基于体全息光栅的光学相控阵放大级设计

为了扩展光学相控阵的角度扫描范围,设计了基于体全息光栅的放大级,研究了光栅结构参数及其制作误差对性能的影响规律,提出了容差优化方法。研究结果表明:光栅厚度和折射率调制度是影响衍射效率的主要参数,光栅周期和光栅厚度是影响角度选择性的主要参数。光栅出入射角由光栅周期和光栅矢量倾斜角决定,在保持角放大率不变时,可以通过在出入射面内旋转介质调节这两个参数。实际制作中,光栅周期误差和光栅矢量倾斜角误差会导致衍射角偏离设计值,读出光波长越长,光栅周期误差的影响越小;光栅后面介质折射率越高,光栅矢量倾斜角误差影响越小。增加光栅厚度设计值可以减小光栅厚度误差对衍射效率的影响,而减小光栅厚度设计值可以减小折射率调制度误差对衍射效率的影响,实际制备时,需结合系统需求进行综合设计。     

基于复用体全息光栅的光学相控阵放大级串扰优化

提高各通道输出光信噪比,进行了复用体全息光栅的优化设计研究。推导了适用于角度放大器的多路复用体光栅耦合波理论,并与单路耦合波理论进行了比较。针对复用体光栅中的串扰问题,研究了调整光栅结构参数优化串扰的规律,并进行了实验验证。研究结果表明：当相邻两路体光栅的布拉格角间隔小于二者角度选择半宽之和时,相互间串扰较强,必须使用多路耦合波理论描述复用体光栅中波的衍射行为。调整相邻路体光栅的矢量倾斜角间隔、减小光栅周期和增加光栅厚度都可以降低串扰,其中调整矢量倾斜角和光栅周期优化效果明显但会降低角放大率,增加介质厚度不影响角放大率但需要厚度增加数倍才有效。     

基于复用体全息光栅的光学相控阵放大级串扰优化

提高各通道输出光信噪比,进行了复用体全息光栅的优化设计研究。推导了适用于角度放大器的多路复用体光栅耦合波理论,并与单路耦合波理论进行了比较。针对复用体光栅中的串扰问题,研究了调整光栅结构参数优化串扰的规律,并进行了实验验证。研究结果表明:当相邻两路体光栅的布拉格角间隔小于二者角度选择半宽之和时,相互间串扰较强,必须使用多路耦合波理论描述复用体光栅中波的衍射行为。调整相邻路体光栅的矢量倾斜角间隔、减小光栅周期和增加光栅厚度都可以降低串扰,其中调整矢量倾斜角和光栅周期优化效果明显但会降低角放大率,增加介质厚度不影响角放大率但需要厚度增加数倍才有效。     

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1024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2.0014°.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.     

纳米银掺杂的高效率全息聚合物分散液晶光栅制备

报道了一种基于掺杂纳米银聚合物分散液晶(PDLC)材料的高衍射率全息电控光栅的制备及特性。通过在原有聚合物分散液晶材料体系中添加适量的纳米银颗粒以制备体全息光栅,实验研究了掺杂不同质量比的纳米银颗粒对全息聚合物分散液晶(H-PDLC)体光栅的衍射效率、驱动阈值电压、响应时间的影响。实验结果表明,通过掺杂纳米银材料,能够优化聚合物和液晶两相分离结构,使聚合物与液晶分离更加彻底,显著提高H-PDLC体光栅的一级衍射效率,同时能改善体光栅的电光特性,缩短响应时间。初步分析表明,由于纳米银颗粒的表面等离子体效应和体系折射率匹配的优化改善了H-PDLC光栅的特性。     

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.     

基于多路复用体全息光栅的角度放大器设计

为设计基于多路复用体全息光栅的角度放大器, 建立了多路复用角度放大器(MAM)模型, 从效率均衡性和角度分布均匀性两个方面归纳了其设计规则; 研究了光刻过程中的误差对MAM性能的影响; 分析了实际发散光束对MAM性能的影响. 研究表明:控制光栅空间频率和光栅倾斜角可以实现需要的MAM角度分布, 控制光栅厚度和折射率调制深度可以实现MAM最佳衍射效率; MAM最大复用路数不超过10路; 增大光栅倾角或者记录光与工作光波长之比有利于抑制参考光角度误差带来的MAM出射角分布误差, 减小光栅厚度有利于抑制厚度误差与折射率调制深度误差对衍射效率的影响; 当远场发散角大于光栅角半宽时, 最佳衍射效率下降到50%以下且角度选择曲线失去局部最小值; 增大空间频率或者光栅厚度可以减小所需的折射率调制深度, 增多MAM可复用路数, 但是不利于效率均衡性设计和抑制发散光束的影响.     

基于多路复用体全息光栅的角度放大器设计

为设计基于多路复用体全息光栅的角度放大器, 建立了多路复用角度放大器(MAM)模型, 从效率均衡性和角度分布均匀性两个方面归纳了其设计规则; 研究了光刻过程中的误差对MAM性能的影响; 分析了实际发散光束对MAM性能的影响. 研究表明:控制光栅空间频率和光栅倾斜角可以实现需要的MAM角度分布, 控制光栅厚度和折射率调制深度可以实现MAM最佳衍射效率; MAM最大复用路数不超过10路; 增大光栅倾角或者记录光与工作光波长之比有利于抑制参考光角度误差带来的MAM出射角分布误差, 减小光栅厚度有利于抑制厚度误差     

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....     

