基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法研究

针对闪耀光栅模型光束偏转角度数量分布有限的缺点,提出一种基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法。该方法控制液晶电极间相位差,通过改变液晶电极间相位差控制出射光波束方向。使用傅里叶光学方法推导该模型最大偏转角度、光束偏转角度与电极间调制相位关系以及衍射效率和偏转角度的关系。实验证明该方法可实现任意分辨角的光波束扫描, 在0.15°光束扫描范围内实现优于20 μrad的连续光束偏转。     

基于空间光调制器的光束大角度扫描技术研究

为实现一束激光在90°锥形范围内的扫描,利用液晶空间光调制器在光束偏转控制时精度高、无机械惯性等优点,研究并建立了基于液晶空间光调制器的光束偏转和角放大光路系统。提出了空间光调制器的可编程相位调制算法和角放大光路结构,推导了空间光调制器光束偏转角度与相位灰度驱动图的关系,设计了角度放大倍率高于22倍的角放大光路系统。在此基础上,建立了光束扫描控制实验系统,对该装置角度出射范围进行了测量,将实际的角放大倍率与设计值进行对比。实验结果表明:研制系统的出射视场角可达91.22°,并可通过畸变校正实现出射视场角范围内的规则形状扫描。该研究在光束敏捷控制、无线激光通信、目标搜索与追踪等领域具有重要的研究价值和应用前景。     

基于Wollaston棱镜的大角度液晶光束偏转系统

设计了一种能够应用于空间光通信的大角度高精度光束偏转系统。系统采用液晶空间光调制器(LCSLM)实现小角度光束偏转,采用多Wollaston棱镜级联实现角度放大。介绍了LCSLM和Wollaston棱镜的光束偏转原理,并对大角度高精度光束偏转系统进行了仿真分析。仿真结果表明系统能够实现角度范围为±13.25°的光束偏转。国内首次提出运用Wollaston棱镜来实现大角度的光束偏转。     

阵列波导激光相控阵光束偏转特性研究

研究了阵列波导激光相控阵的光束偏转特性,计算出光学相控阵的偏转角度与阵列波导相关参量之间的关系,绘制出光束偏转角与相关参量间的关系曲线。分析了阵列波导激光相控阵的三个性能指标:扫描范围、分辨率及能量效率,研究各阵列波导参数对于此三项指标的影响,据此分析出最优化的参数设计。根据阵列波导激光相控阵原理设计了仿真实验界面,自定义参数模拟光束的偏转效果。     

液晶光学相控阵可编程光束偏转研究

研究了一种一维透射式向列相液晶光学相控阵.建立了器件的数学模型,根据Frank-Oseen液晶连续体弹性形变理论计算了电场作用下液晶指向矢分布,定量分析了器件的相位延迟及衍射特性.研制了含1 024个驱动电极的实际器件,由FPGA对电极驱动电压进行可编程控制.经实验测试,该器件可以实现60个角度的准连续随机可编程电控偏转与扫描,最大偏转角度为2.001 4°.根据器件的理论模型,对光束偏转的衍射效率进行了定性讨论,发现电极之间形成的“相位凹陷”是形成衍射旁瓣的直接原因.     

基于Gires-Tournois谐振腔的二维光学相控阵反射镜

光学相控阵是激光雷达中实现非机械光束偏转的一种技术方案,针对现有光学相控阵存在的尺寸大、二维集成困难等问题,提出了一种可实现二维光束偏转的新型二维光学相控阵反射镜。该反射镜采用易于集成的面阵结构,同时利用Gires-Tournois谐振腔在谐振波长附近的色散特性放大相移。仿真结果表明,该结构在谐振波长附近具有较高的相移效率,为实现二维光束偏转提供了一种新的解决方案。     

光纤激光相控阵相干合成技术研究进展

主要介绍了近年来光纤激光相控阵相干合成技术的发展现状,总结了中国科学院光电技术研究所在这方面的最新研究成果,包括基于振幅调制的光纤激光相控阵相干合成能力优化、光纤激光相控阵实现收发一体相干合成、光纤激光相控阵的目标在回路相干合成、光纤激光相控阵在大气湍流下实现耦合接收光束的共相合束、基于多孔径波前探测的相干合成方法、基于自适应光纤准直器和微透镜阵列的光束大角度高精度连续寻址扫描等。以上研究工作将促进光纤激光相控阵技术朝向更多单元、更高功率、更远距离等方向演进,并推动其与激光大气传输、空间激光通信、自适应光学等理论和应用的结合与发展。     

基于液晶光学相控阵的非机械式光束扫描技术研究

基于衍射光栅原理,以反射式液晶光学相控阵为研究对象,针对波长1 550nm波段进行光束扫描角度计算.并对周期性和非周期性的扫描模式进行了仿真分析.编制了周期性和非周期性扫描模式的相位图程序及实验软件.实现了对光波的光学相位进行实时可编程控制.通过光束偏转实验,验证了最大偏转角度2.4.时,最大探测距离约为1.3 km....     

