Wei HUANG, Jia-ben LIN, Jun-feng HOU, et al. Electronic design of space-based LCVR measurement system[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(7): 849-860.
DOI：

Wei HUANG, Jia-ben LIN, Jun-feng HOU, et al. Electronic design of space-based LCVR measurement system[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(7): 849-860. DOI： 10.37188/CJLCD.2021-0335.

摘要

液晶可变相位延迟器（LCVR）由于其调制速度快、重量轻、无运动部件等特点成为空间光学仪器中新的研究热点。然而，LCVR中的液晶属于高分子材料，其空间适应性有待考核验证。由于地面环境模拟试验无法同时还原太空中的所有参数，因此亟需研制一台符合卫星搭载要求的LCVR空间特性试验仪，来研究液晶器件在真实星载环境下的电光性能（相位延迟-电压曲线稳定性）。本文分析了LCVR延迟测试系统的稳定性，并给出LCVR相位延迟-电压曲线的电子学测量方案。首先使用“零点”标定法设计了高稳定度的LCVR驱动；然后使用变频误差控制法，实现了LCVR的高精度恒温控制。其中LCVR驱动稳定度达到99.3%，LCVR恒温精度最高达到（35±0.1） ℃。在此基础上，对整机进行了力、热和电磁兼容试验，结果表明待测LCVR和电子学系统功能稳定，成功完成了LCVR这一首飞器件的空间光电测试系统在我国的首次研制，对液晶的空间化应用有着重要意义。

Abstract

Liquid crystal variable retarder （LCVR） has become a new research area for space-based optical instruments because of its fast modulation speed， light weight and no moving parts

.etc

. Nevertheless， the molecule in LCVR is a type of liquid crystal polymer， its space adaptability needs to be verified. Because we cannot simulate the space environment absolutely in the ground， it is necessary to develop a LCVR experimental device to study the electro-optic performance of LCVR in space. In this paper， the stability of a LCVR measurement system is analyzed， and an electronic measurement scheme for LCVR‍‍’‍s retardation-voltage curve is designed. Firstly， a zero-calibration method is proposed to improve the stability of the driving voltage for LCVR. Then， the high precision temperature control is realized by using frequency conversion error control method. The driving stability reaches 99.3% and the constant temperature accuracy reaches （35 ± 0.1） °C. Based on this， the mechanical， thermal and electromagnetic compatibility tests are carried out. The experimental results show that the electronic system are stable， and the first space photo-electric measurement system for LCVR is successfully developed in China， which is of great significance to the application of LCVR in space.

关键词

Keywords

references

侯俊峰，邓元勇，王东光，等 . 液晶调制技术在太阳磁场探测中的应用及展望［J］. 航天器环境工程， 2021 ， 38 （ 3 ）： 296 - 304 . doi: 10.12126/see.2021.03.009 http://dx.doi.org/10.12126/see.2021.03.009

HOU J F ， DENG Y Y ， WANG D G ， et al . Application and prospect of liquid crystal modulation technology in solar magnetic field detection ［J］. Spacecraft Environment Engineering ， 2021 ， 38 （ 3 ）： 296 - 304 . （in Chinese） . doi: 10.12126/see.2021.03.009 http://dx.doi.org/10.12126/see.2021.03.009

ZHAO X J ， BERMAK A ， BOUSSAID F ， et al . Liquid-crystal micropolarimeter array for full Stokes polarization imaging in visible spectrum ［J］. Optics Express ， 2010 ， 18 （ 17 ）： 17776 - 17787 . doi: 10.1364/oe.18.017776 http://dx.doi.org/10.1364/oe.18.017776

CASTELLANO J A . Liquid Gold ： the Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of An Industry ［M］. Singapore ： World Scientific Publishing ， 2005 ： 12 - 25 . doi: 10.1142/9789812565846 http://dx.doi.org/10.1142/9789812565846

HOU J F ， XU Z ， YUAN S ， et al . Instrumental polarization calibration and primary measurements ［J］. Research in Astronomy and Astrophysics ， 2020 ， 20 （ 4 ）： 045 . doi: 10.1088/1674-4527/20/4/45 http://dx.doi.org/10.1088/1674-4527/20/4/45

