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无惯性光束扫描控制技术研究

龙飞  
【摘要】: 传统的激光扫描装置是由许多机械部件组成的,这些装置普遍存在的缺点是机械扫描部件的体积、重量较大,造成这些扫描结构的惯性很大,对这些装备进行操作控制时会出现时间上较大的滞后及超调现象,不能实现快速、灵活、准确控制光束方向的要求;不能实现单机处理多光束的发射、捕获、跟踪的要求;也难以实现对器件的微型化要求。 基于光学相位阵列技术的液晶空间光调制器(LCSLM,Liquid Crystal SpatialLight Modulation),作为具有克服以上诸多缺点潜力的新型可编程衍射光学元器件正在得到广泛应用。由于纯相位液晶空间光调制器可以实现相位的连续调制,使其非常适用于空间光束偏转,因而其在激光相控阵雷达和自由空间光互连等领域有广阔的应用前景。 本课题是研究液晶空间光调制器的电控变折射率效应在光束扫描控制方面的应用。主要开展了如下几方面的工作: (1)在阐述了液晶器件的基础理论,即连续弹性体理论和电控双折射效应的基础上,利用差分迭代法求解偏微分方程,得到了液晶系统在外加电场下的指向矢分布,并根据折射率和指向矢之间的关系得出液晶盒中各点非常光折射率与位置的关系。 (2)对光扫描原理进行了分析。利用傅立叶变换和二元光学理论对闪耀光栅的衍射特性进行了分析,推出了各级光束的衍射效率。 (3)采用BNS公司生产的液晶空间光调制器模拟电控型液晶闪耀光栅,利用纯相位空间光调制器的相位特性,将光调制器等效为玻璃基质的阶梯型闪耀光栅,讨论了实现闪耀和扫描的条件,以及各个参数对衍射效率的影响。并对光束的无惯性扫描控制进行了实验分析。 本文所提出的电控液晶空间光调制器模拟闪耀光栅与传统闪耀光栅相比有很多优点。传统的闪耀光栅一经制出,其光栅常数以及对某一波长的光的折射率等参数也就确定了,其闪耀角等参数也就被唯一地确定下来。使其无法应用在多波长工作场合,有一定的局限性。液晶空间光调制器克服了这些缺点,通过连续调节外加电场,不仅可以改变闪耀角,实现连续的光束扫描,而且还适用于各种波长的光束,应用范围更加广泛。除了实现闪耀和扫描,液晶空间光调制器还有其他多种用途,如光束分束器等。另外,它还有体积小,重量轻的优点。


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