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《电子科技大学》 2006年
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液晶电控光栅研究

王丽  
【摘要】: 向列相液晶在光学上的单轴特性与电学上的介电常数各向异性使得用电来控制光学性能成为可能。液晶器件几乎满足空间光通信的所有大的指标要求如重量、尺寸、功耗、寿命、成本、驱动电压、光电集成、可编程性、光学接收孔径、光束扫描和偏转范围等等。液晶光开关、光偏转器、光扫描器已经开始应用于光纤通信的实验系统中。液晶类器件应用于光通信的唯一重大缺陷,是其响应速度目前只能达到微秒级或亚微秒级,不过,在不涉及到码型码率的空间光束捕获、扫描、偏转、控制方面,液晶器件完全可能进入实用化。 本文提出了利用一种新的液晶器件对空间光通信中对激光源进行方位探测和自动跟瞄,即液晶电控光栅。其原理为:入射偏振光通过空间周期电场作用下的液晶盒,一级衍射角和衍射光强受到电压的调制。 文中利用差分迭代法计算了向列相液晶BL037盒中指向矢分布的计算,根据指向矢的分布情况得到了向列相液晶的双折射率分布和非常光通过液晶盒产生的相位延迟随电压变化;并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上,分析了入射偏振光通过液晶电控光栅所产生的衍射情况。最后在理论计算的基础上进行了液晶电控光栅的设计、制作以及对其衍射特性的实验验证。本论文的创新主要在于两个方面: (1)摒弃了机械式的偏转控制,便于其后的信号处理。且该器件驱动电压低(约3伏),功耗小(毫瓦级/平方厘米)。 (2)采用液晶为光束角度探测的关键器件材料,电控光栅的厚度为毫米级,大大降低了光束探测与跟踪控制系统的体积重量。
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