液晶光相控阵技术及应用研究
液晶微波相控阵-概述说明以及解释
液晶微波相控阵-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分主要介绍本文所要讨论的主题——液晶微波相控阵。
液晶微波相控阵是将液晶和微波相控阵技术相结合的一种新型设备，它可以实现对电磁波的方向和幅度进行精确的控制。
相较于传统的微波相控阵，液晶微波相控阵具有更高的灵活性和可调性，可以在较小的体积内实现更大数量的天线元件。
液晶技术是一种通过控制液晶分子的排列方式来实现光的偏振控制的技术。
液晶材料具有一定的流动性，通过施加电场或温度等外界因素，可以改变液晶分子的排列方式，从而改变光的传播特性。
液晶技术已广泛应用于显示领域，如液晶显示屏等。
而微波相控阵技术则是一种利用相控元件对微波信号进行调控的技术，它可以实现信号的方向调控、波束形成、幅度调制等功能。
将液晶技术与微波相控阵技术相结合，液晶微波相控阵充分发挥了液晶材料的优势，实现了对微波信号更为精确和灵活的控制。
液晶微波相控阵通过控制液晶分子的排列方式，可以改变微波信号的相位、振幅和偏振状态，从而实现对信号的方向和幅度进行调控。
这种设备不仅可以广泛应用于通信系统中的天线阵列、雷达系统中的波束形成等领域，还可以应用于无线通信、无线电频率识别等频谱资源管理领域。
本文将会详细介绍液晶微波相控阵的原理、结构和性能，以及它在通信、雷达等领域的应用前景。
通过对相关研究和实验的综述和分析，我们可以更好地理解液晶微波相控阵的工作原理和优势，为今后的研究和应用提供指导和借鉴。
最后，本文将对液晶微波相控阵的发展进行总结，并展望未来的研究方向和挑战。
文章结构部分的内容可以如下编写：1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：第一部分为引言，主要概述了液晶微波相控阵的背景和意义，并介绍了本文的目的。
第二部分为正文，主要分为两个小节。
首先简要介绍了液晶技术，包括其原理、特性和应用领域。
接下来，着重介绍了微波相控阵技术，包括其原理、结构和工作方式。
第三部分为结论，首先展望了液晶微波相控阵的应用前景以及在通信、雷达等领域中的潜在价值。
液晶光学相控阵激光雷达系统设计及边缘效应对其边瓣影响的研究
（ １ ）
液 晶相控 阵后表询 ｘｏ
ｘ ｌ Ｏ
液 晶分 子具 有粘 连 的特性 ， 并 且 相邻 液 晶相 控 阵控 制 电极之 间还 会存 在着 电场泄 露 ， 由于 这
图 ３ 边缘 效应影 响下 出射波 阵面相 位分布 ｌ 占空 比为 １ ）
些因素的存在 ， 液 晶相控阵相邻控 阵单元之 间就 会存在着相互耦合 ， 这种现象叫做边缘效应¨ ．
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２ ． ２ 占空 比小 于 １时 ， 边缘 效应 对边 瓣影 响
占空 比不 为 １时 ， 考虑边缘效应 ， 相邻 控 阵
单元之间的间隔部分相位分布 出现 凹陷 现 象， 称为相位凹陷 ， 边缘效应的影响范 围 越大 ， 边 缘效 应 的平 滑 作 用 越 强 ， 相 位 凹 陷程 度 越 小 ， 但 是 相反 随着 Ｌ的不 断的增加 ， 回扫 区 的范 围逐 渐变大． 出射波阵面的相位分布如图 ４ 所示．
６
６ ． ２
液品相控阵后表面 ０ ／ ｍ
ｘ ｌ Ｏ
图４ 边 缘 效 应 影 响 下 出射 波 阵 面
相 位分布 （ 占空 比小 于 １ ）
由于重置区域相邻 两个 电极加 载的电压差距 较 大， 因此受高 电压控制的液 晶分子会受到相邻电 极所加载的低 电压 的影响 ， 同时 ， 受低 电压控 制 的液晶分子会受 到相邻 电极所加 载的高电压 的 影响 ， 这样相位就不能实现马上从最大相位变为 ０相位 的突变 ， 就会形成一个平缓下降 的回扫的 区域 ， 用以 表示 ， 回扫 区 的存在 使边 瓣效 应 有所
激光雷达液晶相控阵波控器研究的开题报告
