液晶光学相控阵光束偏转效率研究(英文)

液晶光学相控阵(LCOPA)的光束偏转效率(OSE)定义为一级衍射光强与总入射光强的比值,它受很多因素的影响,因此建立一个数值分析的模型来分析光束偏转效率。这个模型将液晶光学相控阵器件当作一个相位光栅和一个振幅光栅的组合体,可控变量既包括几何结构参数又包括相位分布的参数。理论研究了光束偏转效率和三类因素即偏转角、器件参数及理想与实际相位分布误差之间的关系,提出了改善光束偏转光效率的方法。结果表明随着偏转角的增大光束偏转效率将会减小,而增大填充因子、减小像素大小会提高光束偏转效率。均匀排布像素并不能获得最佳偏转效率,需要使用如时域有限差分等方法来得到最佳的像素分布。减小相邻相移器之间的间隔、提高相位回置值可以明显提高光束偏转效率。     

可实现二维光束偏转的液晶相控阵模型

针对常用的闪耀光栅模型只能实现一维光束偏转、 分布不匀、偏转范围离散的不足,本文提出了一种基于微波相控阵的液晶二维光束偏转模型 。该方法通过直接控制电极相位差来改变光束偏转方向。在进行有效精确的光束偏转前,需 要对输出量进行线性度和耦合度测试。结果表明该方法具有很好的线性度,二维方向上存在 一定的耦合度。接着对二维偏转精度进行了实验,结果表明在2.1 mr ad偏转范围内实现了在x方向上优于14的连续偏转,以及在y方向上优于12的连 续偏转。最后,本文在一维偏转的基础上,实验并分析了相位图的旋转角度对偏转精度的影 响。因为探测器分辨率以及耦合度的影响,提高偏转精度可以通过利用高分辨率的探测器或 对解耦技术进行研究。     

液晶空间光调制器用于光束偏转控制的衍射效应

液晶空间光调制器(LC-SLM)能实现光束动态偏转,而它的像素结构以及相位回卷方法造成的衍射效应使其光效率降低.通过数值仿真和实验分析了像素结构造成的衍射效应,给出了像素填充因子和衍射效率的关系.利用256 pixel×256 pixel的液晶空间光调制器构建动态光束偏转实验装置,使入射光束偏转不同角度时测量远场光斑强度,得到衍射效率随光束偏转角的变化关系.理论分析与实验结果表明,填充比越小,像素结构造成的衍射效应越强,衍射效率降低;当填充比为0.85时衍射效率的测量值仅为51.3%.相位回卷方法使液晶空间光调制器形成类似闪耀光栅结构,随着光束偏转角度的增大,衍射效率降低.     

基于液晶相控阵的光束偏转控制方法研究

液晶相控阵作为一种新型的可编程相位调制器件,可实现小角度范围内的光束偏转。但由于液晶相控阵制作工艺难度大、且受温度及大气扰动等影响,使得光束偏转系统实际偏转角与预期偏转角之间存在一定误差。为了提高液晶相控阵光束偏转精度,本文提出了一种基于分数阶PI~λD~μ控制器的光束偏转闭环控制回路。CCD作为探测元件,接收待测物体漫反射回来的光。采用斜射式三角测量法,计算预期偏转角与实际偏转角的偏转误差。将误差信号输入到分数阶PI~λD~μ控制器,控制器生成控制信号传给被控对象液晶相控阵,最终实现光束精确偏转。经仿真实验和性能分析,系统阶跃响应测试经过2步迭代达到稳定输出状态,闭环带宽为7.67rad/s,对幅值为1、频率为1的正弦扰动信号系统抑制比为-18.06dB。验证了分数阶PI~λD~μ控制算法能够快速地抑制扰动和噪声,且扰动抑制效果好,稳定性高。     

基于液晶空间光调制器的光束偏转控制

液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转,与传统的快反镜相比,具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点,可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理,并测试了LCSLM的调制特性,根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动,使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。     

基于液晶相控阵高精度高效率光束偏转数值仿真

液晶相控阵技术通过对光束波前进行控制,实现一定视场范围内高精度、任意角度的光束偏转。研究了基于多孔干涉原理和随机并行梯度下降算法实现光束偏转的方法,并通过对这两种方法进行数值仿真,实现对远场目标的指向,重点分析对比两者的指向精度和偏转效率。提出了一种新型的光束偏转方法,这种方法能够在整个光束偏转范围内都具有较大的指向精度和偏转效率。     

