液晶闪耀光栅中的指向矢二维分布与特性研究

在连续弹性体理论的基础上,采用差分迭代数值分析方法仿真模拟了液晶闪耀光栅中的液晶分子指向矢二维分布情况。利用液晶的电控双折射特性,对液晶光栅电极施加经过插值计算以及修正后的周期电压,使之形成光程差阶梯形分布,具有二元光栅结构的液晶闪耀光栅。得到了液晶光栅的光程差以及相位延迟曲线。通过实验,采用四分之一波片法作出了相位延迟随电压的变化关系曲线,验证了仿真结论,给出了周期电场分布的液晶闪耀光栅在正交偏光下的显微照片。     

基于大Δn液晶材料的短焦距透镜阵列

为了在不改变液晶透镜孔径的基础上减小其焦距,本文提出了一种基于大Δn液晶材料的短焦距透镜阵列。该透镜阵列采用大Δn液晶材料,使其在低驱动电压下便可以积累较大的光程差。下基板采用ITO驱动电极与ITO接地电极交替排列的结构,且ITO驱动电极位于介电层上方。ITO接地电极使其边缘区域内存在弱电场,介电层平滑了液晶层内的电场。该设计不仅在大孔径范围内实现抛物线形的相位分布,且减小了驱动电压。仿真结果表明,当驱动电压为6V时,该液晶透镜阵列的相位分布曲线与理想抛物线匹配较好。单个液晶透镜中心与边缘的相位差为42.17π左右,使其达到最小焦距约1.72mm。当驱动电压从0V增加到6V时,液晶透镜阵列的焦距从∞减小到1.72mm左右。因此,该液晶透镜阵列可以应用于2D/3D可切换显示、AR显示等领域。     

斜入射下液晶偏振光栅衍射特性研究

为了表征光束倾斜入射下液晶偏振光栅的衍射特性，提出了液晶偏振光栅斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型建模方法。该方法利用吉布斯自由能方程，求解液晶分子指向矢，得到驱动电压与液晶分子倾斜角的表达式，推导出斜入射角度与相位延迟量之间的关系，结合扩展琼斯矩阵表征不同入射角度下液晶偏振光栅的透过率，通过矢量衍射理论，建立了斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型。该模型不仅可以定量求解不同斜入射角度下液晶偏振光栅衍射效率，而且能够实现衍射效率最优时驱动电压的标定。通过仿真分析和实验对该模型的有效性进行了验证，结果表明:光束入射角度从0°倾斜到10°时，最优驱动电压由2.2 V降低到2.0 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到78%；光束入射角度从0°倾斜到?10°时，最优驱动电压由2.2 V升高到2.4 V，液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到74%。     

光学相位分布曲面的自适应调制系统

液晶调制器件的相位分布一直无法实现精确的区域表征,同时相位分布曲面的驱动电场也只能通过间接光学调制结果进行调整,因此我们构建了一种相位分布曲面的自适应调制系统。通过将相位深度转换为透过率,并经过高分辨率探测器件的灰度测试,可以得到精确的区域相位深度信息。系统将实际的相对透过率分布曲面与预期中理想的相对透过率分布曲面做比较,代入自适应算法得到新的电压信号,形成自动化的闭环控制环路。针对迭代调试复杂的问题,通过自适应调制系统大大减少相位调制过程中的时间,提升相位分布的调制精度。可广泛应用于液晶光栅和液晶透镜等电控相位调制器件。     

用于测量和调控入射光偏振态的大面积阵列液晶器件

介绍了一种通过改变电极上的驱动电压来测量和调控入射光偏振态的液晶器件,同时模拟了该器件的液晶分子指向矢分布。众所周知,液晶分子的倾斜角较容易控制,却常忽视其扭曲角同样可以被调控。所以,液晶材料能够用作可变化、可转动的相位延迟器,这样就可以实现用同一器件结构测量入射光偏振态,随后调控该入射光偏振态。模拟了在十字结构电极下液晶层的指向矢分布,表明扭曲角可被电控,同时也说明将入射光偏振态调控到任意偏振态是可以实现的。     

液晶产生可切换相位光栅

可从衍射状态切换到无衍射状态的相位光栅将在光谱仪、相机透镜、光束导向器和光信息处理元件中发挥作用。英格兰Exeter大学的AdrianStrudwich和GarryLester研制了这种相位光栅,它用液晶进行切换。从覆以氧化铟锡电极的玻璃衬底开始,加上折射率为1.635的感光材料。因为液晶是双折射,可以施加电压使其重取向,改变其折射率。使用的液晶垂直取向折射率为1.507,水平取向折射率1.655。液晶和容纳它的槽形聚合物间的光学相位差形成衍射光栅。由于无法在断开状态使光栅和聚合物的折射率完美匹配,衍射光栅的较高衍射级存在轻微重影。液晶产生可切…     