激光雷达液晶相控阵波控器研究的开题报告题目：激光雷达液晶相控阵波控器研究一、选题背景和意义激光雷达是自动驾驶、智能交通等领域中的重要传感器之一，能够高效、准确地获取环境和障碍物的信息。
激光雷达的核心部件是光学系统和控制系统，而控制系统又包括波控器、滤光器、功率放大器等组成。
其中波控器的作用是控制光束的出射方向和光束的光强，是激光雷达中至关重要的组成部分。
目前，市场上常用的波控器技术主要有机械转盘式和液晶相控阵式。
机械转盘式波控器已被广泛应用，但存在体积大、噪音、寿命短等问题；相比之下，液晶相控阵波控器具有结构简单、体积小、寿命长、精度高等优点，已经成为激光雷达波控器的新趋势。
因此，本研究旨在深入探究激光雷达液晶相控阵波控器的工作原理、性能特点和优化方法，为激光雷达的进一步发展提供技术支持和科学依据。
二、研究内容和方法本研究将从以下几个方面展开：1. 液晶相控阵波控器的基本工作原理和优点；2. 液晶相控阵波控器的结构特点和设计方法；3. 液晶相控阵波控器的性能分析和评价；4. 液晶相控阵波控器的优化方法和实验验证。
研究方法主要包括文献资料收集、实验室测试和数据分析等。
通过对现有的文献资料进行收集和整理，了解液晶相控阵波控器的基本工作原理和设计方法；在实验室中搭建相应的实验平台，对液晶相控阵波控器的性能进行测试和分析；最后，结合实验数据对液晶相控阵波控器进行优化，验证其性能和优化效果。
三、研究目标本研究的主要目标是：1. 掌握液晶相控阵波控器的基本原理和结构特点；2. 分析液晶相控阵波控器的性能特点；3. 探讨液晶相控阵波控器的优化方法，并验证其效果；4. 提高激光雷达液晶相控阵波控器的应用价值和使用效率。
四、预期成果1. 编写激光雷达液晶相控阵波控器相关技术文章和论文，发表在相关学术刊物上；2. 推广液晶相控阵波控器技术，促进激光雷达应用的发展；3. 提高激光雷达液晶相控阵波控器的生产技术水平和制造效率；4. 为相关行业的企业提供技术支持和咨询服务。
液晶光学相控阵技术
2012/1
航空科学技术
AERONAUTICAL SCIENCE & TECHNOLOGY
级衍射效率可达80%~95%， 偏转角度范 围为±4°~7°， 液晶响应时间是5~30ms， 激光波长从635nm到1.55μm； 二维的液 晶相控阵独立可控阵元数目为 262144 个， 有效孔径为7.68mm×7.68mm， 支持 的激光波长为 532nm 、 635nm 、 785nm 、 1064nm、 1550nm。 2 0 0 7 年 , 雷 神 公 司 在 D A R PA 的 APPLE 项目中利用 STAB 项目中的原 理样机作为光束定向器件， 基于阵列式 的液晶光学相控阵列实现了大口径光 束偏转， 拉开了光学阵列使用的序幕， 图 1 为雷神公司展示的 7 个子孔径的原 型阵列。
* 基金项目: 航空科学基金项目(20070151002) 航空科学技术
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2012/1
AERONAUTICAL SCIENCE & TECHNOLOGY
航空科学基金 Aeronautical Science Fund
瑞典和以色列也对基于液晶的光 束方向的精细控制做了深刻研究。 瑞典 防务研究机构 FOI 在防务光电子项目 中设立非机械光束控制技术研究课题， 要求开发采用非机械激光束控制的合 作目标通信演示系统， 并对液晶空间光 调制器用于激光束控制的可行性进行 评估。 1.2 国内的研究动态 20世纪90年代， 电子科技大学等单 位开始研究激光雷达技术， 并且制作出 了激光雷达演示样机。 2000 年以后， 电 子科技大学对相控阵激光雷达技术的 体制和系统结构进行了深入的前期概 念研究与样机制作。 自2004年起， 哈尔滨工业大学从理 论层面对液晶相控阵技术进行了深入 研究， 根据 Frank - Oseen 液晶连续体弹 性形变理论和静电场理论， 建立了液晶 相控阵内部的几何算法模型。 