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。     

一种基于标量衍射的光束偏转调制相位计算方法

光学相控阵的激光光束偏转方法具有低功耗及精度高等特点,其光束控制的精度及效率较大程度由调制相位分布决定。以二维标量衍射理论为基础,从频谱频移的角度分析了光学相控阵实现光束偏转的原理,将光束偏转等价为冲激函数在频域的作用。根据冲激函数的逆傅里叶变换,得到了实现二维光束偏转时相控单元所需加载的调制相位,并分析了这种调制方法能够实现的最大光束偏转角和偏转效率。最后进行了仿真分析和实物实验,结果表明,该方法能够实现光束的连续偏转,利用本文调制方法实现光束偏转的偏转角度偏差小于0.2mrad,偏转效率与理想效率偏差小于10%,证明了由频移角度考虑光束偏转问题的正确性。     

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。     

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。     

二维光束整形的衍射光学元件设计

采用加权串行迭代算法(WSI)设计衍射光学元件(DOE)，将二维圆形高斯分布的激光光束分别整形为二维正方形和三角形的均匀光束，同时实现了光束形状改变及振幅分布均匀化的功能．模拟计算结果表明，用WSI设计得到的输出波形形状基本达到要求，转换到均匀区的能量效率分别达到95．3％、93．6％．     

弱导光纤的标量衍射光束特性分析

仿照罗兰圆光学系统构造罗兰球光学系统 ,在罗兰球中简化电磁波的瑞利 索末菲标量衍射积分公式 ,推导出折射率阶跃分布的弱导光纤LP模衍射场分布和空间频谱的计算公式。提出LP0 1模远场衍射分布存在类似于平面波圆孔夫琅禾费衍射艾里斑的中央亮斑概念 ,并给出中央亮斑角半宽度的计算公式。     

二维光束整形系统设计与仿真

针对高功率板条激光波前矫正的需要,基于ZEMAX软件对二维光束扩束整形系统进行设计和仿真。系统将初始尺寸为2.5 mm×28 mm,发散角为7 mrad×2 mrad矩形光束扩束整形为尺寸为40 mm×40.2 mm,发散角为0.54 mrad×1.3 mrad的方形光束。光束整形方向输出光学传递函数接近衍射极限,光束整形方向视场10 mrad时,两方向引入波像差之和为0.0186 λ,P-V值小于0.1 λ。     

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。     

非傍轴标量衍射光束的能量传输特性

在光束能量传输的分析中,对能量集中度的研究具有十分重要的意义,能量集中度是评价光束质量的手段之一.采用光强的精确定义给出了经圆孔衍射的非傍轴标量光束能量集中度η的精确积分表示.对平面波圆孔衍射的能量集中度η随着衍射孔径ρ0和传播距离z的变化进行了详细的数值计算,结果表明,η随着z的增加只是在特定条件下才单调减小,η随着ρ0的增加不是单调变化,ρ0取某个特定的孔径值时η取得极大值.根据该结果给出了通过控制参数ρ0和z的取值获得光斑最大能量或最大能量集中度的方法.     

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。     

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。     

光学相控阵光束偏转效率影响因素仿真分析

介绍了光学相控阵光束偏转技术的基本原理,根据夫琅和费衍射与傅里叶变换理论建立了光学相控阵模型,针对光学相控阵参数对偏转效率的影响进行了仿真分析。仿真结果表明,相控阵单元数量对偏转效率的影响很小,而增大相控阵填充率,减小相控阵单元总体尺寸,减小偏转角度,则可以有效地提高光学相控阵的偏转效率。     

基于三维仿真平台的二维跟踪算法性能检测

对于现阶段昂贵武器不能重复外场实验进而影响光电跟踪经纬仪跟踪算法性能检测的问题,采用了一个模拟真实导弹飞行的三维仿真虚拟平台,通过改变参数模拟真实导弹飞行姿态等改变。主要利用坐标系转换和旋转映射技术解决了在三维仿真平台上检测二维跟踪算法性能的问题。两组实验结果表明:旋转映射技术在检测重心算法跟相关算法时稳定跟踪时平均帧频达到85 帧/s,并且比直接映射技术更节省计算时间,因此,已成功将二维跟踪算法应用于三维仿真平台,并可将该平台作为一个基准检测不同二维跟踪算法的性能。     

二维全息光栅的夫琅和费衍射

为了对光栅的衍射性能有更深入的了解,对振幅型光栅的衍射进行了研究。通过对振幅型一维和二维全息光栅的夫琅和费衍射进行观测,拍摄了光栅衍射的夫琅和费衍射图样。从结果发现二维光栅的主极大分布并非两个一维光栅主极大分布的简单相加,而是在二维平面内形成的规则分布,其分布规律与矩孔衍射图样的光强分布有着相似之处。实验结果可以据衍射理论很好地解释,因此,理论与实验是完全一致的。     

无衍射光束的传输

本文使用稳相法对无衍射光束的传输特性作了详细的理论分析,并与高斯光束作了比较.选用轴棱镜产生近似零阶贝塞尔光来的方案,进行有关零阶见塞尔光束传输特性的实验研究,取得了在误差范围内实验与理论计算一致的结果.     

无衍射光束的产生

罗彻斯特大学研究人员已找到了一种避免光束衍射的新方法，可以产生直径小于0.75波长的光斑。研究者杜宁(J. Dunin)说，关键要求是在比中心朿斑大得多的孔径中使光产生贝塞尔函数分布。贝塞尔函数中心光斑不随距离而散开，但在某一点处光斑强度急剧下降。