HARRINGTON D M ， SUEOKA S R . Polarization modeling and predictions for Daniel K. Inouye solar telescope part 1-Telescope and example instrument configurations ［J］. Journal of Astronomical Telescopes， Instruments， and Systems ， 2017 ， 3 （ 1 ）： 018002 . doi: 10.1117/1.jatis.3.1.018002 http://dx.doi.org/10.1117/1.jatis.3.1.018002

HOU J F ， WANG H F ， WANG G ， et al . Irradiation study of liquid crystal variable retarder for full-disk magneto-graph payload onboard ASO-S mission ［J］. Chinese Physics B ， 2020 ， 29 （ 7 ）： 074208 . doi: 10.1088/1674-1056/ab8c40 http://dx.doi.org/10.1088/1674-1056/ab8c40

ALVAREZ-HERRERO A ， URIBE-PATARROYO N ， PAREJO P G ， et al . Imaging polarimeters based on Liquid Crystal Variable Retarders： an emergent technology for space instrumentation ［C］// Proceedings of the SPIE 8160， Polarization Science and Remote Sensing V . San Diego ： SPIE ， 2011 ： 81600Y . doi: 10.1117/12.892732 http://dx.doi.org/10.1117/12.892732

侯俊峰，吴太夏，王东光，等 . 分时偏振成像系统中光束偏离的补偿方法研究［J］. 物理学报， 2015 ， 64 （ 6 ）： 060701 . doi: 10.7498/aps.64.060701 http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.060701

HOU J F ， WU T X ， WANG D G ， et al . Study on compensation method of beam deviation in division of time imaging polarimetry ［J］. Acta Physica Sinica ， 2015 ， 64 （ 6 ）： 060701 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.64.060701 http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.060701

LI F F ， XU Y Y ， MA Y H . Design of hyper-spectral and full-polarization imager based on AOTF and LCVR ［C］// Proceedings of the SPIE 9298， International Symposium on Optoelectronic Technology and Application 2014： Imaging Spectroscopy and Telescopes and Large Optics . Beijing ： SPIE ， 2014 ： 92980U . doi: 10.1117/12.2073012 http://dx.doi.org/10.1117/12.2073012

GLADISH J C ， DUNCAN D D . LCVR-based polarimetry： calibration issues ［C］// Proceedings of the SPIE 7566， Optics in Tissue Engineering and Regenerative Medicine Ⅳ . San Francisco ： SPIE ， 2010 ： 756609 . doi: 10.1117/12.842699 http://dx.doi.org/10.1117/12.842699

CAO Z L ， PENG Z H ， XUAN L ， et al . Design and fabrication of 2 kHz nematic liquid crystal variable retarder with reflection mode ［J］. Liquid Crystals ， 2020 ， 47 （ 6 ）： 870 - 881 . doi: 10.1080/02678292.2019.1686778 http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2019.1686778

ZHANG Y ， XUAN J B ， ZHAO H ， et al . Integrated spectral phase delay calibration technique for a liquid crystal variable retarder used in wide-bandwidth working channel ［J］. Optics & Laser Technology ， 2018 ， 108 ： 186 - 192 . doi: 10.1016/j.optlastec.2018.06.024 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.06.024

PUST N J ， SHAW J A . Dual-field imaging polarimeter using liquid crystal variable retarders ［J］. Applied Optics ， 2006 ， 45 （ 22 ）： 5470 - 5478 . doi: 10.1364/ao.45.005470 http://dx.doi.org/10.1364/ao.45.005470

MARSCH E ， ANTONUCCI E ， BOCHSLER P ， et al . Solar orbiter， a high-resolution mission to the sun and inner heliosphere ［J］. Advances in Space Research ， 2002 ， 29 （ 12 ）： 2027 - 2040 . doi: 10.1016/s0273-1177(02)00148-5 http://dx.doi.org/10.1016/s0273-1177(02)00148-5

PAREJO P G ， ÁLVAREZ-HERRERO A ， URIBE-PATARROYO N ， et al . UV radiation effects on liquid crystal variable retarders for aerospace applications ［C］// Proceedings of the 24th International Liquid Crystal Conference （ILCC 2012） . Mainz ： IEEE ， 2012 .

