摘要：采用新型偏振分光元件液晶偏振光栅设计了长波红外偏振成像方案,实现了长波红外液晶偏振光栅的制备,并对该方案进行了实验验证。分析了基于液晶偏振光栅的偏振成像光路中有效成像视场角与所用光栅周期的关系,计算得出在实验光路参数下最大视场角对应的最佳光栅周期。使用Mueller矩阵推导了光路中偏振态的转化,根据偏振态转换矩阵设计了分时偏振成像方案,并针对误差传递控制对成像方案参数进行优化。基于液晶光控取向技术制备液晶波片,使用所制备波片测量了液晶在8.6~12μm波段的双折射率和7.5~12μm波段的透过率。基于测得的液晶材料特性和计算所得最佳光栅周期,选取光栅参数并制备液晶偏振光栅,测量了所制备长波红外液晶偏振光栅在8.6~12μm波段的衍射效率,在10μm附近达到90%以上的衍射效率。使用制备的长波液晶偏振光栅搭建偏振成像光路,按设计方案进行分时偏振成像,对所得图像进行预处理,解算偏振信息并与预设数值比较,实现了小于1°的偏振角测量误差。

摘要：目前正交级联液晶偏振光栅使用过程中的偏转角度均被认为是其角分辨率的整数倍,实际使用过程中,正交级联液晶偏振光栅的偏转角度与设计角度存在一定偏差。针对该问题,给出了正交级联液晶偏振光栅偏转角度计算模型。首先根据单片液晶偏振光栅角度偏转理论,推导出级联液晶偏振光栅偏转角度公式,然后进一步推导出二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转模型,分析了二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转范围与角间隔之间关系,分别计算出满足一定角度范围的角间隔,满足一定角度间隔的角度范围以及同时满足角度范围、角度间隔的设计角间隔。最后分别利用光学设计软件建立了精度为0.001°的软件模型并构建测量精度为0.1°的实物测试系统,证明了角度偏转模型的准确性。

摘要：正交级联液晶偏振光栅可实现光束大范围偏转,在空间激光通信与激光雷达等领域具有广阔的应用前景,其大部分应用领域均需要同时发射激光与接收激光,如何解决发射光与接收光分离的问题尚未见报道。针对这一问题,文中根据1/4波片、1/2波片以及液晶偏振光栅理论推导了线偏振光源经过被动液晶偏振光栅层以及正交级联液晶偏振光栅后偏振态的变化,验证了出射光偏振态与光束偏转角度的可逆性。采用偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、正交级联液晶偏振光栅等器件设计了一种可实现发射光与接收光偏转与分离的光学结构,构建了测试系统,最后通过测试结果证明了理论的正确性与结构的适用性。

摘要：随着现代社会对数据存储容量和信息处理速度要求的不断提高,更加小型化、集成化的平面光学器件受到了广泛的关注。作为一种典型的可以进行几何相位调制的液晶器件,液晶偏振光栅具有衍射效率高、偏转角度大、响应时间短等优势,已经展现出了非常大的应用潜力。然而,目前液晶偏振光栅在设计制备过程中还存在许多与电光性能相关的问题,限制其走向实际应用。实现液晶偏振光栅衍射特性的调控需要满足一些先决条件。本文通过选取合适液晶偏振光栅的弹性连续体模型,主要研究改变液晶材料的物性参数如弹性常数、介电常数等在强、弱两种锚定条件下对临界盒厚和阈值电压的影响。并给出了针对不同应用要求的液晶偏振光栅的制备过程中,关于液晶材料物性参数选择的理论参考依据。

摘要：非机械式激光光束扫描系统具有体积小、重量轻、易集成等优势,在激光雷达、激光武器和激光通信等领域具有较大的应用前景,其通光口径决定着设备的工作距离、扫描精度和目标摧毁能力。基于液晶偏振光栅设计了一种全电控制的大口径激光光束扫描系统。采用液晶偏振光栅和液晶空间光调制器的协同工作方式,实现光束的大角度连续扫描;设计了光束扫描系统,并重点分析了级联液晶偏振光栅组的控制策略,给出了具体控制方法。最后,进行了激光光束的初步扫描实验,实现了70 mm口径光束在−16.575°~16.575°的偏转。该研究结果为激光光束的非机械式扫描控制提供了技术支撑,并在大口径激光扫描系统应用方面进行了初步探索。

摘要：利用光的偏振特性设计了基于液晶偏振光栅的纳米位移测量实验方案.利用液晶偏振光栅的特性,将两平行放置偏振光栅的横向相对位移转换为入射线偏振光的偏振方向旋转,通过马吕斯定律得到偏振方向转角,计算出的微小位移达到nm量级.

摘要：针对场景监视、视觉导航等领域亟需解决的大视场高分辨率成像问题,提出了一种液晶电扫描主动成像视场扩展技术,基于液晶电扫描原理设计了基于液晶偏振光栅和铁电液晶的液晶电扫描模块,并搭建了一套主动成像视场扩展系统。通过激光主动照明方式,采用在光源发射端和图像接收端引入液晶电扫描模块的方法,结合液晶偏振时序控制和拼接融合得到了大视场高分辨率的目标图像。实验结果表明,基于液晶电扫描的主动照明成像,实现了分辨率为3840×480、视场角为52°的大视场高分辨率成像,成像视场扩大了6倍。工作实现了非机械式的主动扫描成像,为大视场成像扩展技术提供了一种很好的方法。

摘要：采用非机械指向结构能够极大缩小空间激光通信系统尺寸与重量,由于现有器件性能局限,目前尚未见到成熟的非机械指向空间激光通信接收系统。提出基于正交液晶级联偏振光栅与四象限探测器的空间激光通信接收光学系统,利用了正交液晶级联偏振光栅体积小、口径大、偏转范围大,及四象限探测器接收角度范围大的优势,根据正交液晶级联偏振光栅与四象限探测器的理论与器件性能,设计了光学系统,分析了探测器噪声、背景噪声、系统噪声对于通信与入射角度测量的影响,计算了可实现的通信速率,给出了系统的最大响应角速度。