白光下液晶器件光程差分布的测试与单色光验证

提出了把液晶波片作为电控补偿器,使用偏光显微镜的白光照射条件下测试液晶器件光程差二维分布的方法,建立了液晶器件在正交偏光下测试二维光程差分布的验证系统。使用该系统测试了液晶电控波片的光程差分布,将测试数据与传统的1/4波片法的测试结果进行了标定,误差在3%以内。在此基础上,使用上述系统完成了液晶光楔、紫外光寻址的透过式液晶空间光调制器二维光程差分布的测试,得到了二者的电控二维光程差分布规律。该方法的进一步优化,还可以用于液晶光学相控阵列的测试。研究意义在于,可以用偏光显微镜自带的白光照明系统来测试电控液晶器件在多个波长,包括近红外波段下光程差二维分布的显微结构,用于液晶光学相控阵列的驱动电压非线性校正、相位凹陷与回程区检测,还可用于液晶空间光调制器的光学寻址伽马校正等方面。     

光学相控阵光束电扫描技术及仿真

光学相控阵技术是一种新型光束偏转及扫描技术,介绍了光学相控阵技术光束电扫描的原理,分析了光学相控阵主要参数及高斯光束替代平行光束入射对偏转效果的影响,研究了三种利用光学相控阵实现多光束扫描的方法。研究结果表明,为了提高光束质量应尽量减小单元周期,增大光学相控阵尺寸和填充率,但减小周期并不能完全抑制栅瓣,而高斯光束取代平行光束入射仅影响偏转光束的角宽度,所研究的三种多光束扫描方法均有效,三种方法各有优缺点。     

一种新的液晶相控阵组件波控方法

对于激光雷达中液晶相控阵组件,如何选取一定数量的扫描角度,使得光束扫描能够覆盖整个视场范围并满足扫描指标的要求是一个崭新的问题.提出了一种基于二元光栅波控模型的液晶相控阵组件扫描角度筛选方法;该方法利用二元光栅波控模型对液晶相控阵组件的光束扫描进行控制,并将扫描视场均匀覆盖、光束最大副瓣大小与衍射效率作为扫描角度筛选的约束条件,通过遍历对比的方式实现扫描角度的筛选.仿真结果表明该筛选方法有效可行.     

微透镜阵列光学相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵光束扫描技术在激光雷达、空间光通信和光开关等领域拥有巨大的应用潜力。微透镜阵列光学相控阵可以通过微透镜阵列间μm量级的相对位移同时对多个出射光束的二维倾斜相位进行调制,从而实现大角度二维光束扫描,具有出射口径大、结构简单、体积小、微惯性、多功能等优点。首先介绍了微透镜阵列光学相控阵的扫描原理,之后对微透镜阵列光学相控阵国内外的发展现状、应用和现阶段存在的问题进行了阐述,最后对微透镜阵列光学相控阵的发展趋势进行了展望。     

多孔径激光阵列光束排布模式及误差对相干合成效率影响的研究

多孔径激光阵列相干合束是获得高功率、高亮度激光束的有效方法。为了设计更有效的多孔径激光阵列相干合成系统,主要分析了三光束"品"字形、七光束六角形、十九光束大六角等工程应用中的典型激光阵列排布模式对合成功率的影响,并基于MATLAB模拟了不同阵列排布情况下的激光相干合成情况,讨论光束排列的位置误差、发射光束光轴角度偏移误差以及各个相干合成阵列激光器之间的活塞相位误差对合成效率的影响。结果表明,不同的激光阵排布在观察位置处的光强分布差别很大;各光束之间的角度偏差越小,初始相位差越小,相干合成的效率越高。这些结果将对于指导设计多孔径激光阵列相干合成系统有重要意义。     

一种液晶相位调制特性的测量方法

提出一种基于衍射光栅的液晶相位调制特性测量方法.该方法利用液晶构建相位分别为0和φ的二值光栅,通过傅里叶光学的方法推导衍射光栅第0级衍射光斑光强和调制相位φ之间的关系,然后实测光强和液晶驱动电压之间的对应关系来得到相位和液晶驱动电压之间的对应关系,即液晶相位光栅的相位调制特性.最后利用测量相位调制特性结果构建液晶相控阵,用光束偏转误差验证调制特性测量结果,相位测量误差小于1×10~(-3)rad.     

