一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公布了一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，包括X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵、Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵、液晶波片驅(qū)動(dòng)、出射光束偏振態(tài)轉(zhuǎn)換波片。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置液晶偏振光柵的周期，在二維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)指向角度的均勻離散分布，并使得毗鄰指向角度的間隔與液晶光學(xué)相控陣本身的掃描范圍相同；通過(guò)設(shè)計(jì)液晶偏振光柵的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，避免斜入射激光束情形對(duì)效率耗散的影響，使得角度放大器具有最優(yōu)的衍射效率；通過(guò)優(yōu)化每一級(jí)液晶波片上的加載電壓，實(shí)現(xiàn)每一級(jí)液晶偏振光柵前的偏振態(tài)精確控制，使得每一級(jí)的衍射效率最優(yōu)化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及主動(dòng)光電系統(tǒng)中的激光束液晶光學(xué)相控陣無(wú)機(jī)械掃描控制領(lǐng)域， 具體是指一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 液晶光學(xué)相控陣技術(shù)是一種用于主動(dòng)光電系統(tǒng)激光束無(wú)機(jī)械掃描控制的新型技 術(shù)，可以用于此類(lèi)主動(dòng)光電系統(tǒng)的激光束發(fā)射、跟瞄等應(yīng)用。激光束掃描范圍是表征液晶光 學(xué)相控陣應(yīng)用性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)際中需要在液晶光學(xué)相控陣中級(jí)聯(lián)角度放大裝置來(lái) 提高激光束的掃描范圍。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，解決現(xiàn)有技術(shù)中的 液晶光學(xué)相控陣存在的機(jī)械控制范圍小、難控制的問(wèn)題。
[0004] 本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，其特征在于:包括
[0006] X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵:用于將入射激光束在X方向上進(jìn)行角度放大；
[0007] Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵:用于將入射激光束在Y方向上進(jìn)行角度放大；
[0008] 液晶波片驅(qū)動(dòng):控制X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵和Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵 的周期，使其在二維空間內(nèi)指向角度的均勻離散分布，并使得毗鄰指向角度的間隔與液晶 光學(xué)相控陣本身的掃描范圍相同；
[0009] 出射光束偏振態(tài)轉(zhuǎn)換波片:用于將出射激光束從圓偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為線偏振態(tài)。
[0010] 本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置液晶偏振光柵的周期，在二維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)指向角度的均勻離 散分布，并使得毗鄰指向角度的間隔與液晶光學(xué)相控陣本身的掃描范圍相同；通過(guò)設(shè)計(jì)液 晶偏振光柵的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，避免斜入射激光束情形對(duì)效率耗散的影響，使得角度放大器具有 最優(yōu)的衍射效率;通過(guò)優(yōu)化每一級(jí)液晶波片上的加載電壓，實(shí)現(xiàn)每一級(jí)液晶偏振光柵前的 偏振態(tài)精確控制，使得每一級(jí)的衍射效率最優(yōu)化。
[0011] 所述X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵包括四個(gè)級(jí)聯(lián)的液晶偏振光柵，還包括與四個(gè) 液晶偏振光柵 對(duì)應(yīng)的液晶波片，液晶波片分別控制液晶偏振光柵的偏振態(tài)。
[0012] 所述Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵包括四個(gè)級(jí)聯(lián)的液晶偏振光柵，還包括與四個(gè) 液晶偏振光柵 對(duì)應(yīng)的液晶波片，液晶波片分別控制液晶偏振光柵的偏振態(tài)。
[0013 ]具體的講，X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵的光柵矢量方向相互平行，Y方向上的級(jí) 聯(lián)液晶偏振光柵的光柵矢量方向相互平行，在空間內(nèi)，X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵的光柵 矢量方向與Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵的光柵矢量方向相互垂直。通過(guò)對(duì)應(yīng)的液晶波片 來(lái)調(diào)整，從而控制將前一級(jí)入射的圓偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光或右旋圓偏振光。
