液晶电扫描主动成像视场扩展技术研究

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作者 韩松 雷婕妤 +4 位作者 王彤璐 臧彦楠 李青松 高亦飞 徐林 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期129-134,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 液晶电扫描 主动成像 大视场 液晶偏振光栅 铁电液晶

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基于液晶偏振光栅的大口径激光光束扫描系统

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作者 刘禹彤 曹宗新 +7 位作者 李子凡 龚君豪 毛红敏 张大伟 赵元安 洪瑞金 樊丽娜 曹召良 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第3期557-567,共11页

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... 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。 展开更多

关键词 激光 液晶偏振光栅 非机械式扫描 大口径 级联控制

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非机械指向空间激光通信接收系统设计与分析

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作者 王俊扬 刘壮 +1 位作者 王启东 尚卫东 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2024年第4期1-8,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 空间激光通信 液晶偏振光栅 四象限探测器 噪声 响应角速度

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基于可调剪切干涉曝光方法的大口径液晶偏振光栅制备

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作者 沈浩 段佳著 +6 位作者 陈一波 乔冉 李大鹏 曾建成 沈志学 赵祥杰 张大勇 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期602-609,共8页

为了解决传统偏振全息干涉方法受限于过长的光路难以制备长周期的大口径液晶偏振光栅的问题,提出了基于液晶偏振光栅模板的可调剪切干涉曝光方法,并通过理论分析了制备偏振光栅的周期随模板方位角及沿光轴轴向位置的变化。利用小口径高... 为了解决传统偏振全息干涉方法受限于过长的光路难以制备长周期的大口径液晶偏振光栅的问题,提出了基于液晶偏振光栅模板的可调剪切干涉曝光方法,并通过理论分析了制备偏振光栅的周期随模板方位角及沿光轴轴向位置的变化。利用小口径高效液晶偏振光栅作为模板搭建可调剪切干涉曝光光路,并基于此制备了数十微米周期的200 mm口径液晶偏振光栅,平均衍射效率达到99%以上,平均周期约为59.86μm,周期分布不均匀性约为0.07%。实验结果表明,调剪切干涉曝光方法能够制备大口径的长周期偏振光栅,周期和效率分布均匀,还具备周期易于调节、结构紧凑和抗振动干扰强等优势。 展开更多

关键词 液晶偏振光栅 长周期 可调剪切干涉曝光 大口径

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斜入射下液晶偏振光栅衍射特性研究 被引量：3

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作者 郑青泉 王春阳 +2 位作者 王子硕 王增 康丁 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期346-354,共9页

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... 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%。 展开更多

关键词 液晶偏振光栅 指向矢 扩展琼斯矩阵 斜入射 衍射效率

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基于液晶偏振光栅的纳米位移测量实验

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作者 朱梓雯 图英楠 +4 位作者 左一冉 司一童 张皓祎 章恩韬 刘通 《物理实验》 2023年第7期56-61,共6页

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.

关键词 微小位移 偏振 液晶偏振光栅 马吕斯定律

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正交级联液晶偏振光栅角度偏转模型 被引量：2

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作者 刘壮 王启东 +1 位作者 王超 史浩东 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期261-270,共10页

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... 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。 展开更多

关键词 衍射光学 液晶偏振光栅 正交级联 角度范围 角度间隔

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物性参数对液晶偏振光栅特性的影响

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作者 陈雨诺 罗炜程 +1 位作者 鄢宏杰 陈鹭剑 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1222-1233,共12页

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... 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。 展开更多

关键词 液晶偏振光栅 锚定条件 弹性连续体模型 物性参数

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正交级联液晶偏振光栅的收发分离结构设计

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作者 刘壮 王启东 +2 位作者 史浩东 王超 秦欢 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期228-235,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 光学设计 液晶偏振光栅 正交级联 偏振态 透过率

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基于双液晶偏振光栅的机载光电跟瞄平台技术研究

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作者 张季丰 宋延嵩 +1 位作者 王俊尧 刘洋 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期232-242,共11页

