第43卷第2期2014年2月光子学报ACTAPHOTONICASINICAVol.43No.2February2014基金项目:国家自然科学基金(Nos.61107051、国家高技术研究发展计划(No.SS2012AA010407、国家科技支撑计划项目(2012BAH06B03和湖北省自然科学基金重点项目(No.2011CDA114资助第一作者:戴竞(1988-,男,博士研究生,主要研究方向为光通信器件技术.Email:daijing@hust.edu导师(通讯作者:张敏明(1977-,男,副教授,博士,主要研究方向为光通信与光网络技术.Email:mmz@mail.hust.edu收稿日期:2013-06-03;录用日期:2013-08-08:wwphoton.acdoi:10.3788/g∥zxb20144302.0223002新型液晶光学相控阵的特性研究戴竞1,张敏明1,何岩2,刘德明1(1华中科技大学光学与电子信息学院,武汉430074(2烽火通信科技股份有限公司,武汉430074摘要:将液晶作为平板光波导的上包层,构建了液晶光学相控阵器件.根据Frank-Oseen液晶连续体弹性形变理论与光栅衍射理论,研究分析了基于这种新型结构下液晶光学相控阵的传输特性,输出衍射特性和其它性能特性.研究结果表明,器件的传输电控相位延迟可以实现更大的光程差;阵列电极周期数目、电极宽度、电极间隔宽度等结构参量对器件的输出衍射光束的光强分布和半峰值全宽度影响很大,同时光束扫描的可行性得到论证;器件的响应时间提高了一个数量级,且其色散性能获得改善.为以后研制新型液晶光学相控阵提供了理论基础与技术设计依据.关键词:光学相控阵;液晶;光栅;衍射;扫描;响应时间;色散:TN252;O753文献标识码:A:1004-4213(201402-0223002-6StudyonCharacteristicsofaNovelOpticalPhasedArraybasedonLiquidCrystalDAI激ng1,ZHANGMin-ming1,HEYan2,LIUDe-ming1(1SchoolofOpticalandElectronicInformation,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China(2FiberHomeTelecommunicationTechnologyCo.,Ltd.,Wuhan430074,ChinaAbstract:AnovelopticalphasedarraybasedonLiquidcrystalwasstudied,anditsstructureschemefeatureisaplanarwavegudewithliquidcrystalcladding.Propagation,outputdiffractioncharacteristicsandotherpeformancesofliquidcrystal-opticalphasedarraywereallstudiedandanalyzedaccordingtoFrank-Oseencontinuumelastictheoryandgratingdiffractiontheory.Theresearchresultsshowthattheelectricalcontrolphasedelayofthedeviceisquantitativelyanalyzedtoobtainlargeropticalpathdifference;theperiodnumberofelectrodes,elcetrodewidth,spacingofadjacentelectrodesofthedeviceareofgreateffectontheintensitydistributionandthefullwidthathalfmaximumofoutputdiffractionbeam,andthefeasibilityofbeamscanningisalsodemonstrated;thisnovelstrcturecouldimprovetheresponsetimeforanorderofmagnitudeaswellaswavelengthdispertionofthedevice.Thesetheoreticalbasisandtechnicaldesignbasisarefavourofdevelopingthisnovelliquidcrystal-opticalphasedarrayinthefuture.Keywords:Opticalphasedarray;Liquidcrystal;Grating;Diffraction;Scanning;Responsetime;DispersionOCISCodes:230.2090;160.3710;350.2770;050.19400引言光学相控阵技术(OpticalPhasedArray,OPA[1]至今已经发展了30年,特别是现已商用的硅基液晶(LiquidCrystalonSilicon,LCoS光学相控阵技术能够较好地实现非机械性地光束偏转作用,在激光通信、1-2003220光子学报光脉冲整形、光信息处理与存储、生物医学成像及光谱学等领域都有着广泛的应用前景.目前常用的是电光调制器阵列,电光材料除了液晶(LiquidCrystal,LC,还包括其他电光材料,例如铌酸锂(LiNbO3[2]晶体,砷化镓/砷化铝镓(GaAs/AlGaAs[3]化合物,掺镧锆钛酸铅(PL主题[4]压电陶瓷,这三种材料尽管调制速率很高,但缺点是尺寸大.LC的优点是尺寸小,低驱动电压,电光系数高,可实现器件的集成化,功耗低的特点,已用于各种基于液晶材料的电光器件[5-6].其中,用液晶相控阵实现波束控制已成为激光雷达和自由空间光通信技术发展的重要趋势之一.传统的液晶光学相控阵技术(LiquidCrystalOpticalPhasedarray,LC-OPA,光波是穿过玻璃板之间的液晶层、透明电极、偏振器....