[0014]所述X方向上的液晶偏振光柵、Y方向上的液晶偏振光柵中的任意一個(gè)液晶偏振光 柵的相位延遲量為義HX方向上的液晶波片與Y方向上的液晶波片中每個(gè)液晶波片的相位 延遲量為J/4，沒(méi)/:2或A，由液晶波片電控精確控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)液晶偏振光柵入射光的 左旋或右旋圓偏振控制。
[0015] 所述X方向上的液晶偏振光柵中，不同位置處的液晶偏振光柵晶軸的方位角呈 周期均勻排列，Y方向上的液晶偏振光柵中，不同位置處的液晶偏振光柵晶軸的方位 角呈Ci:-TT周期均勻排列。
[0016] 所述X方向上的液晶偏振光柵級(jí)聯(lián)后，X方向上，出射光^^與入射光3?之間的關(guān) 系可以表達(dá)為：
[0017]
[0018] 其中.?為第η級(jí)液晶偏振光柵前的光束偏振態(tài)，左旋圓偏振光:??為1，右旋圓偏振 光巧!為0毛為第η級(jí)液晶偏振光柵的周期，N為液晶偏振光柵的總數(shù)。
[0019] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0020] 1本實(shí)用新型一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，通過(guò)設(shè)置液晶偏振光柵的周期，在 二維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)指向角度的均勻離散分布，并使得毗鄰指向角度的間隔與液晶光學(xué)相控陣 本身的掃描范圍相同；通過(guò)設(shè)計(jì)液晶偏振光柵的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，避免斜入射激光束情形對(duì)效率 耗散的影響，使得角度放大器具有最優(yōu)的衍射效率;通過(guò)優(yōu)化每一級(jí)液晶波片上的加載電 壓，實(shí)現(xiàn)每一級(jí)液晶偏振光柵前的偏振態(tài)精確控制，使得每一級(jí)的衍射效率最優(yōu)化；
[0021] 2本實(shí)用新型一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，適宜于大范圍角度放大的技術(shù)，可 以將液晶光學(xué)相控陣的無(wú)機(jī)械、高精度掃描范圍提高到80°以上，利用級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵作 為液晶光學(xué)相控陣的角度放大裝置，使得液晶光學(xué)相控陣在光電對(duì)抗、激光雷達(dá)、空間激光 通信等領(lǐng)域的激光束發(fā)射、跟瞄等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一 部分，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的限定。在附圖中：
[0023] 圖1本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2液晶偏振光柵光束偏轉(zhuǎn)原理圖；
[0025] 圖3級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵的放置示意圖。
[0026] 附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱(chēng)：
[0027] 31、32、33、34均表示X方向上的液晶偏振光柵，21、22、23、24均表示與X方向上的液 晶偏振光柵對(duì)應(yīng)的液晶波片，51、52、53、54均表示Y方向上的液晶偏振光柵，41、42、43、44均 表示與Y方向上的液晶偏振光柵對(duì)應(yīng)的液晶波片，6為出射光束偏振態(tài)轉(zhuǎn)換波片。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖， 對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本 實(shí)用新型，并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。 實(shí)施例
[0029] 如圖1所示，本實(shí)用新型一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，包括X方向上的液晶偏 振光柵31 -34、及用于其偏振態(tài)控制的液晶波片21 -24、Y方向上的液晶偏振光柵51 -54、及用 于其偏振態(tài)控制的液晶波片41-44、液晶波片控制器1和出射光束偏振態(tài)轉(zhuǎn)換波片6,其中X 方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵31 -34的光柵矢量方向相互平行，Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵 51 -54的光柵矢量方向相互平行，在空間內(nèi)，X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵的光柵矢量方向 與Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵的光柵矢量方向相互垂直，分別實(shí)現(xiàn)X方向與Y方向的角度 放大。液晶波片控制器1負(fù)責(zé)向X方向液晶波片21-24和Y方向液晶波片41-44的電壓加載，從 而使得不同角度入射的激光束的偏振態(tài)可以根據(jù)需要設(shè)置為左旋圓偏振態(tài)或右旋圓偏振 態(tài)，其中液晶波片21可以通過(guò)電控設(shè)置為.3/4波片或31/4波片，使得從液晶光學(xué)相控陣入 射的線偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光或右旋圓偏振光;液晶波片22-24和液晶波片41-44可以 通過(guò)電控設(shè)置為_(kāi)?/2波片或?波片，從而控制將前一級(jí)入射的圓偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振 光或右旋圓偏振光;液晶波片6主要是通過(guò)電控設(shè)置為3/4波片，用于將出射激光束從圓偏 振態(tài)轉(zhuǎn)換為線偏振態(tài)。