为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度... 为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度坐标即可计算出两共轴光栅旋转位置,通过两共轴光栅的旋转来进行光束偏转;相比传统双棱镜光束偏转模型反向公式,该模型具有模型简单、运算快速、精度较高等优点;将基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束偏转反向公式模型与线性二次型调节器控制算法相结合嵌入控制板以实现跟踪功能。通过试验检测了系统跟踪性能结果表明:该双液晶偏振光栅跟踪模型在载体扰动的情况下可以实现目标跟瞄,在动态跟瞄实验中,采用视轴解耦与线性二次型调节器相结合的控制策略使得系统跟瞄精度得到明显提升,相比比例积分微分控制器系统方位与俯仰轴实时跟踪残差峰峰值均下降40%以上,在2°@0.5 Hz与5°@0.2 Hz载体扰动情况下双轴脱靶量均方根值综合统计数值分别达到328μrad与289μrad,验证了所提跟瞄模型的有效性。 展开更多

关键词 双液晶偏振光栅 光电跟瞄平台 跟踪性能 反向解算公式 LQR控制 视轴解耦

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级联液晶偏振光栅的衍射特性分析 被引量：5

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作者 王丽娜 李明秋 +2 位作者 王春阳 史红伟 牛启凤 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第3期80-84,共5页

液晶偏振光栅(LCPG)可实现光束非机械偏转,LCPG在实际制备中液晶分子填充不均匀会导致液晶层厚度不均匀,从而使光通过级联LCPGs有效区域的同一位置时的衍射效率降低。为了提高级联LCPGs的衍射效率,基于琼斯矩阵理论分析了驱动电压对LCP... 液晶偏振光栅(LCPG)可实现光束非机械偏转,LCPG在实际制备中液晶分子填充不均匀会导致液晶层厚度不均匀,从而使光通过级联LCPGs有效区域的同一位置时的衍射效率降低。为了提高级联LCPGs的衍射效率,基于琼斯矩阵理论分析了驱动电压对LCPG衍射效率的影响,利用三级级联LCPGs构建光束偏转实验装置,通过施加不同驱动电压来测量光斑能量,得到衍射效率随电压的变化关系曲线。实验结果表明,当电压在2.0~2.4V范围内时,+1级衍射效率达到0.80~0.84。 展开更多

关键词 光栅 级联液晶偏振光栅 光束偏转 衍射效率 驱动电压

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基于偏振补偿的级联式液晶偏振光栅衍射效率优化方法

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作者 胡虎 刘雪莲 +2 位作者 王春阳 王子硕 梁书宁 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期880-891,共12页

针对光束在级联式液晶偏振光栅传播过程中的斜入射现象会改变其椭圆率进而降低衍射效率的问题,提出了基于偏振补偿的级联式液晶偏振光栅衍射效率优化方法。运用扩展琼斯矩阵分析斜入射角度对液晶偏振光栅相位延迟的影响,结合斯托克斯参... 针对光束在级联式液晶偏振光栅传播过程中的斜入射现象会改变其椭圆率进而降低衍射效率的问题,提出了基于偏振补偿的级联式液晶偏振光栅衍射效率优化方法。运用扩展琼斯矩阵分析斜入射角度对液晶偏振光栅相位延迟的影响,结合斯托克斯参数求解不同斜入射角度下液晶偏振光栅出射光束椭圆率的变化,利用矢量衍射理论完成级联式液晶偏振光栅衍射效率模型的建立。基于液晶分子指向矢分布建立斜入射下液晶电控波片的坐标系,分析斜入射角度对液晶电控波片相位延迟的影响,推导出液晶电控波片相位延迟与椭圆率的关系。通过优化液晶电控波片的工作电压补偿斜入射造成的退偏量,实现对椭圆率的偏振补偿。搭建实验平台验证了理论的准确性与方法的有效性。根据测量结果可知,当光束偏转角度从-5°偏转到5°时,本文所提方法提高了级联式液晶偏振光栅3%~4%的衍射效率。 展开更多

关键词 级联式液晶偏振光栅 衍射效率 扩展琼斯矩阵 斯托克斯参数 液晶电控波片

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