基于新型光子-液晶波导的光波束成形机理和关键技术研究

光波束成形技术是通过相位调制器阵列改变光束波前单元相对相位关系，非机械式改变方向、波前形状等光传输特性的重要技术，大数量、微尺寸、低成本和低功耗的相位调制器集成技术是获得高价值光波束成形应用的关键。本项目提出一种利用液晶作为平板光波导上包层的光子-液晶波导结构，基于该波导的相位调制器继承了液晶型相位调制器易集成、低成本的优点，克服其响应慢的缺点，实现基于直波导电极阵列和电压函数的平面光波束成形技术，为制作超低成本、超高灵活性的可调谐阵列波导光栅光子器件提供理论依据。本项目还提出只需对电极做几何形状设计，就能实现在光子-液晶波导上集成包含多个各类型棱镜或透镜等均匀折射率元件的光学系统，并据此提出一种大角度、高光束质量的X方向光束扫描波导器件。将多个具有输出相位调制器的一维波导沿着Y方向堆叠绑定，可实现空间光波束成形技术，为制作低成本、高性能、控制简单的二维激光光束扫描器提供理论基础。

本项目通过研究二维液晶指向矢分布数值模型，建立了相位型光子-液晶混合波导的调控模型；研究了平行阵列结构的光子-液晶混合波导器件的平面光波束成形机制及其光束方向调控性能，扫描角度和时间分别达到15度和3毫秒。基于光子-液晶混合波导，本项目提出了用简单的平行阵列波导代替复杂的弯曲阵列波导构成新型压控可调谐阵列波导光栅，其中心波长调谐范围可达到19.3nm；本项目还提出了一种多狭缝光子-液晶微环可调谐滤波器，其可调谐范围达81.4 nm，器件滤波性能具有较大的工艺误差容忍度。