随着激光雷达和空间光通信技术的不断发展,对光束偏转精度和扫描速度提出了更高的要求,传统的机械式光束偏转无法满足快速和高精度的需求,因此,探究快速、高精度光束偏转技术具有重要的研究意义和价值。液晶相控阵是利用液晶材料的电光效应实现光束在一定空域内动态指向,具有随机指向和可编程控制等特点,为解决传统机械螺旋式光束偏转存在的精度低、速度慢等问题提供了新的思路。目前,能够实现光束偏转的液晶相控阵主要有液晶空间光调制器、液晶偏振光栅和液晶棱镜等,其中任意一种液晶相控阵均无法同时满足大角度、高分辨率和高衍射效率等性能指标要求,如何实现快速、高精度、高分辨率和大视场光束偏转是本文研究的主要目的。本文从液晶空间光调制器和液晶偏振光栅光束调制机理入手,开展了液晶分子指向矢动态分布规律与电光调制机理、自适应迭代液晶空间光调制器光束校正与优化、多层液晶偏振光栅级联光束调控系统设计以及粗精两级液晶相控阵光束调控系统设计与实现等内容研究,具体如下:1、研究液晶空间光调制器电光调制机理,探究在外电场作用下液晶指向矢动态分布规律,基于非线性最小二乘的差分迭代建立液晶指向矢分布与电场的关系模型。液晶空间光调制器是由取向层、导电层、液晶层等组成,受取向层介电分压和波纹电压的影响,理论电压下的出射光束偏转角偏离理论偏转角,为得到实际所需加载的电压代码,在建立液晶空间光调制器多层物理结构电学模型的基础上,提出一种实际偏转角度与驱动电压映射关系的定量解算模型。进一步利用周期闪耀光栅和非周期闪耀光栅的波控方法,实现了光束偏转的精准控制。2、光束除了精准的偏转控制以外还需要具有高偏转效率,为提高光束的偏转效率,建立液晶空间光调制器的空间光传播模型,分析液晶空间光调制器结构特性、入射光高斯特性和制造工艺误差对液晶空间光调制器光束偏转效率的影响,设计了液晶空间光调制器自适应波控电压校正系统,提出了基于Rosenbrock旋转坐标法和随机并行梯度下降法的光束偏转性能优化算法,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性,提高了液晶空间光调制器光束偏转效率。3、为了获得大视场、高分辨率的光束偏转,基于光传输矩阵和衍射理论,研究液晶偏振光栅光束调制机理,分析形貌缺陷、液晶层厚度误差和菲涅尔反射等因素对光束调制特性的影响。针对单个液晶偏振光栅仅有三个衍射级次致使角度分辨率受限的问题,构建了多层液晶偏振光栅级联的光束偏转系统架构,设计了面向多层液晶偏振光栅级联光束偏转系统的多路液晶偏振光栅驱动电路,实验验证了级联系统的有效性。4、针对高速、高分辨率、高精度和大视场的光束偏转需求,结合液晶空间光调制器高分辨率和液晶偏振光栅大视场的特点,提出并设计了一种液晶空间光调制器和液晶偏振光栅粗精两级级联光束偏转系统。研究了激光光束入射角度与液晶分子有效折射率的映射规律,提出了一种光束斜入射式的液晶相控阵相位调制方法,不仅简化系统光路,也大大减少了光能量损失。利用ZEMAX软件对两级级联光束偏转系统进行了模拟仿真,搭建了液晶相控阵复合的光束偏转系统实验平台。通过模拟仿真与实验,验证了本文提出方法的有效性,为激光雷达、空间光通信和激光武器等大视场、高分辨率光束偏转的需求提供了理论依据和技术指导。