基于液晶偏振光栅的非机械式光束偏转技术研究

论文摘要

光束偏转技术是空间激光通信中最为核心的技术之一。传统的机械式光束偏转系统存在功耗高、体积大、机械惯性等问题,不能满足空间激光通信系统目前所需求的低功耗、高精度、高效率等条件。以液晶偏振光栅为基础的液晶光束偏转系统的出现,成为解决以上各种问题的一条新出路,更符合现阶段空间激光通信系统的需求。液晶偏振光栅是液晶分子取向沿基板平面周期性排布,可在光栅周期内通过电控使液晶分子指向发生旋转的光栅器件。该光栅理论的偏转效率可达到100%,制备流程相对简单,器件的成型率较高,然而目前国内对于液晶偏振光栅的相关研究罕有报道,需要投入更多的精力来填补该领域的技术空白。本文探究了液晶光控取向技术的优势,并基于光控取向技术,设计出包含TFTTNLCD写入单元和偶氮染料SD1取向转印读出单元组合的液晶光阀系统,实现了对液晶光阀读出单元的高对比度强度调制。制备出了达到90.2%的±1级衍射效率,通过控制液晶单元盒厚,将施加0电压下0级衍射效率控制在5%左右。本论文定量化地研究了施加电压对衍射效率的影响,利用此方式,可以通过调制入射光的偏振态和施加电压大小,对液晶偏振光栅3个级别的衍射达到理论上的控制程度。探明零级衍射光的偏振方向,并定性的研究了非零级衍射光的偏振。通过对非零级衍射光偏振特性的研究,我们也发现,使用外加电压不仅可以控制各级衍射光的强度,同时也可以控制各级偏振光的偏振,为液晶偏振光栅进一步的研究奠定了基础。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 空间激光通信技术

1.1.2 非机械式光束偏转技术

1.2 液晶光束偏转技术发展现状

1.2.1 国外现状

1.2.2 国内现状

1.3 液晶偏振光栅

1.4 本文研究内容

第2章液晶偏振光栅理论基础

2.1 液晶理论研究

2.1.1 液晶的发现与分类

2.1.2 液晶的有序参数

2.1.3 液晶的光学和介电各向异性

2.1.4 液晶的弹性体理论

2.1.5 液晶的电光效应

2.2 光栅理论研究

2.2.1 衍射理论基础

2.2.2 衍射光栅

2.2.3 光的偏振

2.2.4 偏振全息术

2.3 光控取向技术概述

2.3.1 光控取向原理

2.3.2 液晶光阀概述

2.4 本章小结

第3章液晶偏振光栅与液晶光阀的理论解释

3.1 液晶偏振光栅的结构分析

3.2 液晶光阀的理论解释

3.3 本章小结

第4章液晶器件的制备与实验分析

4.1 液晶光阀的制备与实验验证

4.1.1 液晶光阀的制备

4.1.2 实验验证

4.2 液晶偏振光栅的制备与检测

4.2.1 液晶偏振光栅制备流程

4.2.2 液晶偏振光栅的光栅周期检测

4.3 液晶偏振光栅的光学性质验证

4.3.1 光学衍射效率验证

4.3.2 0 级衍射的电光特性验证

4.4 本章小结

第5章总结与展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹汉

导师: 姜会林

关键词: 空间激光通信,非机械式光束偏转,液晶偏振光栅,光控取向

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 长春理工大学

分类号: TN929.1;O436.3

DOI: 10.26977/d.cnki.gccgc.2019.000105

总页数: 48

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