液晶光相控阵技术及应用研究.docx

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1、液晶光相控阵技术及应用研究采用向列型液晶材料制作的纯相位液晶光相控阵具有响应速度快、分辨率高、体积小、重量轻、可编程性强等突出优点,成为近年来国内外光学相控阵领域中研究的前沿热点。作为一种性能优良的光学器件,本文对液晶光相控阵技术及应用问题展开研究,主要工作与贡献如下:1、针对基于液晶光相控阵实现高效率精确非机械式波束偏转问题,详细研究了液晶光相控阵的栅瓣形成机理,推导出了各个模型下出射光束远场光强分布的解析表达式,并给出了栅瓣位置及强度的估算公式,发现栅瓣的位置和强度由单缝衍射与多缝干涉共同决定

2、。通过实验验证了二元光栅模型能够更准确地解释液晶光相控阵的栅瓣形成机理。2、针对系统输出功率较低的问题,研究了基于二维液晶光相控阵阵列的激光相干合成原理,深入分析了不同情况下各子阵的附加相位对光束相干合成的影响,提出了实现合成光束在阵列视场域内连续扫描的方法。基于实验室自制的液晶光相控阵,验证了合成光束的一维偏转。3、针对矢量光场的生成问题,设计并构建了基于液晶光相控阵的通用型矢量光场发生器,推导出了发生器中液晶光相控阵四个部分之间的坐标关系以及各个部分相位图的计算公式。提出了实现矢量光场发生器中

3、4f系统非机械式横向精确对齐的方法,有效降低了发生器中光路对齐的复杂度,增加了系统的灵活性。4、针对矢量光场发生器中存在的一些影响光场调控精度的不利因素,构建了矢量光场发生器的自适应闭环结构,显著提高了系统的工作性能,并扩宽了其应用范围。校正了矢量光场发生器的偏振调制,在提高偏振调制精度的同时减小了调制过程中两个自由度之间的相互耦合。给出校正幅度调制的迭代优化算法,可以在几步之内快速收敛,实现像素级上的幅度优化。5、建立了控制衍射极限矢量光场自旋轴指向的通用型数学模型,通过将位于高数值孔径透镜焦点

4、处的电耦极子辐射出来的电场进行相干叠加,推导出了透镜孔径面上所需的入射光场的解析表达式,利用优化后的矢量光场发生器准确生成了焦场在几种不同自旋轴指向下所需的入射光场,并通过Richard-Wolf矢量衍射理论详细仿真了理想和实验情况下强聚焦场的电场分布情况。同时计算了焦场的自旋密度,定量分析了其自旋轴指向。