提高距离准测率的激光轴同步偏转控制技术

针对手动跟踪设备激光测距机对空中运动目标距离准测率低而难以建立目标航路的问题,提出了一种激光轴同步偏转控制技术。用摄像机摄取目标图像,并由图像处理器求出跟踪误差,控制测距机中的某些小型零部件偏转,同步改变激光发射和接收光轴,有效补偿跟踪误差,以达到提高距离准测率的目的。详述了激光发射和接收光轴变化的原理和计算方法以及激光发射与接收轴同步偏转控制技术的原理和实现方法,分析了使用该技术对跟踪仪性能的影响,介绍了室内台架试验和室外跟踪试验的试验情况,并由试验结果得出了在手动跟踪设备采用本技术后距离准测率可明显得到提高的结论,具有较高的应用和推广价值。     

一种大型望远系统波前检测的方法

 对传统S-H波前检测方法进行了改进的基础上，设计了一套适应于大型望远系统的波前检测方案。利用五角棱镜光束转向系统形成大型望远系统各子孔径准参考光束，实现依次扫描各子孔径；并用改进的S-H波前传感器实现依次探测各子孔径的波前。理论分析证明了由五角棱镜的制造误差和运动误差引起的波前倾斜误差在微变情况下，可通过波前修正方法予以修正，可有效地再现出望远系统自身波前误差。该方案可适用于大口径望远系统的波前检测。     

基于双液晶偏振光栅的机载光电跟瞄平台技术研究

为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度坐标即可计算出两共轴光栅旋转位置,通过两共轴光栅的旋转来进行光束偏转;相比传统双棱镜光束偏转模型反向公式,该模型具有模型简单、运算快速、精度较高等优点;将基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束偏转反向公式模型与线性二次型调节器控制算法相结合嵌入控制板以实现跟踪功能。通过试验检测了系统跟踪性能结果表明：该双液晶偏振光栅跟踪模型在载体扰动的情况下可以实现目标跟瞄,在动态跟瞄实验中,采用视轴解耦与线性二次型调节器相结合的控制策略使得系统跟瞄精度得到明显提升,相比比例积分微分控制器系统方位与俯仰轴实时跟踪残差峰峰值均下降40%以上,在2°@0.5 Hz与5°@0.2 Hz载体扰动情况下双轴脱靶量均方根值综合统计数值分别达到328μrad与289μrad,验证了所提跟瞄模型的有效性。     

垂直腔面发射激光器相干耦合阵列二维光束偏转

通过建立数值模型,分析了垂直腔面发射激光器相干耦合阵列单元数量、单元间距、单元间相位差对光束质量及偏转角度的影响.仿真结果表明,单元数量越多,发散角越小;单元间距越小,旁瓣强度越小;单元间相位差越大,偏转角度越大.因此,设计相干阵列时,需要尽量减小单元间距,增大阵列规模,实现单元间大相位差的控制.实验制备了3单元相干耦合阵列,通过分离电极实现了单元注入电流的独立控制以及单元间相位差的控制,最终实现二维方向上的光束操控.     

激光核聚变诊断设备双光束交汇瞄准技术研究

 针对惯性约束激光核聚变诊断设备的精确安装瞄准问题,提出一种新的基于双光束交汇瞄准系统。瞄准指示光学系统采用里斯特显微物镜结构,物像距为180mm,放大倍率为10倍,数值孔径为0.25。机械结构设计采用二维指向可调、沿瞄准指示光学系统光轴可以移动的三维调整机构。系统整体占用空间锥角为28°,小于设计要求极限30°。分析了系统的瞄准误差,结果表明该系统的瞄准精度可达到25μm。该系统瞄准精度有望在激光核聚变靶室得到广泛应用。     

反射式液晶空间光调制器电控光束偏转

为获得较大的光束电控偏转范围,使用空间分辨力高达8 m的反射式液晶空间光调制器实现了对入射632 nm激光的电控偏转。利用双光束共焦干涉方法测量了液晶空间光调制器的电控相位延迟特性,最大相移量可达3。根据二元光学理论和器件的电控相位延迟特性,设计了周期台阶相位模式和相应的加载灰度图,以最大衍射效率实现对入射光束的闪耀电控偏转。结果表明:相位模式台阶数为8时,可以实现10 mrad的光束偏转,闪耀级次衍射效率可达46%。利用二元光学的衍射模型对影响衍射效率的关键因素进行了分析,认为器件较低的填充因子和周期台阶模式相位重置点诱导的指向矢回程区是限制光束衍射效率的主要因素。