[0030] 如圖2,給出了液晶偏振光柵角度放大的基本原理。液晶偏振光柵的相位延遲量為 』/2,同時(shí)不同位置處的液晶晶軸的方位角呈O-π周期均勻排列，前后各加一「i/4波片，則 最終出射激光的相位與液晶晶軸的方位角成正比例變化，并呈〇-2?Γ線性變化，形成了閃耀 的鋸齒相位光柵，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射激光以幾乎100%衍射效率的閃耀偏轉(zhuǎn)。N級(jí)液晶偏振光柵級(jí)聯(lián) 后，X方向h，出射與入射光之間的關(guān)系可以表達(dá)為：
[0031]
[0032] 其中巧為第η級(jí)液晶偏振光柵前的光束偏振態(tài)，左旋圓偏振光巧為1，右旋圓偏振 光么為〇; 4為第η級(jí)液晶偏振光柵的周期。
[0033] 為了實(shí)現(xiàn)出射角度的均勻可控離散，在組合朽取值的前提下，設(shè)置每一級(jí)液晶偏 振光柵的周期存在如下關(guān)系：
[0034] = / 2
[0035] 每一級(jí)液晶偏振光柵的周期存在上述關(guān)系后，放大器可以在空間以均勻離散間隔 進(jìn)行掃描。為了實(shí)現(xiàn)液晶光學(xué)相控陣的角度放大，放大器毗鄰離散掃描角度的間隔應(yīng)與液 晶光學(xué)相控陣的掃描范圍相同，即第一級(jí)液晶偏振光柵的周期與液晶光學(xué)相控陣的掃描 范圍之間存在如下關(guān)系：
[0036:
[0037]如圖3所示，為了避免斜入射對(duì)液晶偏振光柵衍射效率的耗散，在每個(gè)維度上進(jìn)行 液晶偏振光柵的級(jí)聯(lián)時(shí)，根據(jù)液晶偏振光柵周期的由小至大順序，將液晶偏振光柵自作至 右放置，這種結(jié)構(gòu)可以保證大范圍角度放大時(shí)最優(yōu)的衍射效率；同時(shí)為了避免斜入射對(duì)于 偏振態(tài)控制的影響，在液晶波片控制器內(nèi)部加載相應(yīng)的優(yōu)化算法，可以對(duì)每一級(jí)液晶偏振 光柵前的偏振態(tài)進(jìn)行自適應(yīng)控制，從而使得遠(yuǎn)場(chǎng)的衍射效率最優(yōu)。
[0038]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn) 一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限 定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替 換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，其特征在于:包括 X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵:用于將入射激光束在X方向上進(jìn)行角度放大； Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵:用于將入射激光束在Y方向上進(jìn)行角度放大； 液晶波片驅(qū)動(dòng)（1):控制X方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵和Y方向上的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵 的周期，使其在二維空間內(nèi)指向角度的均勻離散分布，并使得郵鄰指向角度的間隔與液晶 光學(xué)相控陣本身的掃描范圍相同； 出射光束偏振態(tài)轉(zhuǎn)換波片(6):用于將出射激光束從圓偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為線偏振態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，其特征在于:所述X方向上 的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵包括四個(gè)級(jí)聯(lián)的液晶偏振光柵(31、32、33、34 )，還包括與四個(gè)液晶偏 振光柵(31、32、33、34)-一對(duì)應(yīng)的液晶波片（21、22、23、24)，液晶波片（21、22、23、24)分別 控制液晶偏振光柵(31、32、33、34)的偏振態(tài)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，其特征在于:所述Y方向上 的級(jí)聯(lián)液晶偏振光柵包括四個(gè)級(jí)聯(lián)的液晶偏振光柵巧1、52、53、54 )，還包括與四個(gè)液晶偏 振光柵巧1、52、53、54)-一對(duì)應(yīng)的液晶波片(41、42、43、44)，液晶波片(41、42、43、44)分別 控制液晶偏振光柵巧1、52、53、54)的偏振態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，其特征在于:所述X方向 上的液晶偏振光柵(31、32、33、34)、￥方向上的液晶偏振光柵巧1、52、53、54)中的任意一個(gè) 液晶偏振光柵的相位延遲量為ι? / 2，X方向上的液晶波片（22、23、24)與Y方向上的液晶波片 (41、42、43、44)中每個(gè)液晶波片的相位延遲量為;i/ 2或;3，由液晶波片電控精確控制。5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，其特征在于:所述X方向 上的液晶偏振光柵(31、32、33、34)中，不同位置處的液晶偏振光柵晶軸的方位角呈0-π周 期均勻排列，Υ方向上的液晶偏振光柵巧1、52、53、54)中，不同位置處的液晶偏振光柵晶軸 的方位角呈日-化周期均勻排列。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶光學(xué)相控陣角度放大器，其特征在于:所述X方向上 的液晶偏振光柵(31、32、33、34)級(jí)聯(lián)后，義方向上，出射光(3。，心，與入射光媒輪:之間的關(guān)系可^ 表達(dá)為：其中將為第η級(jí)液晶偏振光柵前的光束偏振態(tài)，左旋圓偏振光巧*為1，右旋圓偏振光:? 為0;碼為第η級(jí)液晶偏振光柵的周期，N為液晶偏振光柵的總數(shù)。
【文檔編號(hào)】G02F1/29GK205581481SQ201620413626
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】趙祥杰, 段佳著, 曾建成, 儲(chǔ)松南, 胡奇琪, 喬冉
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所