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微型望远镜可以提高激光雷达的性能,推进平面光学的发展

2021-7-28 22:25| 发布者: vantsing| 查看: 1082| 评论: 0

摘要: 2021年7月16日,佛罗里达州奥兰多市的Shin-Tson Wu教授领导的中佛罗里达大学(UCF)团队开发了一种由级联液晶(LC)平面光学元件制成的装置,称为微型平面望远镜,它允许高效、广角、高精度的激光束转向。微型平面望远镜 ...

2021716日,佛罗里达州奥兰多市的Shin-Tson Wu教授领导的中佛罗里达大学(UCF)团队开发了一种由级联液晶(LC)平面光学元件制成的装置,称为微型平面望远镜,它允许高效、广角、高精度的激光束转向。微型平面望远镜实现了独立于入射光束位置的转向角放大。这种角度放大功能无法通过单层光学器件实现,例如光栅或折射面。


尽管可以获得商业质量的平面光学器件,但平面光学的研究一直集中在单层器件可以实现的光学功能上。UCF研究人员认为,扩展平面光学功能的一种方法是探索级联平面光学及其提供的更大程度的设计自由度,可以用于实现更独特的功能。


同时,UCF研究人员希望保留单层平面光学器件的许多优点,例如效率、紧凑性、灵活性和低成本。

平面望远镜的图解,由两层平面光学元件组成,用于实现角度放大。这两层都是按照偶数阶多项式的和来分配相位剖面的,它们在空间中被距离d隔开

为了测试他们的系统,研究人员使用全溶液处理制造了具有预先设计的相位分布的不同平面光学元件,并将这些元件组装到具有不同放大倍数的微型平面望远镜中。通过光线追踪模拟,他们根据特定的孔径大小和入射角范围优化了平面望远镜。他们建造了两个望远镜模块,设计放大倍数分别为1.67(模块1)和2.75(模块2)。


研究人员发现放大率测量值与设计值非常匹配。他们进一步观察到,在设计的入射角范围内,模块1实现了大于89.8%的效率,模块2实现了大于84.6%的效率。研究人员认为,通过误差分析优化制造工艺,可以进一步提高模块的效率。


微型平面望远镜有可能用于扩大非机械光束转向的当前转向范围。例如,对于工作波长为905nm的激光雷达应用,预计最大输出角度范围为±27°。与入射场范围约为±5°的高效光学相位阵列相比,可以实现5.4的放大倍数。对于更长的工作波长——例如λ=1550nm——转向范围可以扩展到大约±37°,对应于7.4的放大倍数。


该团队还对输出光束轮廓进行了表征,以确保望远镜模块的高质量及其与高端光束转向器的兼容性。使用平面望远镜,光束转向角范围可以大大扩大,而不会损失太多功率。


UCF团队的工作显示了基于LC聚合物的级联平面光学元件的潜力,可以为实际应用提供轻便、低功率、具有成本效益的光学元件。高效率、可设计的放大系数和出色的光束质量使所提议的平面望远镜有望用于需要先进激光束控制技术的应用。


平面望远镜可以代表平面液晶光学发展的里程碑。该望远镜展示了级联LC平面光学元件可以实现单个光学元件无法实现的功能——这可能会激发新的、更精细的级联平面光学设计以供实际使用。
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