2008 年， 哈工大张健等人研制了含有 1024 个驱 动电极的液晶光学相控阵器件， 由现场 可编程门阵列 （ FPGA ） 对电极驱动电 压进行可编程控制。 经实验验证， 该器 件可以实现 60个角度的准连续随机可 编程电控偏转与扫描， 最大偏转角度为 2.0014°。 2011年， 王东等人提出了一种 基于液晶相控阵的大角度连续高分辨 光束偏转扫描装置及扫描方法实现了 大角度光束偏转扫描 。 另外， 中国电子科技集团 27 所、 11 所、 中科院长春光学精密机械与物理研 究所、 清华大学等研究所与高校也先后 对激光雷达或相控阵激光雷达体制进 行了前期探索， 但这些研究成果基本上 还局限于实验室阶段， 还未开展对激光 雷达相控阵技术的深入研究， 特别是基 于系统实现的研究。 目前因受加工工艺 的限制及技术手段的影响， 液晶光学相 控阵尚不能满足相控阵激光雷达工程
激光雷达液晶相控阵波控技术研究的开题报告
激光雷达液晶相控阵波控技术研究的开题报告
一、研究背景
激光雷达是一种高精度测距的技术，近年来在自动驾驶、智能运输、智能制造等领域获得广泛应用。
而激光雷达的核心部件之一就是液晶相控阵波控技术，它对激光
雷达的性能和成本都有着重要影响。
二、研究目的
本项目旨在深入研究激光雷达液晶相控阵波控技术，并探究其在激光雷达测距、成像、探测精度等方面的应用，为激光雷达技术的进一步发展提供支持。
三、研究内容和方案
1. 液晶相控阵波控技术的原理和工作方式：介绍液晶相控阵波控技术的基本原理、相关算法和实现方法。
2. 激光雷达液晶相控阵波控技术的应用场景：探究激光雷达液晶相控阵波控技术在智能汽车、智能仓储、智能制造等领域的应用场景，以及其在这些场景中的应用效
果和局限性。
3. 液晶相控阵波控技术的改进方案：根据目前激光雷达液晶相控阵波控技术存在的局限性和不足，提出相应的改进方案，提高激光雷达的性能和精度。
四、研究意义和预期结果
本项目将深入探究激光雷达液晶相控阵波控技术的原理和应用，旨在为激光雷达技术的发展提供有价值的支持和参考。
预计研究结果可为激光雷达技术在自动驾驶、
环境监测、智能制造等领域的应用提供更好的技术支持和保障。
液晶光学相控阵关键技术研究
液晶光学相控阵关键技术研究液晶光学相控阵(LC-OPA)是一种结合了微波相控阵天线技术与液晶电光特性的新型无机械波束扫描控制器件,具有驱动电压器、功耗低、重量轻、抗振动、抗辐射干扰、大孔径和性价比高等优点,在激光雷达和空间光通信等领域具有重要的应用前景和应用价值,已成为光学相控阵中的研究热点。
目前LC-OPA技术研究还存在系统分析模型不完善和偏转效率较低等问题,本文针对LC-OPA的系统建模、性能优化和波束控制三个方面开展研究,主要学术贡献如下:1、建立了完备的LC-OPA系统分析模型,包括空间传播模型、相位调制模型、波束偏转控制模型和影响因素模型,提出了反映系统对波束能量利用率的偏转效率指标;研究了液晶层厚度与LC-OPA相移特性的关系;分析了器件设计参数的选取、偏转控制方式的选择、边缘效应的大小、制作工艺误差的大小对LC-OPA偏转效率和偏转角度的影响,为LC-OPA 器件的研制提供了理论依据和指导。
2、针对LC-OPA偏转效率优化的问题,设计了偏转性能闭环优化系统,提出了基于快速搜索法和随机并行梯度下降法的偏转性能优化方法,提高了系统的偏转性能,提升了优化过程的迭代速度,通过实验优化了LC-OPA的波束偏转效率。
3、针对LC-OPA多波束形成问题,提出了子孔径多波束法,通过对LC-OPA 划分独立控制的子阵列,形成了低栅瓣干扰的多波束偏转;提出了阵列复用多波束法,通过共享整个LC-OPA的孔径资源,形成了高分辨率的多波束偏转;提出了迭代傅里叶变换多波束扫描方法,利用阵列综合和迭代运算的方式获得LC-OPA的多波束相位激励值,通过实验形成了动态扫描的多波束。
