液晶光学相控阵(LCOPA)是一种新型的可编程相位调制器件,通过外加电压调制入射激光的波前相位,实现远场光束指向控制,具有体积小、重量轻、功耗低、抗辐射能力强等优点,在空间激光通信、激光雷达和激光定向能武器等国防军事领域有着广泛的应用前景。目前,液晶光学相控阵器件受限于制作工艺、温度及大气干扰等影响,光束偏转性能远低于理论水平。因此,本文从液晶光学相控阵的基本理论出发,对液晶光学相控阵衍射效率和偏转精度优化两方面展开了深入研究,主要研究内容如下:首先介绍了液晶光学相控阵的基本结构及其电光效应,在此基础上,研究了液晶光学相控阵的指向矢分布、电压-相移特性及光束偏转原理:采用差分迭代算法求解液晶指向矢分布,推导出相位延迟与电压之间的关系,并建立了光束偏转控制模型。从衍射效率和偏转精度两方面入手,建立偏转误差模型,深入研究影响光束偏转性能的因素,为下一步进行性能优化提供了理论依据和指导。针对光束衍射效率低的问题,设计了光束性能优化系统,在分析传统光学衍射模型的基础上,建立了液晶光学相控阵衍射模型,为分析远场光强分布提供了理论支撑;采用随机并行梯度下降法对液晶光学相控阵光束性能进行优化,并建立相应的优化评价指标,经仿真实验验证,基于随机并行梯度下降法的优化方法,在提升了优化迭代速度的基础上,可实现衍射效率达80%的优化效果。针对光束偏转精度低的问题,搭建光束偏转闭环控制系统,从器件材料特性及动力学原理出发,定性分析了液晶光学相控阵数学模型,并通过实验测试数据建立了精确的传递函数;设计了基于向量的增益鲁棒性分数阶控制器,进行了仿真实验验证,对于给定幅值为1、频率为0.16HZ的正弦扰动信号,系统扰动抑制比为-21.09dB。实验结果表明,基于分数阶控制器的液晶光学相控阵光束偏转闭环控制系统呈现出良好的动态性能和鲁棒性。