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。     

基于相位型空间光调制器的光束控制技术研究

非机械伺服控制的液晶空间光调制器（LCSLM ）通过控制加载在每个像素上的电压能够实时调制波前相位实现光束偏转,基于菲涅耳透镜模型和闪耀光栅模型验证了光束偏转控制能力,包括偏转距离、衍射效率与不同模型参数之间的关系,入射光波长为1550 nm时,x轴或y轴可实现的最大偏转角度为6.96°(±3.48°),光束能够在光轴方向与二维平面偏移。针对光束的高速灵敏、精准和大角度的扫描应用需求,提出了基于LCSLM的光波前相位调控算法,通过计算需要补偿的相位建立相位变换模型并满足光束控制流程,设计并构建了基于LCSLM的光束偏转及扫描实验系统,实验结果表明光场中任意位置的光斑可在接收视场360°范围内灵活偏移控制。该研究对于自由空间无线光通信、光束敏捷控制、非机械式光束的捕获瞄准跟踪等领域具有重要的应用价值。     

基于样条插值的液晶空间光调制器衍射效率优化方法研究

针对液晶空间光调制器阵元间相位调制量偏差降低光束衍射效率的问题,提出基于样条插值的液晶空间光调制器衍射效率优化方法。依据泰曼-格林干涉原理,搭建了相位调制系统。对调制器加载阶梯变化的灰度图,通过计算干涉条纹移动量,绘制液晶空间光调制器相位调制曲线。采用三次样条反插值法对相位调制曲线进行校正,实现对相位调制量的相位补偿。搭建液晶空间光调制器衍射效率测试系统,对所提优化方法进行实验验证,并与随机梯度下降法进行了对比。结果表明:当光束偏转角度为1.56°、0.78°、0.39°、0.19°时,文中所提方法提高了30%~40%的光束衍射效率,相较于随机并行梯度下降法,衍射效率提高了2%~8%。该方法有效抑制了栅瓣能量,提升了主瓣光束衍射效率,克服了随机并行梯度下降法迭代次数多,优化速度慢,易陷入局部最优的缺点。     

纯相位空间光调制器动态控制光束偏转

提出并设计了一个采用液晶空间光调制器(LCSLM)作为光束动态偏转器件的无机械光束扫描系统,实现了光束的方向和强度的可编程控制,解决了远场任意图形的激光光束动态逼近问题。逼近方法采用纯相位调制技术和傅里叶迭代优化算法结合的衍射图形相位优化设计方法。介绍了点阵图形发生原理并给出实验装置图。实验结果显示,用该方法产生的二维阵列式光束,其光斑强度偏差度小于8%,图形发生响应时间小于100 ms,该实验结果能够满足多光束准确动态偏转的要求。该系统具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。     

基于二维标量衍射的液晶光束偏转性能仿真

液晶空间光调制器(LCSLM)可用于光束偏转,针对一维衍射解析理论分析液晶光束偏转时仅能考虑衍射效率的问题,严格分析二维标量衍射数值方法的采样要求和算法实现,对液晶器件的相位调制级数和非线性进行建模,计算圆形光斑经过液晶器件和聚焦透镜后的光斑空间分布。仿真分析各种条件下液晶器件的衍射效率和偏转精度,得出不同偏转角度时相位调制级数与偏转精度和衍射效率的关系,为液晶器件的选择提供了依据。利用BNS256×256向列液晶构建光束偏转实验,同时也根据实验参数仿真分析不同偏转角度对应的偏转精度和衍射效率,实验结果与仿真基本吻合,表明二维标量衍射分析可用于液晶偏转器件的工程性能评估。     

基于液晶材料的光束偏转技术研究进展

基于液晶材料的光束偏转系统具有高精度、低功耗、系统轻便、可随机指向等优点。介绍了该技术国内外研究动态;详细阐述了基于液晶材料光束偏转系统的基本原理、性能指标、研究进展及发展瓶颈;介绍了液晶材料与大角度步进器件组合使用实现大视场角光束偏转的几种新型技术;综合比较评价了各种液晶光束偏转技术发展前景;对新型液晶光束偏转技术发展方向作了展望。     

基于液晶偏振光栅的快速大角度光束偏转

基于液晶偏振光栅的快速大角度光束偏转技术在航空航天、激光通信、车载雷达、光信息处理、生物医药和军事对抗等领域具有重要应用前景,并得到了极大的关注。液晶聚合物偏振光栅可以实现高效率、大角度的光束偏转,并且制备工艺简单、成本低,逐渐被应用到非机械式光束偏转系统中。本文采用两种偏振全息光路分别实现大周期和小周期的液晶聚合物偏振光栅的制备,获得的液晶聚合物偏振光栅最高衍射效率达到99.3%。级联两个液晶聚合物偏振光栅,再层叠液晶聚合物铁电液晶液晶聚合物波片组,实现了更大角度范围的偏转,验证了70μs的4通道光束快速扫描。     

空间光调制器的生态景观照明光束控制方法

受光束偏转角度的影响,照明光束会出现不同程度的偏转,为提升照明效果与稳定性,提出基于空间光调制器的生态景观照明光束控制方法.根据菲涅尔波带透镜与标量衍射理论推算出焦点方位,通过平移相位图完成聚合点空间方位的更改,得到各个路径与聚合点之间的距离差.经过求解相应空间光调制器的像素数量,取得每个像素对应的相位值,根据输入电压...     

