【摘 要】
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液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator,LCSLM）是一种可编程相位调制光学器件,通过施加电压来调制入射光束的波前相位,从而实现光束偏转,具有扫描速度快、波束捷变、分辨率高等特点。在激光雷达系统、激光整形和空间光通信等领域得到广泛应用。由于液晶空间光调制器制造工艺水平的限制以及大气干扰等影响,导致光束偏转角度误差增大,指向精度下降。因此采用基
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液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator,LCSLM）是一种可编程相位调制光学器件,通过施加电压来调制入射光束的波前相位,从而实现光束偏转,具有扫描速度快、波束捷变、分辨率高等特点。在激光雷达系统、激光整形和空间光通信等领域得到广泛应用。由于液晶空间光调制器制造工艺水平的限制以及大气干扰等影响,导致光束偏转角度误差增大,指向精度下降。因此采用基于粒子群算法的优化方法和BP神经网络PID控制策略,分别开展液晶空间光调制器光束指向精度优化和LCSLM光束偏转闭环控制系统研究,具体内容如下:（1）研究液晶空间光调制器光束调制机理,分析液晶分子的电光特性,介绍了反射式液晶空间光调制器基本结构,计算液晶盒内总的吉布斯自由能,采用差分迭代法求解自由能密度,推导出液晶分子指向矢分布,由单轴晶体折射率各向异性得到电压与液晶相位延迟对应关系;基于基尔霍夫衍射理论,探究了液晶空间光调制器偏转光束的远场光强分布,为液晶空间光调制器指向精度优化提供理论支撑。（2）光束调制过程中因受扰动因素影响导致指向精度下降,基于光束偏转基本原理,建立了液晶空间光调制器光束偏转模型;分析了边缘效应、电极占空比、液晶盒面起伏、电压量化和外加电场频率等因素对出射光束波前相位造成的畸变,提出基于粒子群算法的指向精度优化方法,以远场光束偏转角为优化目标,经仿真结果表明,该算法能够很好地降低光束偏转角度误差,优化后的光束偏转角接近于理想角度。（3）针对光束偏转响应速度慢、稳定性差、易受干扰等问题,开展液晶空间光调制器系统建模及控制系统设计研究,分析液晶的弛豫特性,通过系统辨识建立了液晶空间光调制器的控制模型;由于传统PID控制系统具有超调大、调节时间长,易受干扰等缺点,因此采用BP神经网络控制策略,搭建液晶空间光调制器光束偏转闭环系统。仿真结果表明,基于BP神经网络PID控制系统可以在线学习调节控制参数,对超调有很好的抑制效果,系统抗干扰能力也得到提升,BP神经网络PID控制策略对于液晶空间光调制器光束偏转闭环系统具备更好的稳定性和鲁棒性,为液晶相控阵高精度光束指向的需求提供了理论依据和指导。
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