适用于自适应光学系统波前校正的离子液体电光性能研究

Ionic liquids which are short for room-temperature ionic liquids have high optical transmissivity and stable physicochemical properties. The light could pass it at all polarized directions. Ionic liquids transmissive wavefront correctors (ILTWC) based on electro-optical properties of ionic liquids could improve energy utilization ratio greatly. Moreover, the structure of ILTWC is similar to liquid crystal display (LCD) panels. Therefore, ILTWC with large diameter and high correction units density can be completed by transformation of LCD panels in low cost. The electro-optical properties requirements of developing ILTWC are proposed based on the requirements of adaptive optics wavefront correction for astronomical high-resolution imaging. Then, an experimental program to study electro-optical properties of ionic liquids is developed. And, the laws about ionic liquids electro-optical properties will be summed up based on the results of experiments. The composition of ionic liquids which used for ILTWC will be given according the laws. Finally a prototype of ILTWC will be developed. Due to ILTWC, the energy utilization ratio will not be a problem anymore. And, the application of ILTWC could simplify the optical structure of adaptive optics system, and reduce the cost and difficulty of developing astronomical adaptive optics system.

离子液体光学透过率高，性能稳定，对入射光的偏振方向无要求，根据其电光性能制作的透射式波前校正器能极大提高能量利用率。而且，离子液体透射式波前校正器的结构类似液晶面板，可以通过对液晶面板的改造完成，容易做到低成本，大口径，高校正单元数。本项目由天文高分辨率成像系统中自适应光学波前校正的需求出发，提出研制离子液体波前校正器对其电光性能的要求，并制定了离子液体电光性能的研究方案。拟通过实验的方法，确定离子液体在电场作用下折射率变化幅值和响应时间的影响因素（环境和结构）。进而总结出离子液体电场作用下折射率变化的物理规律，并设计出适合波前校正的离子液体。最终研制出能够进行波前校正的离子液体波前校正器样机。离子液体透射式波前校正器的研制成功，不仅能够解决透射式波前校正器能量利用率低的问题，而且透射式波前校正器的推广应用，能够大大简化复杂自适应光学系统的光路，降低天文自适应光学系统的研制成本和难度。

变形镜是自适应光学系统的核心元件，其性能在一定程度上决定了整个自适应光学系统的性能。目前自适应光学系统采用的大多是反射式变形镜，从光学设计的角度来说，反射式变形镜增加了系统结构的复杂度和研制成本。但是目前缺少能够媲美反射式变形镜性能的透射式变形镜。目前市场上能成熟应用的透射式变形镜只有液晶透射式变形镜，但是液晶透射式变形镜基于液晶的偏振效应，使用时至少损耗一半的光强。由于天文观测多为暗弱目标，因此损失一半的光强对天文观测影响很大。所以在天文领域，液晶透射式变形镜很少应用。离子液体光学透过率高，性能稳定，对入射光的偏振方向无要求，如果根据其光学性能制成透射式波前校正器将能极大的提高系统的能量利用率。本项目针对离子液体在光场调制方面的应用需求，开展离子液体光学性能的相关研究。主要研究了离子液体折射率在电场作用下和随温度变化时的改变情况。研究结果发现：离子液体折射率在电场作用下，只有加电的瞬间会有变化，然后是长时间的弛豫过程，最终趋于平稳。并且电压大小对其折射率无影响。离子液体折射率会随温度变化而改变，本项目中实验样品的折射率全部随温度升高而变小。本项目的研究结果指出可以利用离子液体的温度效应制作透射式空间光调制器，为研制相关器件提供了理论基础。