4、提出了LC-OPA的波束发散角控制方法,通过对LC-OPA加载不同焦距的透镜相位调制函数,实现了对高斯光束传播参数的控制,并设计试验验证了对LCOPA入射波束发散角大小的控制能力。
将该方法拓展应用于空间光通信系统,设计了基于LC-OPA发散角控制振动干扰抑制系统,推导了振动干扰中通信波束最优发散角的计算方法,降低了振动导致的通信系统综合功率损失。
液晶技术在的光束控制系统中的应用
訇 似
入 光 强检 测 系统 测 出衰 减 后 的信 标 光 光波 强 度 。 调 整加 在 液 晶 光调 制 器 上 的外 加 电 压 ，就 可 实现 对衰 减的光 强的补偿 效应 。
作用 。
变 化 ， 液 晶 的分 子 长 轴 开 始 沿 电场 方 向倾 斜 ，这 时通 过 液 晶调 制 器 的平 面 偏振 光将 改变 其 振 动 方 向 ，所 以经 过 起偏 器Ｐ 生 的平 面偏 振光 ，通 过 液 产
晶 光 调 制 器 后 ，其 振 动 方 向就 不 再 与Ｑ的 光 轴 垂
能 方 便地 与计 算 机 接 口 ，在 设 定 的 光 学 调 制 模 式
直 ，而 是在Ｑ的光轴 方 向上 有偏振 光 的振动 分量 ， 所 以 此 时检 偏 器 就 会 有 光 输 出 ，输 出光 的 强 弱 与 液 晶 自身 的性 质及外 加 电压 的大小 等因 素有关 。 根 据 琼斯 矩 阵分 析 方 法 和 液 晶分 子 的 构 造 特
统 的误 码 率 。 只有 具 备 了高 精 度 、快 速 的光 束 衰
减 控 制 能 力 的 光束 控制 系统 ，对 入 射 的 激 光 能 量
进 行 实 时 控 制 ，使 光探 测器 接 收 到 的激 光 能 量 保
持 稳 定 ，才 能提 高 系统 通 信 质 量 ，降 低 误 码 率 ， 实 现 高 信 噪 比 的激 光信 号探 测 ，整 个 大 气 通 信 系 统 才能 实现高 效可 靠 的信息 传输 …。 本 文 采 用 了基 于 液 晶 的 空 间 光 调 制 技 术 对 光 束 进 行 控 制 。文 中对 液 晶空 问光 调 制 器 的 工 作 原 理 以及 光 束 控 制 系统 进 行 了深 入 研 究 。采 用 液 晶 装 置 取 代 传统 的衰 减 片 ，拟 将 液 晶作 为 一种 动 态
液晶相控阵 原理
液晶相控阵原理液晶相控阵（LCD）是一种广泛应用于电子显示器的技术，它利用液晶材料的光学特性来控制光的透过程度，从而实现图像显示。
液晶相控阵的原理是基于液晶分子的特性和电场的作用。
液晶分子是一种有机化合物，具有一定的长程有序性。
在没有外界电场作用下，液晶分子呈现出无序排列的液态状态。
但当外界电场施加在液晶分子上时，液晶分子会发生定向排列，形成一个称为“液晶相”的状态。
液晶相控阵的核心部件是一组液晶分子构成的液晶层，该层被夹在两片透明电极之间。
当电场施加在液晶分子上时，液晶分子会发生定向排列，从而改变光的透过程度。
液晶相控阵通常由许多微小的液晶单元组成，每个液晶单元称为一个像素。
液晶相控阵的显示原理是利用液晶分子的定向排列来控制光的透过程度。
当没有电场施加在液晶层上时，液晶分子呈现出无序排列的状态，光线会被液晶层完全阻挡，显示器呈现黑色。
而当电场施加在液晶层上时，液晶分子会发生定向排列，光线可以透过液晶层，显示器呈现亮色。
为了控制液晶分子的定向排列，液晶相控阵需要外部电路提供电场。
在显示器上，每个像素都对应一个电路，这个电路可以控制液晶分子的定向排列。
通过改变电场的大小和方向，可以精确地控制每个像素的亮度和颜色，从而实现图像的显示。
液晶相控阵的优点是功耗低、视角广、反应速度快，适用于各种场景下的显示需求。
目前，液晶相控阵已经广泛应用于各种电子设备，如计算机显示器、电视机、手机等。
随着技术的不断进步，液晶相控阵的分辨率和色彩表现能力也得到了大幅提升，为用户提供了更好的视觉体验。
液晶相控阵是一种利用液晶分子的定向排列来控制光的透过程度的技术，通过外部电场的作用，实现图像的显示。
