液晶可调滤波器工作原理

2.2.1　液晶可调滤波器工作原理

要了解液晶可调滤波器的工作原理，首先应该知道法布里－珀罗（FP）干涉仪的工作原理。典型的法布里－珀罗干涉仪有一对高度抛光的反射镜，以一定的距离面对面平行放置，以形成一个谐振腔。所有波长的光输入到干涉仪上后，在两个反射镜之间多次反射并发生干涉，这样就会在输出端形成同心圆环状的干涉条纹。不同波长的光被分成不同的圆环，并从干涉条纹的中心向外以不同的角度被分开。当使用准直光束时，FP干涉仪就可作为一个可调光学滤波器，只有对应中心圆或干涉级次的单一波长的光才能透射过去，从而达到用于通过特定波长，并阻碍其他波长通过的目的。最基本FP干涉仪系统有一个空气隙，可以通过改变谐振腔内的气压来调节FP系统的波长。

FP干涉仪具有很高的光谱分辨率，能保证图像质量，并且对于一个给定的光谱分辨率具有最高的光通量。使用FP干涉仪作为可调光学滤波器，再使用准直光束与成像探测器配合，这样的光通量比光栅分光计大得多。

如果使FP干涉仪系统的谐振腔内充满液晶，可以显著地改善传统的FP干涉仪性能，这种结构称为液晶可调滤波器（LCTF）。通过施加一个低压电场可以改变液晶的折射率，这就等同于改变两个反射镜之间的物理距离或腔内的压力。基于可调光学滤波器形式的光谱相机具有全固态、坚固、紧凑和易于使用的优点，并可以快速、准确、稳定地进行光谱选择。液晶可调滤波器单元的透光层可以蚀刻成独立可调的，这样可以分别调谐到干涉仪工作范围内的任何一个波长上。

进一步把在不同波段的多块LCTF集成到一个系统中，就可以对每一个波段动态选择。这种配备多个分块可调滤波器的成像器能真正实现同步多光谱成像，即将每个光谱通道独立地调节到各自的波长上，可以实现在多个波长上同时成像。这种成像创建的数据量小，处理简单。

LCTF的这些创新性设计使多光谱成像系统成功地集机械稳定性、便携性、高光谱分辨率、高亮度和低成本于一身。LCTF的功率仅为几瓦，而且可以在任何地方很容易地进行装配。图2－3所示是Meadowlark光学公司新近推出的一款可选带宽型可调谐光学滤波器。这款光学滤波器可调谐波长范围为420～730nm。

图2－3　Meadowlark光学公司的一款可选带宽型可调谐光学滤波器