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。     

基于空间光调制器的双目标同步光束跟瞄系统

传统的光束偏转技术由机械装置实现，然而机械装置具有机械惯性，会导致光束抖动。基于液晶空间光调制器（LCSLM）的新型光束偏转技术不仅能够克服机械惯性的缺陷，而且能够实现单光束输入、多光束输出，无需使用多个装置即可同时控制多光束偏转。为了实现多目标的光束跟瞄，本团队提出了一种基于多光束生成方法的多目标同步跟踪和瞄准方案，该方案将相机作为位置探测器，并使用LCSLM偏转光束对目标进行跟瞄。此外，本团队设计并搭建了双目标的同步光束跟踪和瞄准实验系统，当目标分别以2、3、4、5 mm/s的速度移动时，光束跟瞄的测量均方根误差分别为2.7045、5.6014、8.3823、11.9011μrad。此双目标跟瞄系统有望应用于激光通信网络的双光束跟踪中。     

液晶光调制器的调制特性及应用研究

重点对纯相位光调制器的特性及其在光束动态偏转系统中的应用进行了分析,并介绍了斜入射下纯相位光调制器的特性及新型无源液晶光调制器等液晶光调制器的新发展趋势。     

基于填充液晶的金属狭缝阵列结构对光束的调控

利用表面等离子体调控光束传输,在微纳集成光学及光通信领域有广泛应用。提出了一种狭缝中填充液晶的金属微纳阵列结构理论设计。利用表面等离子体传输效应,通过设定狭缝宽度、外加电场改变液晶的方位角控制相位延迟等参数,设计不同新颖效果的金属微纳光学透镜。利用时域有限差分(FDTD)法对三狭缝、六狭缝及五狭缝阵列结构进行数值模拟表明,上述结构分别实现光束偏转、光分束及光聚焦效果。偏转角、分束角及焦点位置随着狭缝宽度及方位角的改变而变化,从而实现对光束的调控作用。设计结构简单,可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工,具有较好的应用前景。     

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。     

空间光调制器用于多光束二维偏转的算法研究

提出一种采用光寻址液晶空间光调制器(LCSLM)作为二维激光分束和多光束偏转的无机械光束扫描系统,可对平行入射的激光光束分束、偏转,且只用1片LCSLM就能够对每一束光的方向和强度分别控制。采用G-S相位迭代算法来实现多光束可编程控制的相位模版的生成过程与仿真。先运用子孔径法在相位模版上生成所需要的相位分布作为初始值,然后采用GS相位迭代过程优化相位分布,使各子孔径中的相位分布渐次扩展到整个相位模版,其间还提出了改进的GS相位迭代算法,最后对计算所获相位分布进行反演模拟。结果表明:所提出的多光束二维偏转的算法能够满足应用需要,且改进的GS相位迭代算法能提高多光束偏转的衍射效率,优化光束光斑强度,降低光束的均方根误差。     

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。     

阵列分束激光三维成像技术

针对现有激光三维成像中使用的面阵APD探测器相邻像元间隔较大,导致激光利用率低从而影响探测距离的缺点,提出阵列分束激光三维成像技术。该技术对激光发射源采用液晶空间光调制器进行衍射阵列分束,将一束激光分成与阵列APD探测器相应的阵列子光束,调整激光发射子光束和阵列APD探测器的位置,使得子光束照射目标后聚焦到阵列APD探测器的像元上,提高了整束激光的利用效率。介绍了阵列分束激光三维成像技术系统组成和工作原理,提出采用液晶空间光调制器的方法实现阵列分束的方案,研制了阵列分束激光三维成像原理样机,利用研制的原理样机对采用阵列分束后的效果进行了验证。实验结果表明,采用该技术后,采用峰值功率10 kW、脉宽8 ns的激光源,填充因子2/3的88 APD,三维成像作用距离达到510 m,同等条件下与不分束相比,作用距离提升39.1%。     

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。     

利用自加速光进行激光目标追踪理论及实验研究

将激光束准确地照到运动目标上是激光追踪系统重要核心问题。本文利用空间相位调制器设计了新型自加速光束,该光束可以沿预设轨道进行非直线传输,从而可以在一定范围内代替传统转台进行目标追踪。该类光束还具有无衍射的特点,提高了照射目标处激光能量密度。采用空间光调制技术在实验中实现了各种预设轨道的传输,验证了光束传输轨道的可控性及无衍射特性,为下一步该技术走向实用奠定了基础。     

LC-SLM的光学调制特性及其在全息中的应用

液晶空间光调制器是实时光学信息处理中的重要器件,本文分析了液晶空间光调制器的光学调制特性及其目前在全息领域的主要应用.并根据液晶空间光调制器实时再现计算全息图的原理,提出利用计算全息技术得到单元合成全息图阵列,通过计算机控制向液晶空间光调制器输出合成全息图序列进行实时光电再现进而实现合成全息动感的方法,分析了基本原理和实现方法并给出了相应实验结果.