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大角度液晶光束偏转器件—液晶偏振光栅介绍

发布时间:2020-11-27 08:58:24 浏览量:122 作者:Paul


美国BNS公司能够提供大角度的液晶偏转器件,最大偏转角度达到40°,分辨率为0.625°,在X和Y方向能够偏转4096个不同的角度。


原理介绍

单片结构的原理

上述光学头由12层液晶结构组成,每一层液晶由两片组成,第一片是液晶相位延迟器(wave plate),第二片是液晶偏振光栅(PG,

polarzation grating)。当PG处于on状态,不发生偏转,当PG处于off状态时,左旋/右旋圆偏振光分别偏转一定角度,BNS公司的

PG永远处于off状态。其次液晶相位延迟器用于控制在左旋和右旋圆偏振之间相互切换,使得某一个偏转方向的效率达到最高。

 

偏转角度效率公式

不偏转

左旋/右旋圆偏振光

其中Γ表示当光束经过液晶相位延迟器后,为左旋或者右旋的时候,能够达到最高的效率

S3是归一化后的斯托克斯常量


多片结构


每一层都能够偏转一定的角度,将不同层叠加到一起后偏转角度进一步增大。BNS公司采用的12层结构是第一片X方向偏转0.625°,第

二片Y方向偏转0.625°,第三片X方向偏转1.25°,第四片Y方向偏转1.25°,以此类推,后面的最大偏转角度是前面的两倍,理论上最大

偏转角度为39.375,实际测量稍有差别,这一片最大角度为43.3349°。


操作方法

BNS公司提供一个光学头,一个控制盒,以及一套串口命令,简单操作是利用串口调试助手发送命令来控制光束偏转角度,后者也可

以自己编程控制。

控制盒内由三个文件,分别为setup.txt,vlut.txt,angles.txt


setup.txt


这是一个初始化文件,当设备启动后,首先就是原型setup.txt中的内容。首先初始化一些参数,然后建立一个sequence,让光束在四

个角度内循环偏转

F,2000

ncells,12

nangles,4096

raf,angles.txt

ravf,vlut.txt

tup,8000

tdown,16000

o,1


nss,4

ss,1,1236,500000

ss,2,1261,500000

ss,3,2861,500000

ss,4,2836,500000

seq,1


vlut.txt


理论角度对应电压的查询表,下表只是截取了部分内容。左边两列对应X和Y方向的角度,这是理论的角度,不是实际测量角度,后面

十二个为液晶相位延迟器件的半波电压。


-39.375 -39.375 1.750   1.631   1.641   0.928   1.032   1.720   1.922   1.886   2.102   0.985   2.349   1.878   

-39.375 -38.125 1.750   0.910   0.920   0.937   1.026   1.725   1.918   1.870   2.102   0.975   2.318   1.855   

-39.375 -36.875 1.750   1.631   1.641   1.660   1.752   1.730   1.913   1.855   2.102   0.966   2.289   1.834   

-39.375 -35.625 1.750   0.910   0.920   1.680   1.730   1.735   1.908   1.839   2.103   0.957   2.266   1.815   

-39.375 -34.375 1.750   1.631   1.641   0.928   1.032   0.932   1.094   1.823   2.103   0.948   2.248   1.799   

-39.375 -33.125 1.750   0.910   0.920   0.937   1.026   0.936   1.083   1.807   2.103   0.939   2.235   1.786   

-39.375 -31.875 1.750   1.631   1.641   1.660   1.752   0.940   1.073   1.792   2.104   0.930   2.228   1.774   

-39.375 -30.625 1.750   0.910   0.920   1.680   1.730   0.943   1.062   1.776   2.105   0.921   2.226   1.766   


当光束经过后面几片的时候,光束发生较大角度的偏转,半波电压也随着角度的变化而变化,半波电压也不再是一个固定的值


下面几张图片,是依据vlut.txt中某一列得到的曲线

 

angles.txt


vlut.txt左边两列是理论上的角度,实际偏转角度另外测量,测量结果已经放入angles.txt,下表也是部分截取的内容,左边一列是实际

测量角度,右边一列为理论的角度。

-43.3349 -39.375

-41.6398 -38.125

-39.9883 -36.875

-38.3757 -35.625

-36.7999 -34.375

-35.2543 -33.125

-33.7377 -31.875

-32.2474 -30.625

-30.7938 -29.375

-29.3493 -28.125

-27.9253 -26.875

-26.5196 -25.625

-25.1323 -24.375

-23.7592 -23.125

-22.4006 -21.875

-21.055   -20.625

-19.733   -19.375

-18.4104 -18.125

-17.0981 -16.875


参考文献:

如果想要获取更多的资料,可以参考文献:

Wide-angle, nonmechanical beam steering with high throughput utilizing polarization gratings


相关文献:

http://www.auniontech.com/Product/tan_shujudan?id=545&h3text=%E6%96%87%E7%8C%AE%E4%B8%8B%E8%BD%BD&url=/ueditor/file/20201116/1605499947962197.pdf


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