目前的激光雷達系統(tǒng),通常采用機械光束偏轉技術,它能夠實現(xiàn)大視場、高功率光束掃描。但存在體積龐大、系統(tǒng)復雜、掃描速度慢、不可隨機指向等缺點。近年來,隨著微光學器件基礎研究的不斷發(fā)展和制備工藝的日益精進,以液晶相控陣為代表的非機械式光束偏轉技術成為光束控制領域的研究熱點。但由于液晶相控陣器件存在光學回程區(qū),其偏轉范圍和效率都受到限制。而液晶偏振光柵是一種超薄的衍射光學元件,在理想情況下可以達到近100%的衍射效率且最大偏轉角也達到了實用水平。為此本文開展了基于液晶偏振光柵的大角度光束偏轉技術研究,主要研究內(nèi)容如下:（1）基于光傳輸矩陣理論,系統(tǒng)研究液晶偏振光柵的結構對衍射特性的影響機制。并利用時域有限差分工具對液晶偏振光柵的光束偏轉原理進行了仿真模擬,結果表明,時域有限差分仿真與方程的解析表達式結果有良好的一致性。理想情況下單級次衍射效率可達到99.6%。其次對單片液晶偏振光柵進行測試并驗證光束偏轉性能。結果表明0級光無法消除,通過給液晶偏振光柵施加2V電壓,0級光完全消除,進而很大程度上提高了±1級的衍射效率,衍射效率基本穩(wěn)定在95%左右。（2）針對單片液晶偏振光柵很難實現(xiàn)多角度及大視場... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

BNS生產(chǎn)的LCPG

只?誥酆銜鏌壕??窆庹さ拇蠼嵌確腔?倒饈??轉系統(tǒng)，在1064nm處實現(xiàn)了分辨率為2.6°，視場為80°，透過率為66%-70%的粗偏控制[30]。2015年，Kim等人提出一種基于聚合物液晶偏振光柵的超二進制粗偏設計方法，在1550nm波長下實現(xiàn)了分辨率為8°，視場為65°，透過率為84%-87%的粗偏控制，證明通過優(yōu)化基板和電極材料可以提高透過率[31]。2016年，Steven等人研制出新型液晶偏振光柵器件，利用多層液晶偏振光柵級聯(lián)的方式實現(xiàn)了角度分辨率為3.2°、掃描視場為64°×64°的二維光束離散掃描，衍射效率高于80%[32]。圖1.2粗偏組件圖在國內(nèi)，2010年，哈爾濱工業(yè)大學超精密光電儀器工程研究所的張健等人提出可以用液晶偏振光柵來取代液晶數(shù)字光束偏轉器實現(xiàn)高衍射效率的光束粗偏控制[7]；2011年，國防科技大學的鄒永超等人肯定了液晶偏振光柵在光束偏轉領域具有廣闊的應用前景[2]。2013年國防科技大學的師宇斌等人提到了用液晶偏振光柵級聯(lián)來實現(xiàn)光束的掃描具有較好的研究價值[4]。2017年上海交通大學的黃帥佳利用聚合物網(wǎng)絡液晶制作的半波片與被動液晶偏振光柵組合在633nm波長下實現(xiàn)了±4°的光束偏轉[33]。2019年長春光學精密機械與物理研究所的李松振等人提出了一種基于液晶空間光調制器和液晶偏振光柵串聯(lián)的光束偏轉系統(tǒng)，在730nm波長下實現(xiàn)了±20°范圍內(nèi)的高精度二維光束偏轉，光束的偏轉效率在42%以上[27]。綜上現(xiàn)狀概述，液晶偏振光柵應用前景廣闊，國外的研究主要集中在北卡羅來納州立大學和BNS公司，他們致力于研究大口徑、超廣角的光束偏轉控制系統(tǒng)，并取得了一定的進展。由于激光雷達、空間光通信、激光武器等領域對光束偏轉系統(tǒng)有超高要求，還需對非機械光束偏轉系統(tǒng)進行深入的研究。國內(nèi)對液晶偏振光柵的光束偏?

13利用圖2.6所示的平面-周期性邊界條件，誘導向列相液晶按此方式排列取向。進而制備出主動液晶偏振光柵，圖2.7為主動液晶偏振光柵的側視幾何圖，包括了玻璃基板、導電層、取向層和液晶分子。玻璃基板上涂覆ITO電極，用于對液晶分子施加電場，電場方向垂直于基板平面；光控取向層用于使液晶分子沿平行于基板方向取向；液晶層沿光控取向方向規(guī)則排列。玻璃基板玻璃基板ITO電極光控取向層ITO電極光控取向層圖2.7LCPG側視幾何圖圖2.8為液晶偏振光柵的實物圖，圖中顯示了液晶偏振光柵在燈光照射下的衍射圖樣。圖2.9為液晶偏振光柵在偏光顯微鏡下觀察到的光柵形貌，為明暗相間的條紋。圖2.8液晶偏振光柵實物圖圖2.9液晶偏振光柵形貌圖2.4本章小結本章簡述了液晶分子的介電各向異性和光學各向異性，即通過外場的調控，改變了光的相位，可以實現(xiàn)對光強、偏振等光學特性的調制。介紹了計算偏振光通過光學元件后的光強幾種表示方法，為本文中理論推導或實驗分析奠定基礎，并從液晶偏振光柵的制備的原理出發(fā)，研究液晶偏振光柵的結構。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于液晶幾何相位器件產(chǎn)生完美高階龐加萊球光束[D]. 徐然.南京大學 2019
[2]激光偏轉技術的理論和實驗研究[D]. 林楠.華東理工大學 2019
[3]太赫茲成像理論及時域有限差分法在其中的應用[D]. 嚴子楊.南京郵電大學 2018
[4]主動式液晶偏振光柵的制備研究[D]. 劉春杰.中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所) 2018
[5]大口徑液晶光學相控陣實現(xiàn)方法研究[D]. 卓儒盛.電子科技大學 2018
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[9]基于時域有限差分法的數(shù)字全息技術研究[D]. 鄭爍.哈爾濱工業(yè)大學 2016
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本文編號：2985079