液晶闪耀光栅波前相位测量方法

电控液晶光栅在卫星激光通信、激光雷达的光束指向应用中具有体积小、光束灵活可控的优势。而获取电控液晶光栅对光波前的相位调制分布则是评价液晶光栅性能的关键。提出液晶光栅调制波前相位的共轭移相干涉测量技术,通过实验对比验证了实测远场分布与近场相位计算远场分布的一致性,由此可实现由近场相位测量的光束指向控制新方法。     

非均匀分布的纳米银掺杂的聚合物分散液晶全息光栅等效电路建模

聚合物分散液晶全息光栅具有电场可调的特点,材料中掺杂纳米银颗粒,能够有效降低光栅的驱动电压.由于聚合动力学的影响,会造成纳米银颗粒在光栅中的非均匀分布,即纳米银在聚合物和液晶区分布含量不均匀,表现出不同的电场调控特性.通过等效电路建模的方法研究驱动电压阈值与所施加交流电场的频率之间的关系.根据Maxwell-Wagner效应建立纳米银分别被液晶和聚合物包围的等效电路模型,具体研究在液晶条纹中,纳米银含量占总纳米银比例不同的条件下,纳米银掺杂的聚合物分散液晶全息光栅的介电弛豫时间和弛豫振荡的频率数值变化,进一步调节驱动电场频率,获得更低的驱动电压阈值.通过最优驱动电场频率范围来初步确定纳米银在光栅中的分布结构,并证明纳米银颗粒集中在液晶条纹,少量分布在聚合物条纹中.     

新型数控光纤矢量和微波光子移相器

针对相控阵天线中基于光纤的微波光子移相器原理进行研究,并设计了新型方案,通过引入可调分光器和保偏光纤,降低了移相器的复杂性和相干干涉损耗,在对光纤长度的精度要求上有很大改善,从而提高了可实现性,增强了移相器的可控性。研究了分光系数和频率对信号相位和幅度的影响,实现了超过140的相移。最后通过设计数控电压源实现对分路器驱动电压的调整,从而改变两路光纤的光分量,最终实现对输出信号相位的数字控制。该新型微波光子移相器方案易于实现,并具有一定的创新性。     

单体材料结构对全息聚合物分散液晶光栅电光特性的影响

使用3种分子结构不同的单体材料体系制备了全息聚合物分散液晶光栅,对所制备光栅的形貌、衍射特性、驱动特性、单体双键转化率等进行了研究.研究结果表明:体系中单体材料结构刚性的增加有助于相分离结构的改善.由柔性单体制备的光栅样品,双键转化率低,光栅液晶区域液晶微滴尺寸小,驱动电压高;刚性适度的样品,其光栅液晶区域液晶微滴较大,衍射能力达到96%,实际衍射效率为82%,且曝光结束后单体的单体双键转化率达到了57%,驱动电压为8.3 V/μm;随着单体材料结构刚性的继续增加,光栅液晶微滴反而变小,液晶区域变窄,驱动电压升高.因此,合理增加单体的刚性程度有助于提高光栅相分离及光栅的电光特性.     

光纤干涉型光学相控阵扫描角度的模拟实验

理论分析了光纤干涉型光学相控阵扫描角度与扫描控制电压的关系,提出了扫描角度与电压关系的实验方法,即按照场点定点的光强间接测定一定扫描控制电压对应的扫描角度;采用M-Z型干涉光路来模拟2光路的光纤干涉型相控阵进行模拟实验,通过改变相位调制器上的控制电压,对场点定点接收到的光强大小进行测试,反演出光纤干涉型相控阵实际的扫描角度。实验结果表明:扫描控制电压在相位调制的半波电压范围内,扫描控制电压要比集成波导阵列的控制电压小得多,扫描角度为0~6.2 mrad,在此范围内,扫描角度的实验值与理论值较好吻合。该模拟实验研究可以为光纤干涉型光学相控阵的远场扫描特性的进一步研究提供参考。     

Improvement for the steering performance of liquid crystal phased array

Optical phased array technology is introduced and the steering performances of liquid crystal phased array are discussed, several factors affecting the beam steering performances are analyzed completely, also simple models for some typical factors are developed. Then, a new method based on iterating and modifying the output phase pattern of liquid crystal phase shifters is proposed. Using this method, the modified voltages applied on electrodes of liquid crystal phase shifters can be obtained, after applying the voltages, the influence of factors can be compensated to some extent; the steering angle accuracy and efficiency with liquid crystal phased array can be improved. Through the simulation for the angle range from 0° to -1 °, the error of steering angle can be reduced three orders of magnitude, and the efficiency can be increased almost 30% after several iterations.     