新型聚合物分散液晶材料研制的电控体全息光栅

报道了聚合物分散液晶材料全息光栅元件的研制,并研究了聚合物分散液晶材料光栅的衍射特性及电控开关特性。该光栅结合了聚合物分散液晶材料的电控光开关特性和全息光栅的优点,在光通信器件、可调窗口、液晶显示等领域具有广泛的应用前景和巨大的潜在生产力。     

局域体全息光栅的衍射特性

基于三维耦合波理论，研究了两束有限宽度的任意偏振平面波干涉产生的局域体全息光栅的衍射问题。以单位均匀振幅的任意偏振平面波为例，给出了透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的解析表达式，讨论了记录过程和再现过程中入射的参考光波的偏振角对透射波和衍射波振幅的影响。计算结果表明，记录过程中的偏振角越小，形成的光栅内的耦合越强，衍射效率越高，但光束质量越差；再现过程中不同的偏振角，由于入射波和衍射波的电矢量的不同方向的耦合强弱不同，透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的振幅变化行为不同。     

基于液晶偏振体光栅的波导显示系统

液晶偏振体光栅作为一种新型波导耦合元件,因其较宽的角度响应带宽和独特的偏振特性而受到关注。然而,目前对液晶偏振体光栅的研究还在初步阶段,基于液晶偏振体光栅的波导显示系统主要存在出瞳范围较小的缺点。制备了中心波长为532 nm、光束垂直入射时反射衍射角为50°的液晶偏振体光栅,光栅峰值衍射效率达到75%。将其作为波导显示系统的耦合元件可实现图像的传输和显示。同时,设计和实现了出瞳在一维和二维方向上的扩展,将出瞳扩大了到14 mm×12 mm的范围。     

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。     

新型液晶光学相控阵的特性研究

将液晶作为平板光波导的上包层,构建了液晶光学相控阵器件.根据Frank-Oseen液晶连续体弹性形变理论与光栅衍射理论,研究分析了基于这种新型结构下液晶光学相控阵的传输特性,输出衍射特性和其它性能特性.研究结果表明,器件的传输电控相位延迟可以实现更大的光程差;阵列电极周期数目、电极宽度、电极间隔宽度等结构参量对器件的输出衍射光束的光强分布和半峰值全宽度影响很大,同时光束扫描的可行性得到论证;器件的响应时间提高了一个数量级,且其色散性能获得改善.为以后研制新型液晶光学相控阵提供了理论基础与技术设计依据.     

超短脉冲激光光束在一维反射型体全息光栅中的衍射

基于Kogelnik的耦合波理论,研究了在色散效应的影响下,超短脉冲激光光束在反射型体全息光栅中衍射的性质.研究给出了衍射光及透射光在频谱域及时间域的振幅及强度分布、光栅的光谱宽度及衍射效率随光栅参量及入射条件的变化.数值研究的结果表明,在光栅记录介质色散效应的影响下,衍射光束的光谱宽度减小,脉冲展宽,衍射效率降低.通过适当的选取光栅参量及入射条件,可以控制衍射和透射光束的频谱和时间强度分布,得到满意的衍射和透射光束的带宽和波形,从而可以将其应用于脉冲整形等技术中.     

全息液晶/聚合物透射光栅光学各向异性的研究

基于聚合物支撑(polymer scaffolding)形貌的全息液晶/聚合物透射光栅, 系统研究了光栅的光学各向异性. 在这种形貌的光栅内, 液晶不是以液滴的形态存在于富液晶区, 据此建立了相应光栅的简化模型, 然后在各向异性耦合波理论框架下研究了光栅的衍射特性. 详尽的衍射效率实验值和计算值比较, 很好解释了液晶/聚合物光栅的光学各向异性, 也证实了液晶分子大致沿着光栅矢量排列.     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

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...     

基于双重体光栅的波导显示系统视场扩展研究

体全息波导显示系统的视场角受限于光栅衍射响应带宽,无法满足人们对大视场显示的需求。为扩展波导显示视场角,基于严格耦合波理论模型分析了波导显示视场角的影响因素,进一步提出了一种可有效扩展衍射响应带宽的双重体光栅波导结构,通过变角度分次曝光法完成光栅制备,并搭建全息波导显示系统。成像结果表明,该显示系统的水平和竖直视场角可分别扩展至33.4°和22.6°,对角线视场角为40.3°。     

体相位全息光栅式波分复用器的研究

利用体相位全息光栅的优良特性,研制光栅式密集型波分复用器(DWDM)。准直后的信道波长通过体相位全息光栅两次衍射,在焦面上实现信道波长的分复用。阐述了体相位全息光栅的独特结构特点,给出了体相位全息光栅式密集型光波分复用器件的原理图,计算出各个信道的位置及间隔,用Zemax仿真出设计模型。相比于薄膜滤光片式器件而言,具有许多独特的优良特性,能够实现更密集更多信道数量的分复用。