目前的激光雷達(dá)系統(tǒng),通常采用機(jī)械光束偏轉(zhuǎn)技術(shù),它能夠?qū)崿F(xiàn)大視場、高功率光束掃描。但存在體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、掃描速度慢、不可隨機(jī)指向等缺點(diǎn)。近年來,隨著微光學(xué)器件基礎(chǔ)研究的不斷發(fā)展和制備工藝的日益精進(jìn),以液晶相控陣為代表的非機(jī)械式光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)成為光束控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但由于液晶相控陣器件存在光學(xué)回程區(qū),其偏轉(zhuǎn)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(xué)元件,在理想情況下可以達(dá)到近100%的衍射效率且最大偏轉(zhuǎn)角也達(dá)到了實(shí)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(zhuǎn)技術(shù)研究,主要研究內(nèi)容如下:（1）基于光傳輸矩陣?yán)碚?系統(tǒng)研究液晶偏振光柵的結(jié)構(gòu)對衍射特性的影響機(jī)制。并利用時(shí)域有限差分工具對液晶偏振光柵的光束偏轉(zhuǎn)原理進(jìn)行了仿真模擬,結(jié)果表明,時(shí)域有限差分仿真與方程的解析表達(dá)式結(jié)果有良好的一致性。理想情況下單級次衍射效率可達(dá)到99.6%。其次對單片液晶偏振光柵進(jìn)行測試并驗(yàn)證光束偏轉(zhuǎn)性能。結(jié)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(jìn)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(shí)現(xiàn)多角度及大視場... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)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(zhuǎn)系統(tǒng)，在1064nm處實(shí)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(jìn)制粗偏設(shè)計(jì)方法，在1550nm波長下實(shí)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(shí)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(xué)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(zhuǎn)器實(shí)現(xiàn)高衍射效率的光束粗偏控制[7]；2011年，國防科技大學(xué)的鄒永超等人肯定了液晶偏振光柵在光束偏轉(zhuǎn)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。2013年國防科技大學(xué)的師宇斌等人提到了用液晶偏振光柵級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)光束的掃描具有較好的研究價(jià)值[4]。2017年上海交通大學(xué)的黃帥佳利用聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶制作的半波片與被動(dòng)液晶偏振光柵組合在633nm波長下實(shí)現(xiàn)了±4°的光束偏轉(zhuǎn)[33]。2019年長春光學(xué)精密機(jī)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(diào)制器和液晶偏振光柵串聯(lián)的光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，在730nm波長下實(shí)現(xiàn)了±20°范圍內(nèi)的高精度二維光束偏轉(zhuǎn)，光束的偏轉(zhuǎn)效率在42%以上[27]。綜上現(xiàn)狀概述，液晶偏振光柵應(yīng)用前景廣闊，國外的研究主要集中在北卡羅來納州立大學(xué)和BNS公司，他們致力于研究大口徑、超廣角的光束偏轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，并取得了一定的進(jìn)展。由于激光雷達(dá)、空間光通信、激光武器等領(lǐng)域?qū)馐D(zhuǎn)系統(tǒng)有超高要求，還需對非機(jī)械光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)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(dǎo)向列相液晶按此方式排列取向。進(jìn)而制備出主動(dòng)液晶偏振光柵，圖2.7為主動(dòng)液晶偏振光柵的側(cè)視幾何圖，包括了玻璃基板、導(dǎo)電層、取向?qū)雍鸵壕Х肿�。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?qū)佑糜谑挂壕Х肿友仄叫杏诨宸较蛉∠�；液晶層沿光控取向方向�?guī)則排列。玻璃基板玻璃基板ITO電極光控取向?qū)覫TO電極光控取向?qū)訄D2.7LCPG側(cè)視幾何圖圖2.8為液晶偏振光柵的實(shí)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(shí)物圖圖2.9液晶偏振光柵形貌圖2.4本章小結(jié)本章簡述了液晶分子的介電各向異性和光學(xué)各向異性，即通過外場的調(diào)控，改變了光的相位，可以實(shí)現(xiàn)對光強(qiáng)、偏振等光學(xué)特性的調(diào)制。介紹了計(jì)算偏振光通過光學(xué)元件后的光強(qiáng)幾種表示方法，為本文中理論推導(dǎo)或?qū)嶒?yàn)分析奠定基礎(chǔ)，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(jié)構(gòu)。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：2985079