它在显示器领域有着广泛的应用，并不断得到改进和创新，为人们带来更好的视觉体验。
相控阵信号处理技术的研究与应用
相控阵信号处理技术的研究与应用随着无线通信技术的不断发展，相控阵信号处理技术也开始逐步被人们所关注。
相控阵技术是一种基于信号处理的技术，常常被用于雷达、天线、声纳等系统中。
该技术可以使其使用的设备具备高精度的探测和信号处理能力，从而实现快速准确的探测和测量等任务。
一、相控阵信号处理技术的原理相控阵技术的工作原理是通过集成多个发射和接收元件，每个元件的输出与其它元件的输出之间产生空间干涉。
这样就可以产生多个方向性的波束，这些波束可以在一个平面上发射或接收信息。
每个元件可以通过适当的信号差分、窄带处理等方式，从而使波束的方向更加精确。
相控阵技术所能探测的物体是被波束所照射的区域，这被称为可观测区域。
在相控阵信号处理技术中，最重要的是信号的处理和分析。
这包括数字信号处理、滤波、任务规划、目标估计、自适应算法等。
其中，数字信号处理是最基础的处理方式，涉及到的问题包括数据的获取、采样、存储、处理、传输等。
而滤波和逼近算法则是必要的算法和工具，因为它们可以减少信号的噪声和误差，并提高信号的精确度。
同时，自适应算法也被广泛应用于相控阵信号处理技术中，因为它可以对信号进行进一步的优化处理，并根据信号的特点，自动调整算法的参数和权重，从而更好地适应不同的工作环境和要求。
二、相控阵技术的应用1. 雷达雷达是相控阵技术最常用的应用之一。
利用雷达的生产厂商可以计算出物体的速度、距离、轨迹等，从而保护全球范围内的飞行器、船只、车辆和建筑物。
在防空系统中，雷达通常被用于探测敌机的飞行路线、加速和轨迹，以便及时发现和抵御来袭的敌军。
2. 声纳相控阵技术在声纳系统中也被广泛应用。
声纳是一个仅在水下使用的信号处理设备，在水下环境中广泛使用。
例如，声纳可以用于探测水下的沉船和鱼群，并识别它们的位置，密度和种类。
因此，声纳技术通常被用于渔业、军事和地图绘制等领域。
3. 行车辅助系统相控阵技术可以在行车辅助系统中发挥重要的作用。
例如，在自动驾驶汽车中，相控阵技术被广泛应用于位置确定、障碍识别、自动泊车等方面。
光学相控阵技术研究进展与发展趋势
一、概述光学相控阵技术是一种通过控制光波的相位和振幅来实现波束的控制和调制的方法，该技术在军事、通信、医疗等领域具有广泛的应用前景。
近年来，光学相控阵技术在我国得到了快速发展，取得了一系列具有重大意义的研究成果。
本文将对光学相控阵技术的研究进展和发展趋势进行分析和探讨。
二、光学相控阵技术的研究进展1. 光学相控阵技术的基本原理光学相控阵技术是一种利用可调控的光学元件，例如光学相位器和可调光栅等，来实现光波的控制和调制的技术。
通过耦合器、调制器和驱动器等部件，可以实现对光波的相位和振幅进行高精度的调控，从而实现光波的定向传输和聚焦发射。
这种技术在激光通信、光学雷达、遥感探测等领域都有着重要的应用价值。
2. 光学相控阵技术在军事领域的应用光学相控阵技术在军事领域具有广泛的应用前景，特别是在激光导弹防御、光学远程测距和电子对抗等领域。
利用光学相控阵技术，可以实现对光束的快速定向和调制，从而提高射击精度和命中率。
我国军队在光学相控阵技术的研究和应用上取得了一系列的重要成果，为提升军事技术水平和国防实力发挥了重要作用。
3. 光学相控阵技术在通信领域的应用在光通信系统中，光学相控阵技术可以实现对光波的调制和编码，从而实现高速、稳定的光信号传输。
近年来，我国在光纤通信、光无线通信等方面取得了一系列成果，光学相控阵技术在通信领域将有更加广泛的应用前景。
三、光学相控阵技术的发展趋势1. 高精度、大带宽的技术需求随着人工智能、大数据、云计算等技术的快速发展，对光学相控阵技术提出了更高的精度和带宽要求。
未来的光学相控阵技术需要能够实现更高分辨率、更大带宽、更快速的光波调制和控制，以应对各种复杂的应用场景。
2. 多功能集成的技术发展光学相控阵技术需要向多功能集成的方向发展，能够实现光波的调制、光束的聚焦、光场的编码等多种功能。
