1 电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
2 新疆大学软件学院，新疆 乌鲁木齐 830091
作为一种新兴的非机械式波束控制技术，光学相控阵大大提高了系统的效率和稳定性，具有低质量、小尺寸、快速波束赋形和低功耗等优点，在多个领域得到了广泛的应用。本文从波束指向器的角度，综述了液晶空间光学相控阵技术在激光通信中的研究进展。根据激光通信系统对波束指向器的性能要求，从大口径、大角度、快速响应、多波束和偏转效率提升等多方面介绍了液晶光学相控阵领域的研究现状与最新进展，总结了液晶光学相控阵目前面临的问题及未来的发展趋势。
激光通信 光学相控阵 液晶 空间光调制器 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706009
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
2 School of Optoelectronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
Electromagnetic topological chiral edge states mimicking the quantum Hall effect have attracted a great deal of attention due to their unique features of free backscattering and immunity against sharp bends and defects. However, the matching techniques between classical waveguides and the topological one-way waveguide deserve more attention for real-world applications. In this paper, a highly efficient conversion structure between a classical rectangular waveguide and a topological one-way waveguide is proposed and demonstrated at the microwave frequency, which efficiently converts classical guided waves to topological one-way edge states. A tapered transition is designed to match both the momentum and impedance of the classical guided waves and the topological one-way edge states. With the conversion structure, the waves generated by a point excitation source can be coupled to the topological one-way waveguide with very high coupling efficiency, which can ensure high transmission of the whole system (i.e., from the source and the receiver). Simulation and measurement results demonstrate the proposed method. This investigation is beneficial to the applications of topological one-way waveguides and opens up a new avenue for advanced topological and classical integrated functional devices and systems.
guided waves highly efficient conversion photonic crystals topological chiral edge states Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 023902
电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
利用光电倍增（PM）效应提高器件外量子效率是获得高灵敏度有机光电探测器的重要途径。基于电荷积累型PM原理，介绍了近几年PM型有机光电探测器的研究进展，从实现电荷积累方法的角度，详细阐明了实现PM的策略以及对应的机理，并对PM型有机光电探测器的未来研究进行了展望。
光学器件 有机光电探测器 光电倍增 外量子效率 电荷积累 光电子器件 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0100003
1 武汉轻工大学 化学与环境工程学院, 湖北 武汉 430023
2 电子科技大学 光电科学与工程学院, 四川 成都 611730
3 广州海格通信集团股份有限公司, 广东 广州 510663
近年来液晶在微波通信器件上的研究发展迅速, 而液晶材料的介电损耗成为制约其发展的主要因素。异硫氰三联苯类化合物是一种结构稳定的低粘度、高双折射率液晶化合物, 适于作为微波用液晶材料组分。本文通过偶联法合成了4种含氟三联苯异硫氰酸酯液晶化合物nPGUS(n=2~5), 通过IR、1H NMR、13C NMR、19F NMR确认化合物结构正确; 差热分析(DSC)结果显示, 它们都具有宽温向列相液晶态和相对较低的熔点, 其中5PGUS的向列相温度范围达到101.8 ℃, 熔点只有57.4 ℃; 通过矩形谐振腔微扰法测试分析了它们在高频下的介电性能, 将它们与母体液晶混合后, 在18 GHz时的介电常数值(Δεr)为0.95, 最大介电损耗为(tanδεr-max)0.007 63, 相位调制系数(τ)0.265, 可满足微波用向列相液晶材料性能要求。