光学相控阵在光束偏转中的应用分析及进展

与传统光学偏转器件相比,光学相控阵可实现快速、灵活、高精度的光束指向控制。介绍了光学相控阵实现光束偏转的基本原理,并对影响偏转效率及偏转角度的主要因素进行了系统分析,对现有材料可实现的光束偏转性能参数进行了对比分析。针对目前光学相控阵材料只能实现小角度偏转的缺陷,进一步介绍了增加其偏转角度的技术途径。最后对应用光学相控阵技术实现的大角度高精度偏转系统APPLE(adaptive photonic phase-locked elements)进行了介绍,并对其技术先进性与局限性进行了分析。     

基于液晶空间光调制器的光束偏转控制技术北大核心CSCD

为实现基于液晶空间光调制器的非机械式光束智能控制,利用像素个数为1920×1080的硅基液晶空间光调制器搭建了一个实验系统。该系统能在空间内实现大角度、高衍射效率、连续指向的单光束,同时还可将入射光分成2、3、4、5束并单独控制每个分光束的偏转角度。介绍了空间光调制器的相位调制原理、理论模型,验证了光束偏转控制及分光束功能,分析测试系统的光路及原理,最后对实验结果进行总结并提出建议与展望。     

基于液晶空间光调制器的变倍率激光扩束技术研究

由于激光器发出的光束通常在毫米量级,然而在激光测距、激光通信、激光全息等领域中需要较宽的光束,因此需要对激光束进行准直扩束。本文提供了一种基于LC-SLM的变倍率激光扩束方法,利用LC-SLM产生透镜的波阵面。由计算机数值模拟出焦距不同的变焦透镜相位调制图,将其加载到LC-SLM上,利用焦距不同的变焦透镜相位调制图的灰度信号来控制LC-SLM外加电压变化,实现了基于LC-SLM的变焦透镜功能。根据伽利略望远镜形式的扩束系统,本文利用LC-SLM的变焦透镜功能与匹配透镜配合,搭建了基于LC-SLM的变倍率激光扩束系统,实现对激光束的变倍扩束。实验结果表明,该系统实现了2~×~10~×连续变倍率激光扩束。系统结构简单、精度高、响应速度快,具有很大的实用价值。     

胆甾相液晶激光器研究进展

近年来国外学者对胆甾相液晶激光进行了大量研究,而国内在这方面研究甚少。介绍了胆甾相液晶周期性螺旋结构及其选择性反射特性,以及胆甾相液晶激光的工作原理,总结了胆甾相液晶激光的发展现状及其潜在的应用前景,以期为国内液晶研究的同行提供一点参考。     

液晶光强稳定技术研究

为降低激光在大气中传输时的光强闪烁,采用液晶空间光调制器取代传统的光学衰减片,实现对激光能量可控。实验结果表明,在液晶光调制器的作用下,激光的光强稳定度有明显提高,闭环光强调制系统能稳定接收端接收到的激光能量,有益于维持信噪比,使系统整体达到较高的探测精度。     

Magneto optical technique for beam steering by ferrite based patcharrays

An improved technique is presented to scan a beam of a phased antenna array on a ferrite substrate through use of time delays instead of phase shifts provided by nonlinear transmission lines coupled to elements of the array. A coplanar transmission line loaded with a varactor diode when subjected to varied optical illumination offers bias dependent time delays to the elements of the arrays over a wide range of tunable operating frequencies at lower UHF without scan blindness effect. This method results in a broadband ferrite based phased antenna array with reduced weight, loss and complexity of the integrated system. This technique has proved to have a special application potential in case of beam steering by ferrite based microstrip antenna arrays at lower UHF (800 MHz-2 GHz)     

