[发明专利]一种用于双频液晶光学相控阵波束控制的电压控制方法

说明书

一种用于双频液晶光学相控阵波束控制的电压控制方法，采用双频液晶材料代替传统的液晶材料，制备液晶光学相控阵。在液晶光学相控阵公共电极加载高频驱动电压，在液晶光学相控阵驱动电极加载低频驱动电压，通过控制低频驱动电压和高频驱动电压差，实现液晶光学相控阵的高低频偏置控制，当低频电压低于高频电压时，高频电压对液晶的作用明显，双频液晶材料总体表现出负性；反之，当低频电压高于高频电压时，低频电压对液晶的作用明显，双频液晶材料总体表现出正性。通过控制双频液晶的正负性，即可实现液晶光学相控阵的波束单元快速切换。

技术领域

本发明涉及一种可编程光学相位控制器件的控制方法。

背景技术

液晶光学相控阵(LCOPA)是一种新型的可编程光学相位控制器件，它采用具有驱动电压低、相位调制深度大等特点的向列相液晶作为相位调制的电光材料，使器件具有体积小、重量轻、功耗低、易于和微电子控制电路结合等独特优点。液晶光学相控阵不仅解决了激光束的高精度、快速、灵活控制问题，而且使光电系统的集成度更高，柔性控制能力更强，制造成本更低，在卫星光通信、红外对抗和目标跟踪等领域具有重要的应用价值。研究基于液晶光学相控阵的新型激光通信系统，促进传统光通信系统的变革，大大提升我国卫星光通信能力，具有重要的军事意义和应用价值。

波束单元切换时间是液晶光学相控阵波束偏转控制的一个重要性能指标，直接影响卫星激光通信系统的捕跟时间。传统的液晶光学相控阵的公共电极电压设置为0，其离散电极电压设置为V_i，这种电压控制方法不适合于光学相控阵波束的快速切换控制，无法满足通信系统的时间要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有液晶光学相控阵在波束单元切换时间慢的不足，采用双频液晶材料，提出了一种用于双频液晶光学相控阵波束控制的电压控制方法，可以实现液晶光学相控阵波束单元快速切换，将液晶光学相控阵波束切换时间提高到亚毫秒量级，有效降低捕获时间，在新型空间激光通信系统中具有很好的实用性。

本发明的技术解决方案是：一种用于双频液晶光学相控阵波束控制的电压控制方法，采用双频液晶材料作为液晶光学相控阵的液晶材料，并在液晶光学相控阵的公共电极上加载高频电压V_COM，在液晶光学相控阵的离散电极上加载低频电压V_i，所述高频电压V_COM的频率f_高使得双频液晶的介电各向异性Δε>0，所述低频电压V_i的频率f_低使得双频液晶的介电各向异性Δ_ε<0，高低频电压的最大电压差能够实现360的光相位变化，通过改变所述低频电压V_i与所述高频电压V_COM的电压差值实现液晶光学相控阵的波束单元切换。

所述的双频液晶材料包括正性液晶单体、负性液晶单体以及稀释剂。所述的公共电极电压V_COM工作频率f_高以及低频电压V_i工作频率f_低的选择根据双频液晶材料测量得到的双频液晶的介电常数和驱动频率的关系确定。通过改变所述低频电压V_i的大小改变液晶的等效折射率。

本发明的原理是：液晶相控阵是多个液晶移相器共同组成的阵列器件，在波束切换过程中，每个单元天线的相移量相比上个时刻可能是增加，也可能是减小。在波位切换过程中，有些单元天线中的液晶分子是顺时针方向旋转，而有些单元天线中的液晶分子是逆时针方向旋转。对于当前液晶光学相控阵所采用共COM设计方案，无法满足在同一时刻部分电极是高频驱动电压，而部分电极是低频驱动电压。为此，本发明方法在COM端持续加载一个高频电压，在玻璃基芯片绑定(Chip on Glass，COG)IC芯片输出端加载一个低频电压，同时两端的直流分量相等，使得液晶两端不存在直流偏置。由于液晶两端加载的有效电压被平移到了高频工作点，因此可以形成持续的高频偏置。

本发明与现有技术相比的优点在于：