未来的光学相控阵技术需要具有更高的灵活性和可定制性，适应不同领域的需求。
3. 光电子器件的发展光学相控阵技术的发展离不开光电子器件的进步，包括高速可调光栅、微型可调光学器件等。
液晶光学相控阵的双波束成形和2维扫描技术
液晶光学相控阵（Liquid Crystal Optical Phased Array，LCOPA）是一种基于液晶材料的光学相控阵技术，它可以实现光束的双波束成形和 2 维扫描。
下面是对液晶光学相控阵的双波束成形和 2 维扫描技术的介绍：
1. 双波束成形：液晶光学相控阵可以通过控制液晶分子的取向，实现对光束的相位调制。
通过调整不同区域液晶分子的取向，可以将入射光束分成两个不同的波束，实现双波束成形。
这种技术可以用于光通信、激光加工等领域。
2. 2 维扫描：液晶光学相控阵还可以实现 2 维扫描。
通过控制液晶分子的取向，可以改变光束在不同方向上的相位延迟，从而实现光束在水平和垂直方向上的扫描。
这种技术可以用于激光雷达、光学成像等领域。
在液晶光学相控阵中，液晶分子的取向是通过外加电场来控制的。
通过改变电场的强度和方向，可以实现对液晶分子取向的精确控制，从而实现光束的双波束成形和 2 维扫描。
液晶光学相控阵具有体积小、重量轻、功耗低、响应速度快等优点，因此在光通信、激光加工、激光雷达、光学成像等领域具有广泛的应用前景。
液晶相控阵 原理
液晶相控阵原理
液晶相控阵是一种常见的显示技术，广泛应用于电子产品和显示设备中。
它通过控制液晶分子的定向和排列来实现图像的显示。
这项技术的原理基于液晶分子的特性和电场的作用。
液晶是一种介于液体和晶体之间的物质，具有特殊的光学性质。
液晶分子具有长而细的形状，可以在电场的作用下改变方向。
液晶分子的排列方式决定了光的透过性和偏振性。
液晶相控阵利用这一特性来控制光的传播和阻挡，从而实现图像的显示。
液晶相控阵由许多微小的液晶单元组成，每个单元都可以独立控制。
当没有电场作用时，液晶分子呈现无序排列，光线透过液晶单元时会发生散射，无法形成清晰的图像。
而当电场作用于液晶单元时，液晶分子会按照电场的方向排列，光线可以沿着特定方向通过，形成清晰的图像。
液晶相控阵的控制是通过在液晶单元周围施加电场来实现的。
通过控制电场的强度和方向，可以改变液晶分子的排列方式。
液晶相控阵可以通过分段控制电场，实现不同区域的液晶分子排列方式的改变，从而显示出丰富多彩的图像。
液晶相控阵的原理虽然简单，但是在实际应用中有着广泛的用途。
它被应用于液晶显示器、电视、智能手机等各种电子产品中。
液晶相控阵具有功耗低、可视角度大、显示效果好等优点，因此成为了
主流的显示技术。
液晶相控阵通过控制液晶分子的排列方式来实现图像的显示。
它是一种常用的显示技术，应用广泛且效果优秀。
液晶相控阵的原理简单而有效，为电子产品的发展做出了重要贡献。
液晶光学相控阵在高功率激光应用中的研究进展(特邀)
ＶＯ１．４７ Ｎ Ｏ．１
红 外 与 激 光 工 程
Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅ１８
．◆．特 约 专 栏 ．．．
液 晶光 学 相 控 阵在 高 功 率激 光应 用 中的研 究进 展 （特邀）
汪相如 ，周庄奇
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｐｔｉｃｓ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ ｈｉｇｈ ｐｏｗ ｅｒ ｌａｓｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍ ｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ， ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈ ｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ， ａｌｉｇｎｍ ｅｎｔ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａ１． Ｍ ｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｌａｙｅｒｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ａｔ ｔｈ ｅ ｓａｍ ｅ ｔｉｍ ｅ， ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗ ｅｅｎ ｌａｓｅｒ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｒ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｒｅｖｉｅｗ ｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ； ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ； ｂｅａｍ ｃｏｍ ｂｉｎａｔｉｏｎ； ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙ ｓｔａｌ
液晶光相控阵技术及应用研究
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。
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4 f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。
液晶光学相控阵的双波束成形和2维扫描技术
液晶光学相控阵的双波束成形和2维扫描技术汪相如;谭庆贵;黄子强;孔令讲;杨若夫;幺周石【摘要】In order to realize dual beam formation and 2-D scan in optical phased array , choosing glass as substrate material and liquid crystal as phase-shifting medium, using the electric control phase-shifting characteristics of liquid crystal, double beam formation and phase control spatial scanning of incident light were gotten .Wave control data were transmitted to LCD driver chip by FPGA chip and the liquid crystal phase shifting array was driven by voltage , and beam scanning function was controlled , so a single transmissive-type liquid crystal optical phased-control array assembly was developed.Therefore, based on beam scanning function of the assembly , a liquid crystal optical phased array was developed by cascading multiple-assembly to realize dual beam formation and 2-D scan.The results show that the cascading system has the ability to achieve double beam independent deflection control and high precision 2-D deflection.