基于复合左右手传输线相移器的串馈相控阵天线

基于电调复合左右手传输线相移器,提出了一种新型相控阵天线波束控制方式：通过电压控制相移器的相移,从而使相控阵天线中心频率工作在边射方向,并允许向边射外的两个方向进行扫描。作为实例,设计制造了一个应用在ISM波段的平面串联馈电贴片相控阵天线,并对其进行了测试。结果表明：该相控阵天线可实现连续扫描,边射方向波束倾斜小(2°...     

一种基于压控移相技术的低成本相扫天线

研制了一种基于铁电体压控移相技术的低成本相扫天线阵列,该天线采用空间馈电透镜型式,省去复杂的馈电网络,减少移相器/TR组件数量,能显著降低相控阵天线的制造成本。介绍了空馈铁电体透镜相控阵天线系统的组成及其特点。对透镜天线关键部件的设计作了详细阐述,给出了12列铁电体空馈透镜天线阵列的实验结果,结果表明:在X波段,研制的铁电体透镜天线阵列在10%频带内可实现天线波束±45°的电控扫描,各扫描状态的输入驻波比小于1.4。     

基于铁电移相器的Ka波段低成本相控阵天线研究

为解决铁电体陶瓷移相器中高相对介电常数材料间的匹配问题,研制了一种可用于Ka波段低成本相控阵天线的新型铁电体陶瓷材料移相器,并用其设计制作了一种一维电扫低成本相控阵天线。结果表明:通过利用三级阻抗匹配技术,所制新型移相器中高相对介电常数材料间的匹配问题得到了有效解决。当外加偏置电压约为11 kV时,该移相器可在损耗小于2.2 dB的情况下实现360°相移。     

基于激光相控阵原理的相位调制器半波电压测量方法

半波电压是电光相位调制器的一个重要指标, 针对现有半波电压测量方法存在的测量误差大、测量装置复杂等问题, 提出了基于激光相控阵光束扫描原理的半波电压测量方法.通过理论分析, 得到了远场主光束的偏移量和相位调制器半波电压的关系表达式.搭建了12 全光纤激光相控阵光路, 对铌酸锂波导相位调制器的半波电压进行了实验测量, 改变相位调制器的加载电压, 记录多幅远场光强分布图, 通过求平均值减小测量误差, 而且根据远场光强分布的变化得到了相位调制特性曲线.结果表明, 该方法测量装置简单, 不仅可以精确地测量半波电压, 还可以对相位调制线性度进行分析, 具有重要的工程应用价值.     

自跟踪相控阵接收系统标校方法研究

无人机多目标测控系统可采用相控阵体制实现。对于相控阵系统除了天线之外还包含了信道设备,相控阵系统中各通道的标校对于和、差波束的形成至关重要。通过实例介绍了一种相控阵系统中通道标校方法,该方法借助1台矢量电压表,对各通道从场放入口到和、差信号中频输出口的幅度和相位进行了标校。通过对标校误差对系统和差波束形成的影响分析,给出了工程实现中对通道标校误差的指标分配要求。     

相控阵雷达阵面电源的设计

介绍了某相控阵雷达阵面电源的实施方案 ,该电源采用移相控制零电压开关PWM变换技术 ,既能实现功率管的零电压开关 ,又能实现功率管的恒定频率控制 ,是电力电子技术的发展方向之一。通过 42V /3 60A相控阵雷达阵面电源的研制 ,阐述了该电源的特点和必须解决的关键问题     

液晶光学相控阵相位调制特性测量

为了测试设计波长为1550 nm的液晶光学相控阵在633 nm波段的相位调制特性,采用泰曼格林干涉法和偏振光干涉法相结合的方法来进行测量。实验结果表明,液晶光学相控阵的相位延迟随灰度近似呈线性分布,在0~255的灰度范围内针对633 nm激光的实际相位调制在0~3.76π之间,在135~255的灰度范围内线性度良好,可以作为液晶的工作区域。由于液晶相位控制的准确性和精度是通过加载相应的灰度来实现的,因此测量相位延迟和灰度对应关系的研究对于液晶光学相控阵用于高精度光束偏转和跟踪有着重要价值。     

基于查表法的波控系统的设计与实现

波束控制系统是相控阵雷达的重要组成部分。介绍了一种用查表法完成阵面所有单元布相的方法。重点介绍了这种波控系统的原理、组成和具体实现方法。基本思想是先计算得到各移相器的控制码数据,并将控制码编写成查找表格,存储到存储器中。扫描和跟踪时,根据波束指向数据,查得各移相器的控制码,装订到各移相器中。其特点是系统结构简单、集成度高、设备量少、布相时间短。该方法既简单又实用,已用于某大型有限电扫相控阵雷达。