含氟三联苯 异硫氰酸酯液晶 高介电常数 低介电损耗 合成 fluorinated terphenyl isothiocyanate liquid crystal high dielectric constant low dielectric loss synthesis
1 电子科技大学 光电科学与工程学院, 四川 成都 611731
2 西安近代化学研究所, 陕西 西安 710065
3 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
本文研究制备了应用于中红外波段的液晶光学移相器, 选用在中红外波段具有高透过率的蓝宝石作为基底, 超薄氧化铟锡(ITO)薄膜作为透明电极, 低吸收的中红外液晶作为介质。通过对液晶移相器施加电压, 液晶分子在电光效应的作用下形成周期性的相位分布, 从而实现对中红外激光的相位调制。本文研究制备的20 μm盒厚的液晶光学移相器在3.9 μm中红外激光照射下实现2.59 π的相位调制深度。切换电压的有效值从2.65 V变化到3.37 V时, 响应时间为19 ms,能够达到中红外液晶光学移相器在高盒厚条件下的快速响应, 最终能够实现液晶移相器在中红外波段的功能需求。
中红外光学移相器 蓝宝石基底 透明电极 中红外液晶材料 响应时间 mid-infrared optical phase shifter sapphire substrate transparent electrode mid-infrared liquid crystal material response time
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
5 航天系统部装备部军代局成都室，四川 成都 610041
6 广西科技大学电气与信息工程学院，广西 柳州 545006
由于红外弱小目标尺度小、能量弱，所以抑制背景以增强目标使后期检测跟踪性能得到保障是关键的目标检测技术环节。为了提高梯度倒数滤波算法对杂波纹理的抑制能力，减少差分图像中残留纹理对目标的干扰，本文提出了自适应梯度倒数滤波算法(AGRF)。AGRF 算法通过分析背景区域、杂波边缘纹理、目标的分布特性和统计数字特征来确定邻域像素间相关性的自适应联合判定阈值和自适应相关度系数函数，然后联合相关度系数函数和梯度倒数系数来确定自适应梯度倒数滤波器的元素值。实验结果表明，在具有相同目标增强性能的前提下，AGRF 算法相比传统梯度倒数滤波算法对杂波边缘纹理的敏感度明显降低。相比九种对比算法，AGRF 算法能够在背景抑制和目标增强这两者之间取得更好的性能平衡。
红外弱小目标 背景抑制 梯度倒数滤波 边缘纹理 infrared dim small target background suppression gradient reciprocal filtering clutter texture
1 武汉轻工大学 化学与环境工程学院, 湖北 武汉 430023
2 电子科技大学 光电科学与工程学院, 四川 成都 611730
3 广州海格通信集团股份有限公司, 广东 广州 510663
近年来基于液晶材料的微波通信器件研究发展迅速, 液晶材料的介电损耗成为制约微波器件发展的瓶颈, 然而目前对微波用液晶材料性能报道较少。本文以低熔点高双折射侧位含氟苯乙炔类液晶作为研究对象, 将其按一定比例掺杂到母体液晶MA中, 采用矩形谐振腔微扰法测试所选液晶化合物在微波频段(10 ~30 GHz)下的介电性能, 探讨分子结构对微波频段液晶介电性能的影响作用。实验结果表明: 在高频时的液晶介电各向异性与分子极性和双折射率相关, 侧位含氟苯乙炔类和端基异硫氰基苯乙炔类液晶化合物均具有较大的介电各向异性(Δεr > 0.85); 对于具有较高双折射率的对称含氟三苯二炔类和三苯乙炔异硫氰基类液晶化合物表现出较低的介电损耗(tanδεr⊥< 8.0×10-3, 18 GHz), 而异硫氰基的含氟二苯乙炔类和不对称含氟三苯二炔类液晶化合物则表现出较高的介电损耗(tanδεr⊥> 8.0×10-3, 18 GHz)。
炔类液晶 微波K频段 介电各向异性 介电损耗 侧位含氟 异硫氰基 acetylene liquid crystal microwave K-band dielectric anisotropy dielectric loss lateral fluorine isothiocyano
1 电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
液晶光学相控阵是下一代光束控制技术的核心器件，提高其耐受激光阈值是当前研究的热点之一。针对较高功率激光入射场景下评测液晶光学相控阵相位调制性能恶化程度的问题，本文基于传统四分之一波片法，实现快速、直接测量液晶对入射激光的相位调制量。验证试验发现，当中心温度为33 ℃时，对应的最大畸变相位为3.6 rad。同时，本文基于该实测相位调制结果，研究出射光的光束质量恶化过程。分析结果表明：当液晶移相器的中心温度变化小于10 ℃时，光束质量恶化小于20%。
液晶光学相控阵 高功率激光 相位恶化 光束质量 liquid crystal optical phased array high power laser phase deterioration beam quality
1 电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 610054
2 电子科技大学物理学院，四川 成都 610054
天线通光口径是液晶光学相控阵的重要技术指标，本文在多子阵并行驱动和两级器件级联方法(PAPA)的基础上，提出改进型的i-PAPA 方法，通过对COM 电极进行分区域驱动，在单个相控阵天线上实现大口径相控光束控制，具备单器件工作、插损低等优点。通过数值仿真分析，结果表明：相控阵天线后的近场相位分布连续；当指向角度在0°到+6°范围内，远场衍射效率和指向角度的数值关系呈现平滑单调下降，衍射效率均大于48%；当指向角度在0°到+3°范围内，衍射效率均大于80%。
光学相控阵 液晶 大口径 衍射效率 optical phased array liquid crystal large diameter diffraction efficiency
