摘要：指向精度是光束控制领域最核心的指标之一,指向精度的高低直接决定了光束控制器性能的优劣。为了解决液晶相控阵受制作工艺限制会造成较大光束偏转角度误差、指向精度下降等问题,本文提出一种基于改进哈里斯鹰(HHO)的光束指向精度优化算法。首先,对影响因素进行分析,选取合理的器件参数。随后,采用哈里斯鹰算法对液晶相控阵进行光束指向精度优化。最后,鉴于哈里斯鹰算法容易陷于局部最优值的难题,本文设计了兼顾全局与局部并优策略的哈里斯鹰算法(G&L-HHO)。在全局优化策略方面,选择柯西分布函数增加初始种群多样性,提高算法的全局搜索效率;在局部优化策略方面,采用自适应余弦加权因子,多方面增强哈里斯鹰算法的寻优性能。仿真实验对比结果表明,本研究提出的G&L-HHO算法将归一化精度误差由100数量级优化为10^(-4)数量级,并大幅降低了归一化精度误差波动幅值。本研究显著提高了光束指向精度,并具有收敛精度高、收敛速度快、鲁棒性强等优点。

摘要：提出并设计了一个采用液晶空间光调制器(LCSLM)作为光束动态偏转器件的无机械光束扫描系统,实现了光束的方向和强度的可编程控制,解决了远场任意图形的激光光束动态逼近问题。逼近方法采用纯相位调制技术和傅里叶迭代优化算法结合的衍射图形相位优化设计方法。介绍了点阵图形发生原理并给出实验装置图。实验结果显示,用该方法产生的二维阵列式光束,其光斑强度偏差度小于8%,图形发生响应时间小于100 ms,该实验结果能够满足多光束准确动态偏转的要求。该系统具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。

摘要：新型光束偏转技术能够实现激光光束方向的实时可编程控制。利用基于液晶的光束偏转技术可建立无机械、低功耗、小型和轻量光束敏捷精确控制系统。综述了光束偏转技术国内外发展现状,阐述了基于液晶的光束偏转系统的原理和关键技术,以自行研制的液晶光学相控阵(LCOPA)为例说明了器件的设计与优化方法,分析了影响器件衍射效率的因素及改进措施,对提高液晶光学相控阵时间响应等性能的途径加以总结,并对基于液晶的光束偏转技术的发展方向作了展望。

摘要：液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转,与传统的快反镜相比,具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点,可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理,并测试了LCSLM的调制特性,根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动,使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。

摘要：为获得较大的光束电控偏转范围,使用空间分辨力高达8μm的反射式液晶空间光调制器实现了对入射632nm激光的电控偏转。利用双光束共焦干涉方法测量了液晶空间光调制器的电控相位延迟特性,最大相移量可达3π。根据二元光学理论和器件的电控相位延迟特性,设计了周期台阶相位模式和相应的加载灰度图,以最大衍射效率实现对入射光束的闪耀电控偏转。结果表明:相位模式台阶数为8时,可以实现10mrad的光束偏转,闪耀级次衍射效率可达46%。利用二元光学的衍射模型对影响衍射效率的关键因素进行了分析,认为器件较低的填充因子和周期台阶模式相位重置点诱导的指向矢回程区是限制光束衍射效率的主要因素。

摘要：针对亚波长光栅偏振分束器无法实现垂直出射光、集成耦合效率低的问题,本文设计了一种具有光束偏转功能的亚波长光栅偏振分束器,可实现偏振分束且能获得垂直出射光。器件上层采用光栅衍射理论设计了可实现偏振分束的周期亚波长光栅,下层通过严格耦合波法与波前相位控制理论设计了具有光束偏转功能的非周期亚波长光栅。基于有限元软件COMSOL对设计的器件进行仿真分析,结果表明该器件可分开TE与TM混合偏振光且能实现光束垂直出射,两种偏振光的总透射率在1550nm处超过了76.5%,偏振消光比为14.0dB。因此通过该偏振分束器不但可以获得垂直出射的单偏振光,而且能有效提高垂直耦合型器件的工作效率,有望应用在面向光纤通信的集成光电器件中。

摘要：声光器件在设计和制作中 ,由于器件结构和功能上的需要 ,常采用级联形式的声光互作用。根据声光互作用的一般理论 ,对不同的声光互作用条件下 ,级联布喇格声光互作用的频移和光束偏转进行了分析。当组合两次不同的声光互作用 ,可以得到不同的频移和光束偏转。并指出 ,通过调节两声波的频率 。

摘要：通过建立数值模型,分析了垂直腔面发射激光器相干耦合阵列单元数量、单元间距、单元间相位差对光束质量及偏转角度的影响.仿真结果表明,单元数量越多,发散角越小;单元间距越小,旁瓣强度越小;单元间相位差越大,偏转角度越大.因此,设计相干阵列时,需要尽量减小单元间距,增大阵列规模,实现单元间大相位差的控制.实验制备了3单元相干耦合阵列,通过分离电极实现了单元注入电流的独立控制以及单元间相位差的控制,最终实现二维方向上的光束操控.

摘要：为了分析高折射率对比度光栅(HCG)参量和入射波长对光束偏转角的影响,采用严格耦合波法设计了透射光束可偏转非周期三角HCG,并通过时域有限差分法证明了所设计的非周期三角HCG可实现30.3°的透射光束偏转。结果表明,当低折射率介质材料折射率从1增加到1.4时,透射光束偏转角可实现11°的调谐;当入射波长从波长1.5μm增加到1.6μm时,该非周期三角HCG可实现3.527°的透射光束偏转角调谐。这一研究结果可对将来制备高性能光束偏转光栅提供理论指导。

摘要：非机械伺服控制的液晶空间光调制器(LCSLM)通过控制加载在每个像素上的电压能够实时调制波前相位实现光束偏转,基于菲涅耳透镜模型和闪耀光栅模型验证了光束偏转控制能力,包括偏转距离、衍射效率与不同模型参数之间的关系,入射光波长为1550 nm时,x轴或y轴可实现的最大偏转角度为6.96°(±3.48°),光束能够在光轴方向与二维平面偏移。针对光束的高速灵敏、精准和大角度的扫描应用需求,提出了基于LCSLM的光波前相位调控算法,通过计算需要补偿的相位建立相位变换模型并满足光束控制流程,设计并构建了基于LCSLM的光束偏转及扫描实验系统,实验结果表明光场中任意位置的光斑可在接收视场360°范围内灵活偏移控制。该研究对于自由空间无线光通信、光束敏捷控制、非机械式光束的捕获瞄准跟踪等领域具有重要的应用价值。