本文選題：空間激光通信 + ATP��； 參考：《中國科學院光電技術研究所》2017年博士論文

【摘要】：空間光通信具有高帶寬,高保密性,高抗電磁干擾性等諸多優(yōu)勢,在國民經濟、國防科技等領域有舉足重輕的地位,歐洲、日本和美國等發(fā)達國家早已經開始研究空間光通信的關鍵技術,并已經取得了相應的成果。捕獲、跟蹤、瞄準是空間激光通信中的關鍵技術之一,傳統(tǒng)的萬向架和快反鏡等機械式光束偏轉技術不能滿足空間激光通信中對捕獲跟瞄分系統(tǒng)重量、體積和功耗的要求,所以研究新型體積小、重量輕、功耗低的非機械式光束偏轉技術具有非常重要的戰(zhàn)略意義。在目前所研究的非機械式光束偏轉技術中,液晶光學相控陣光束偏轉技術又是最有前途和發(fā)展優(yōu)勢的技術�？臻g光通信需要捕獲跟蹤瞄準子系統(tǒng)能夠精確、快速的調整出射激光光束,所以本文對液晶光學相控陣的研究工作主要基于以上兩點展開,為液晶光學相控陣在空間激光通信的工程化使用打下研究基礎。本文首先研究了液晶對入射光光束相位調制的物理基礎。通過液晶連續(xù)體彈性形變理論,研究了純相位調制向列型液晶在電場力作用下液晶分子指向矢形變隨位置變化關系,通過數值仿真求解出在一定電壓條件下液晶指向矢分布,并繼而仿真出液晶相位調制隨所加電壓大小的調制特性曲線。相位調制特性關系到液晶光學相控陣的偏轉角度精度和衍射效率等重要指標,為得到準確的相位調制特性曲線,在分析液晶光柵的夫瑯禾費衍射模型基礎之上,本文提出了一種基于相位光柵的調制特性測量方法。該方法建立起相位調制量和遠場衍射光斑第0級衍射主極大光強之間關系,具有動態(tài)范圍大,分辨率高,測量精度高的優(yōu)點。為滿足空間光通信中光束高精度偏轉需求,分析目前使用的閃耀光柵相控陣模型光束偏轉角離散、不連續(xù),大部分可實現(xiàn)的光束偏轉角分布在小角度區(qū)域,無法實現(xiàn)高精度光束偏轉等缺點,提出了一種基于微波雷達相控陣的光束偏轉模型,該模型將整個液晶面看作一個整體,利用相位展開使液晶電極間相位差固定,偏轉角度由液晶電極間相位差決定,可實現(xiàn)液晶光學相控陣光束連續(xù)、高精度偏轉,并通過實驗驗證了該模型。為滿足空間光通信中光束快速、高帶寬調整的需求,分析了液晶的馳豫特性,抓住轉向馳豫對液晶響應時間影響最大的主要矛盾,提出一種基于FPGA查找表的液晶過驅動方法,提高驅動電壓和尋找合適的相位調制區(qū)間,縮短了液晶響應時間,提高液晶響應速度,將液晶器件上升時間從600ms縮短到25ms,下降時間從350ms縮短到25ms。為驗證液晶光學相控陣的光束偏轉精度和閉環(huán)帶寬,本文搭建了液晶閉環(huán)控制系統(tǒng),測試了在過驅動條件下,基于相控陣雷達模型的液晶光學相控陣閉環(huán)控制精度和閉環(huán)帶寬,證明液晶光學相控陣可以實現(xiàn)類似傳統(tǒng)機架式光電跟蹤系統(tǒng)的功能,實現(xiàn)對運動目標的跟蹤,快反鏡模擬目標擾動下,實現(xiàn)小于一個像素的跟蹤精度,使用過驅動方法后閉環(huán)帶寬從0.8Hz提升到2Hz。雖然目前閉環(huán)帶寬還不能滿足空間光通信需求,但隨著液晶器件進一步發(fā)展,液晶材料響應速度加快,使用液晶過驅動方法,液晶光學相控陣的性能必將適用于空間激光通信系統(tǒng)。
[Abstract]:In order to meet the requirement of high - precision beam deflection in space laser communication , the research work of liquid crystal optical phased array is one of the key technologies in space laser communication . A closed - loop control system for liquid crystal optical phased array is designed . The closed - loop control accuracy and closed - loop bandwidth of liquid crystal optical phased array are shortened from 350ms to 25ms . In order to verify the beam deflection accuracy and closed - loop bandwidth of the liquid crystal optical phased array , the closed - loop bandwidth of the liquid crystal optical phased array is improved from 0.8Hz to 2Hz .
【學位授予單位】：中國科學院光電技術研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

【參考文獻】

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本文編號：2083235