CASTI M ， FINESCHI S ， CAPOBIANCO G ， et al . Metis/Solar Orbiter polarimetric visible light channel calibration ［C］// Proceedings of the SPIE 11180 ， 2018 . Chania ： SPIE ， 2019 ： 111803C . doi: 10.1117/12.2536039 http://dx.doi.org/10.1117/12.2536039

CAMPOS-JARA A ， GARCÍA PAREJO P ， ÁLVAREZ-HERRERO A . Optimization of the response time measuring method for liquid crystal variable retarders ［J］. Journal of Vacuum Science & Technology B ， 2019 ， 37 （ 6 ）： 062930 . doi: 10.1116/1.5122786 http://dx.doi.org/10.1116/1.5122786

周源，李润泽，于湘华，等 . 基于液晶空间光调制器的光场调控技术及应用进展［J］. 光子学报， 2021 ， 50 （ 11 ）： 1123001 .

ZHOU Y ， LI R Z ， YU X H ， et al . Progress in study and application of optical field modulation technology based on liquid crystal spatial light modulators ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2021 ， 50 （ 11 ）： 1123001 . （in Chinese）

王刚，侯俊峰，林佳本，等 . 液晶可变延迟器相位延迟-电压曲线精确快速标定［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 4 ）： 827 - 833 .

WANG G ， HOU J F ， LIN J B ， et al . Accurate and fast calibration of liquid crystal variable retarder phase delay-voltage curve ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 4 ）： 827 - 833 （in Chinese） .

张颖，赵慧洁，周鹏威，等 . 液晶相位可变延迟器的光电特性研究［J］. 国外电子测量技术， 2009 ， 28 （ 3 ）： 17 - 20 . doi: 10.3969/j.issn.1002-8978.2009.03.006 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-8978.2009.03.006

ZHANG Y ， ZHAO H J ， ZHOU P W ， et al . Photoelectric characteristics of liquid crystal variable retarder ［J］. Foreign Electronic Measurement Technology ， 2009 ， 28 （ 3 ）： 17 - 20 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-8978.2009.03.006 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-8978.2009.03.006

DENG Y Y ， ZHANG H Y ， YANG J F ， et al . Design of the Full-disk MagnetoGraph （FMG） onboard the ASO-S ［J］. Research in Astronomy and Astrophysics ， 2019 ， 19 （ 11 ）： 157 . doi: 10.1088/1674-4527/19/11/157 http://dx.doi.org/10.1088/1674-4527/19/11/157

HOU J F ， WANG D G ， DENG Y Y ， et al . Interference effect on the liquid-crystal-based Stokes polarimeter ［J］. Chinese Physics B ， 2020 ， 29 （ 12 ）： 124211 . doi: 10.1088/1674-1056/abbbf4 http://dx.doi.org/10.1088/1674-1056/abbbf4

刘刚艳 . 基于CCD校准用LED光源热稳定性的研究［D］. 西安：西安工业大学， 2011 ： 62 - 63 .

LIU G Y . Study of thermal stability of LED light source used for CCD calibration ［D］. Xi'an ： Xi'an Technological University ， 2011 ： 62 - 63 . （in Chinese）

Views

350

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Characteristics of liquid crystal lens with concentric ring electrode structure

Laser scanning device and response speed modulation based on VA liquid crystal

Review on liquid crystal micropolarizer array for polarization imaging

Electrostatic measurement based on photoelectric effect of liquid crystal

Related Author

WANG Dong-guang

DENG Yuan-yong

Zhu Xiao-ming

ZHANG Yang

HOU Jun-feng

LIN Jia-ben

HUANG Wei

YE Mao

Related Institution

School of Optoelectronic Science and Engineering， University of Electronic Science and Technology of China

Department of Electrical and Electronic Engineering， Southern University of Science and Technology

School of Physics, Northeast Normal University

Center of Material Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences

State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China 130033 Postal code：130033
Tel：0431-86176059 Email：yjxs@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