[发明专利]一种大角度液晶光学相控阵扫描组件

说明书

本发明公开了一种大角度液晶光学相控阵扫描组件，包括激光器、四分之一波片、光波导、胆甾相液晶器件和液晶光学相控阵；激光器出射的激光经过四分之一波片后耦合进入光波导，沿光波导传播；所述光波导呈弧形结构，光波导的内侧设有金属反射层，外侧设有ITO膜层；ITO膜层的外侧设有多个胆甾相液晶器件，胆甾相液晶器件的外侧依次设有ITO电极、四分之一波片和液晶光学相控阵；胆甾相液晶器件用于作为激光透射或者反射的选择开关。本发明通过胆甾相液晶单元器件的选择，波导中的激光将反射或者透射至液晶光学相控阵，实现了控制扫描；采用多个胆甾相液晶单元器件以及多个液晶光学相控阵，能够实现大角度扫描。

技术领域

本发明属于液晶光学相控阵技术、液晶光电子器件技术领域，特别涉及一种大角度液晶光学相控阵扫描组件。

背景技术

光束偏转扫描技术广泛应用于激光通信、目标追踪等领域。目前国内外激光扫描的控制方法大体分机械式和非机械式两种，机械式偏转依靠机械装置改变光轴的方向来实现光束偏转，其响应慢，扫描时有机械惯性，器件体积大，造价费用高等缺点；非机械式光束偏转技术随着研究的不断深入和制作工艺的成熟，液晶光学相控阵(LCOPA)技术成为研究热点，LCOPA具有无惯性，扫描精度高和低SWaP(大小，重量和功耗)等优势，是光束偏转中重要的研究方向。

液晶光学相控阵技术克服了机械式偏转技术很多缺点，但液晶光学相控阵技术也面临着波束扫描范围窄的问题(约±3°)，主要受液晶盒的阵列尺寸，相位调制深度和当前工艺技术的影响。目前大角度扫描方式都是采用级联技术，器件级联带来成本消耗大，光束经过级联层数多导致插损大。而由于工业应用的推动，液晶器件的制造工艺非常成熟，因此实现光束偏转范围大以及制造成本低是该领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过胆甾相液晶单元器件的选择，波导中的激光将反射或者透射至液晶光学相控阵，实现控制扫描，并采用多个胆甾相液晶单元器件以及多个液晶光学相控阵实现了大角度扫描的大角度液晶光学相控阵扫描组件。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种大角度液晶光学相控阵扫描组件，包括激光器、四分之一波片、光波导、胆甾相液晶器件和液晶光学相控阵；激光器出射的激光经过四分之一波片后耦合进入光波导，沿光波导传播；所述光波导呈弧形结构，光波导的内侧设有金属反射层，外侧设有ITO膜层；ITO膜层的外侧设有多个胆甾相液晶器件，胆甾相液晶器件的外侧依次设有ITO电极、四分之一波片和液晶光学相控阵；胆甾相液晶器件用于作为激光透射或者反射的选择开关。

进一步地，位于胆甾相液晶器件与液晶光学相控阵之间的四分之一波片的光轴与相邻的液晶光学相控阵的光轴方向一致。

进一步地，所述胆甾相液晶器件在未加电状态时，其螺距和激光波长的关系为：

λ为激光的波长，为与螺旋轴相垂直平面内的平均折射率，θ_i为激光的入射角，θ_s为激光的的反射角，p为胆甾相液晶的螺距；

胆甾相液晶器件的旋向与激光旋向一致。

进一步地，所述胆甾相液晶器件包括两层电极，其中，上层电极为公共极，与ITO膜层相邻；下层电极为离散的导电区域，与四分之一波片相邻；

通过在上下两层电极上记载电压来改变胆甾相液晶器件的反射和透射性能：当胆甾相液晶器件的上下两层电极不加电时，胆甾相液晶器件的旋向与光波导中激光旋向一致，胆甾相液晶器件将对入射激光进行反射；当胆甾相液晶器件的上下两层电极加电时，胆甾相液晶器件的螺距完全被解开，液晶织构完全变成场致向列相，反射率为零，布拉格反射效应消失，入射激光被透射。

进一步地，所述液晶光学相控阵、与液晶光学相控阵相邻的四分之一波片和ITO电极均位于胆甾相液晶器件下层电极的中心部位，所述ITO电极的宽度大于一个激光的反射周期L且小于两个激光的反射周期2L。