高琳 鄭春艷 程慶華 徐大海

【摘要】 液晶光柵作為一種光學(xué)相控陣被應(yīng)用在激光雷達(dá)、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)激光束的靈活偏轉(zhuǎn)。而要對(duì)定向光束的質(zhì)量進(jìn)行控制，必須對(duì)液晶光柵相控陣的波前進(jìn)行測試，仿真結(jié)果可為液晶光柵性能的評(píng)價(jià)及波前測試提供參考。

【關(guān)鍵詞】 液晶光柵 光學(xué)相控陣 衍射光強(qiáng) 光束偏轉(zhuǎn)

引言

目前，光學(xué)相控陣被廣泛用于激光雷達(dá)、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中。它是用電光材料作為移相單元組成的陣列器件，利用材料的電光效應(yīng)對(duì)入射光波進(jìn)行相位調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光束的光學(xué)相控陣技術(shù)[1]核心是通過調(diào)節(jié)出射光波前局部相位分布， 使其在特定方向上彼此同相產(chǎn)生相長干涉， 干涉結(jié)果是在所需方向上產(chǎn)生一束高強(qiáng)度的光束，實(shí)現(xiàn)激光束的偏轉(zhuǎn)。液晶光柵相控陣技術(shù)是利用液晶作為移相器， 它利用液晶材料的相移隨加載電壓變化的特性， 通過控制液晶移相器陣列的電極電壓分布， 實(shí)現(xiàn)液晶移相器陣列出射光束的波前分布和光束偏轉(zhuǎn)[2-7]。

一、液晶光柵衍射原理

其中，d為光柵周期，θm 為第 m 級(jí)衍射光的衍射角，λ為入射光的波長。本文主要研究+1級(jí)衍射情況，故m=1。

二、仿真結(jié)果與分析

根據(jù)二元光學(xué)理論和近場衍射理論，用matlab編程仿真液晶光柵的衍射光場。

（1）隨著干擾誤差越大，+1級(jí)衍射的能量分散越大，+1級(jí)閃耀情況有所下降；

（2）在相同條件下，8臺(tái)階的+1級(jí)衍射能量比4臺(tái)階的大，這是由于8臺(tái)階光柵相位輪廓更接近理想鋸齒形閃耀光柵，相位誤差小。

隨著傳播距離的增大，衍射能量損耗增大，相位誤差越大，衍射能量的損耗就越大，誤差起伏達(dá)到0.5πrad時(shí)，能量已經(jīng)所剩無幾了。

說明相位誤差會(huì)使得出射定向光束光斑增大，能量分散，因此要得到質(zhì)量較好的定向光束，就必須要減小液晶光柵的相位誤差。

其余仿真條件同上.

三、結(jié)論

本文介紹了液晶光柵相控陣的工作原理，指出其相當(dāng)于一個(gè)周期可變的二元閃耀光柵。詳細(xì)的分析了這種特殊的相位輪廓的特點(diǎn)，并仿真了相位分布誤差對(duì)液晶光柵衍射場的衍射特性的影響，得出相位誤差會(huì)導(dǎo)致+1級(jí)衍射的光能量損耗，臺(tái)階數(shù)越少，能量損耗越大；相位誤差越大，衍射能量的損耗就越大；且隨著傳播距離的增大，衍射能量集中度下降。

干擾強(qiáng)度越大會(huì)導(dǎo)致在衍射距離較近的位置各衍射級(jí)次重疊。仿真還得出入射激光束的準(zhǔn)直誤差也會(huì)使+1級(jí)衍射光能量損耗。本文的研究結(jié)果可為液晶光柵的研制和波前測試提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]. P. F. Mcmanamon， D. L. Corkum， J. L. Friedman， et al. Optical phased array technology. Proceeding of the IEEE， 1996， 84（2）：268-298

[2] P. F. Mcmanamon. An overview of optical phased array technology and status. Proceedings of SPIE， 2005， 5947：1-10

[3] Kong Lingjiang， Zhu Ying， Yang Jianyu et al . . A new method of scanning angles screening of liquid crystal phased array component [ J] . Acta Optica Sini ca ， 2009， 29（ 7） ： 1961～ 1966

孔令講，朱穎，楊建宇，等.一種新的液晶相控陣組件波控方法.光學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（7）：1962-1966[4] W. Bruce， M. Milind， H. Matthew. Liquid crystal beam directors for airborne free-space optical communications. IEEE Aerospace Conference Proceedings， 2004：1702-1709