% 为了在光学相控阵中实现双波束成形和2维扫描，以玻璃作为基底材料，以液晶作为移相介质，利用液晶的电控移相特性，对入射光束进行双波束成形和相控空间扫描；采用现场可编程门阵列芯片对液晶驱动芯片进行波控数据发送，完成对液晶移相阵列的电压驱动，从而达到电控光束扫描功能，完成单个透射型液晶光学相控阵组件的研制；利用该组件的电控光束扫描功能，采用多个组件级联的方式，实现基于透射型液晶光学相控阵组件的双波束成形和2维扫描技术。
新型液晶光学相控阵的特性研究
新型液晶光学相控阵的特性研究
戴竞;张敏明;何岩;刘德明
【期刊名称】《中国战略新兴产业》
【年(卷),期】2014()2
【摘要】将液晶作为平板光波导的上包层,构建了液晶光学相控阵器件.根据Frank-Oseen液晶连续体弹性形变理论与光栅衍射理论,研究分析了基于这种新型结构下液晶光学相控阵的传输特性,输出衍射特性和其它性能特性.研究结果表明,器件的传输电控相位延迟可以实现更大的光程差;阵列电极周期数目、电极宽度、电极间隔宽度等结构参量对器件的输出衍射光束的光强分布和半峰值全宽度影响很大,同时光束扫描的可行性得到论证;器件的响应时间提高了一个数量级,且其色散性能获得改善.为以后研制新型液晶光学相控阵提供了理论基础与技术设计依据.
【总页数】6页(P55-60)
【作者】戴竞;张敏明;何岩;刘德明
【作者单位】华中科技大学光学与电子信息学院;烽火通信科技股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN252
【相关文献】
1.液晶光学相控阵组件扫描精度分析研究 [J], 汪相如;黄子强
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液晶相控阵 原理
液晶相控阵原理
液晶相控阵是一种常见的液晶显示技术，广泛应用于电子产品中。
它的工作原理是通过控制液晶分子的排列来实现图像的显示。
液晶相控阵由许多微小的液晶单元组成，每个单元都可以独立地控制其透明度。
液晶单元由两块玻璃基板夹持，基板上有透明导电层，形成电场。
液晶分子位于两块基板之间，当电场加到适当的电压时，液晶分子会发生扭曲，从而改变光的传播方向。
液晶相控阵中的每个液晶单元都有一个控制器，用来控制电场的作用。
控制器可以根据输入的信号，改变电场的强度和方向，从而控制液晶分子的排列。
液晶分子的排列方式决定了光的透过程度，从而实现图像的显示。
液晶相控阵的工作原理可以通过以下步骤来解释。
首先，控制器接收到输入信号，根据信号的大小和方向，调整电场的强度和方向。
然后，电场作用于液晶分子，使其发生扭曲。
扭曲的液晶分子会改变光的传播方向，从而改变透过液晶单元的光的强度。
最后，通过将许多液晶单元排列在一起，就可以显示出完整的图像。
液晶相控阵的优点是能够实现高分辨率的图像显示，具有较低的功耗和较高的反应速度。
它广泛应用于液晶电视、计算机显示器、智能手机等电子产品中。
总的来说，液晶相控阵是一种通过控制液晶分子排列来实现图像显
示的技术。
它的工作原理是通过调整电场的强度和方向，控制液晶分子的扭曲，从而改变光的透过程度。
液晶相控阵具有高分辨率、低功耗和快速反应的优点，广泛应用于各种电子产品中。
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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。
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4 f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。