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。     

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。     

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。     

液晶空间光调制器Gamma曲线的线性化调试算法及其对光束整形的影响

在惯性约束聚变(ICF)驱动装置中利用液晶空间光调制器进行激光束的实时、可调控光束空间整形时,Gamma曲线呈线性变化有着重要意义。针对现有调整Gamma曲线呈线性变化的方法费时费力、效果不理想的现状,提出了一种新的调整方法,即依靠Lagrange插值将横坐标为灰度值、纵坐标为功率值的离散点拟合得到曲线方程,然后利用Bolzano二分法求得该曲线方程上与目标Gamma曲线中灰度间隔为1的功率值对应的新灰度值,将新、旧灰度值逐点替换使Gamma曲线呈线性变化。将其应用到大型高能量激光放大装置的光束整形中,得到近场调制度较低且长时间保持稳定的超高斯平顶光束。     

铁电液晶空间光调制器

铁电液晶空间光调制器具有响应快、开关功耗低以及双稳态开关特性等优点，在光学信息处理、光计算和神经网络等中有特点诱人的优势。本文介绍了表面稳定型铁电液晶器件的特点及研究进展，并着重描述了光寻址铁电液晶／氢化非晶硅器件的结构、工作原理、主要研制技术关键及共应用。     

液晶空间光调制器的研究

空间光调制器的品种繁多,涉及到的学科范围、理论基础以及工艺技术都十分广泛。文中把空间光调制器归纳为4种类型,对每种类型的基本原理、工作方式和优缺点均进行了讨论,并列举了几种典型常见的空间光调制器,分析了它们的结构、工作原理和方式。     

光寻址空间光调制器研制进展及性能测试

报道了自研的光寻址空间光调制器的最新进展,介绍了器件工作原理与结构,并对其光敏响应特性曲线、静态位相波前畸变、透射时间波形畸变的离线测试结果进行了报道,同时也利用该器件在高功率激光装置上进行了在线测试。结果表明,该调制器可以根据需求实现所需的强度透过率分布,而且对高功率激光系统没有引入附加的影响。最后,结合该调制器的实际使用环境,分析了激光系统空间滤波器对整形效果的影响,说明在高功率激光系统中使用该调制器时,空间滤波器尺寸也是决定光束整形精度的重要因素。     

基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换

本文介绍了一种基于液晶空间光调制器（LCSLM）相位调制特性的波面转换方法,可将入射光变换成任意波面。测量了液晶空间光调制器相位调制特性,得到相位和灰度的对应关系;分别以几何理论和G-S算法为基础计算出衍射光学元件（DOE）的表面相位分布;将DOE表面的相位分布转换为灰度分布显示在LCSLM上,使得LCSLM具有波面实时转换功能;并以高斯激光为入射光对其进行波面转换实验,实验结果证明了设计方法的准确性及可行性。     

斜入射液晶空间光调制器的特性

用读出光斜入射到液晶空间光调制器(LC-SLM)的读出面,是一种有效的提高空间光调制器(SLM)读出效率的方法。测量了读出光以不同角度入射到液晶空间光调制器的读出面上时,相位调制深度与写入光强的关系、衍射效率与二值光栅对比度的关系。得到随着入射角度的增加,最大相位调制深度减小,而衍射效率变化并不明显。在45°时有最大相位调制深度2.0936π和35.4%的正一级衍射效率。     

基于空间光调制器的艾里光束能量调制方法

艾里光束由于具有无衍射、自加速和自愈合等特性,具有重要的应用前景。本文基于空间光调制器可编程特性,提出了一种可调谐的艾里光束能量调制新方法。从理论上深入分析通过在相位图中引入一个可控的调制相位而实现了艾里光束能量调控的方法,并且量化了调制参数与能量调制范围的关系。仿真和实验结果表明通过改变调制相位可以灵活地调节光束能量分布,本文的研究有助于进一步推动艾里光束的应用。     

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。     

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。     

多信道铁电液晶空间光调制器

描述了矩阵电寻址铁电液晶(FLC)多信道透射型空间光调制器(SLM)的结构和运转特性，测量了器件的二进制相位调制的空间和时间特性。