基于液晶空间光调制器的相位差波前探测技术定量研究

为了定量研究相位差波前探测技术(phase diversity technique,PD)对波前探测和图像重建的精度,本文分别进行了数值模拟以及相关实验。数值模拟中采用了均方根(root-mean-square,RMS)分别为0.1λ~0.5λ的五组随机畸变波前,获得其退化的焦面图像和相应的离焦图像信息,利用PD技术对其进行波前探测和图像重建,波前探测的残余误差RMS值均达到了10~(-5)λ水平,重建图像在分辨率和对比度上有明显提升。搭建了基于液晶空间光调制器的实验系统,利用液晶空间光调制器来定量施加随机的波前像差,可以有效解决湍流屏数据难以量化的问题。同样将PD技术应用于本实验所采集到的退化焦面图像和相应离焦图像,对于RMS值为0.306λ的随机波前像差,探测波前的残余误差为0.091λ,图像重建结果与模拟结果高度一致,本文列举并分析了可能造成实验误差的多种因素,同时为该技术应用于液晶系统积累了技术基础。     

基于液晶空间光调制器的波前畸变补偿研究

针对液晶空间光调制器控制单元数多,直接进行波前相位畸变补偿时计算量大的问题,将控制输入与描述波前畸变的Zernike多项式系数形成映射,极大地减小了优化维数,有效地提高了计算效率.引入单纯形算法,通过使设计的性能指标达到最优,得到最佳的Zernike多项式,实现了精确的波前畸变补偿.针对传统的单纯形算法易收敛于局部极点...     

基于液晶衬垫的OLED光萃取

采用旋涂的方法制备了(3,4-亚乙二氧基噻吩) :聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)薄膜,结合液 晶衬垫(LCS,liquid crystal spacer)对OLED进行光萃取,制备了结构为Glass/ITO/PEDOT:P SS/LCS/NPB(40nm)/Alq₃(40nm)/LiF(1nm )/Al(100nm)的OLED以及其相应的对比 器件。通过测量其电压、 电流、亮度、色坐标和电致发光(EL)光谱等参数,研究了LCS对OLED发光性能 的影响。结果表明, 当引入LCS后,OLED在电压为11V时,最大电流效率达6.15cd/A,比不加 LCS的器件提高了40%;且在电压从7V上升到12V的过程中,器件的色坐标仅从(0.31,0.57) 变化到(0.31,0.56)。究其原因,LCS的引入可以提高透过率,破坏器 件内部光的折射以及全反射条件,并使功能层形成褶皱结构,使更多的光子能够从器件内发 射,也增大了电极的表面积,使电流密度增加,注入的能量提高。     

基于液晶光阀和光束分析仪的Goos-H(a)nchen位移的简单测量

Goos-H(a)nchen(GH)位移只有波长数量级,在实验测量上比较困难.提出了一种基于液晶光阀(LCLV)和光束分析仪(LBP)直接测量GH位移的新方法.研究了LCLV对光偏振态调制的特性,结果发现,当外接电压发生变化时,光的偏振态也随之变化.利用LCLV对光偏振态的调制和LBP记录光斑的重心位置的变化,直接测量出TE和TM两种偏振态入射时棱镜单界面反射光束的GH位移差.这个探测方法简单,不需要复杂的外部处理电路,且实验结果与理论结果很吻合,此方法也可以进一步直接测量二维位移.     

基于液晶的太赫兹反射式波束扫描天线

提出了一种基于液晶的太赫兹电控反射式移相器及其构成的波束扫描阵列天线.通过采用液晶调控的开槽结构移相器,解决了液晶调控过程中谐振层覆盖面不足造成的液晶取向不均、边缘效应和饱和电压增大等问题.设计了工作在380 GHz三开槽的移相器,对谐振频点的表面电流分布和谐振频点进行了仿真分析.数值计算结果表明当液晶相对介电常数在2...     

高双折射液晶化合物的研究进展

近年来,液晶器件的响应速度得到了很大的改善,响应时间已经从25ms减少到3ms甚至更短。虽然这种改善与液晶层厚度的变薄有关,但主要原因应该归因于新型液晶材料的发展和使用。色序液晶显示能产生更高质量的图像,但前提是必须有能快速工作的液晶材料。液晶材料的旋转黏度系数、双折射和液晶层的厚度是影响液晶器件响应时间的3个主要因素。本文以液晶双折射这一因素为主线,从液晶化合物结构的角度介绍了影响液晶双折射数值的若干因素,包括中心环结构、中心基团上的桥键、极性基团和侧位-F对液晶双折射的影响等,延长分子的π电子共轭长度能有效提高液晶的双折射。本文列举了国内外已合成的高双折射向列相液晶的分子结构及双折射值,最后对高双折射液晶的研究进行了展望。