基于光相控陣實(shí)現(xiàn)激光束一維偏轉(zhuǎn)與束散角縮放的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光相控陣激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及光相控陣激光雷達(dá)波束控制技 術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光相控陣激光雷達(dá)具有高穩(wěn)定性、高分辨率、同步多波束賦形能力、動(dòng)態(tài)聚焦/散 焦能力W及高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于測距，=維成像，目標(biāo)捕獲跟蹤等領(lǐng)域。光相控 陣激光雷達(dá)通過光相控陣調(diào)制激光束的相位，實(shí)現(xiàn)激光束在其視場范圍內(nèi)的可編程隨機(jī)無 慣性波束掃描。液晶光相控陣具有相位調(diào)制精度高、寬雙折射率范圍、寬波段、低驅(qū)動(dòng)電壓、 高損傷閥值、低成本和工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，在光相控陣激光雷達(dá)中得到廣泛應(yīng)用。通常液晶光 相控陣的視場范圍不會(huì)低于lOOmrad(該是視場為±3°時(shí)所對(duì)應(yīng)的弧度值），而激光束的 束散角一般為零點(diǎn)幾毫弧度。在空間光通信中，激光束的束散角甚至只有幾微弧度。當(dāng)激 光雷達(dá)W小束散角激光束掃描一遍整個(gè)視場范圍時(shí)，需要耗費(fèi)較長的時(shí)間，該不利于激光 雷達(dá)快速探測到進(jìn)入其視場范圍內(nèi)的目標(biāo)，會(huì)降低激光雷達(dá)的工作效率。
[0003] 為提高激光雷達(dá)的波束掃描效率，可W使其先W寬束散角激光束快速掃描整個(gè) 視場范圍，等發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，再W小束散角激光束精確定位目標(biāo)。一般而言，激光源的束散 角是固定的，該就需要激光雷達(dá)具有自適應(yīng)縮放激光束束散角的能力。激光雷達(dá)中的激 光源通常為基模高斯光束，我們的研究結(jié)果公開于Proc. SPIE 8557,化tical Desi即and Testing V，855701，基于液晶光學(xué)相控陣控制激光束束散角的方法Implementation of controlling the divergence angle utilizing liquid crystal optical phased array， 表明通過液晶光相控陣給高斯光束調(diào)制一個(gè)非線性相位面，可w達(dá)到自適應(yīng)縮放高斯光束 束散角的目的，但此時(shí)高斯光束不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0004] 為使高斯光束能偏轉(zhuǎn)到激光雷達(dá)視場范圍內(nèi)任意角度，需要再用一塊液晶光相控 陣給高斯光束施加一個(gè)線性相位面，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)激光束一維偏轉(zhuǎn)與束散角縮放需要兩塊液 晶光相控陣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種使用單塊液晶光相控陣同時(shí)實(shí)現(xiàn)激光束 一維偏轉(zhuǎn)與束散角縮放的方法。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，基于光相控陣實(shí)現(xiàn)激光束一維 偏轉(zhuǎn)與束散角縮放的方法，包括W下步驟：
[0007] 1)參數(shù)配置步驟：激光雷達(dá)包含一個(gè)一維液晶光相控陣LC0PA和一個(gè)發(fā)出的光束 為基模高斯光束的激光源；LC0PA具有N個(gè)相控單元，相鄰相控單元之間的距離為山從左至 右各相控單元的編號(hào)n依次為-N/化1，…，-1，0, 1，…，N/2 ;激光源的波長為A，束腰半徑 為《〇;
[000引 2)為實(shí)現(xiàn)一維偏轉(zhuǎn)的線性相位面計(jì)算步驟；當(dāng)入射光束要偏轉(zhuǎn)到角度0時(shí)， LCOPA施加給激光束的線性相位面&為；
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于光相控陣實(shí)現(xiàn)激光束一維偏轉(zhuǎn)與束散角縮放的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 參數(shù)配置步驟：激光雷達(dá)包含一個(gè)一維液晶光相控陣LCOPA和一個(gè)發(fā)出的光束為基 模高斯光束的激光源；LCOPA具有N個(gè)相控單元，相鄰相控單元之間的距離為d，從左至右各 相控單元的編號(hào)η依次為-N/2+1，…，-1，0, 1，…，N/2 ;激光源的波長為λ ; 2) 為實(shí)現(xiàn)一維偏轉(zhuǎn)的線性相位面計(jì)算步驟：當(dāng)入射光束要偏轉(zhuǎn)到角度Θ時(shí)，LCOPA施 加給激光束的一個(gè)線性相位面外為：
Λ Φ為LCOPA中相鄰相控單元之間的相位差，Λ Φ = -2 π dsin( Θ ) / λ，Θ為LCOPA 視場范圍內(nèi)的任意一個(gè)角度； 3) 為實(shí)現(xiàn)束散角縮放的非線性相位面計(jì)算步驟：當(dāng)入射光束要縮放至束散角0wid時(shí)， LCOPA施加給激光束的非線性相位面乳,,(/〇為：
其中，
k為波數(shù)，k = 2 π / λ ;f為與束散角Θ wid對(duì)應(yīng)的 LCOPA的相位控制參數(shù)； 4) 相位綜合步驟：結(jié)合線性相位面與非線性相位面得到LCOPA中各相控單元的相位調(diào) 制量供(《)為：
5) 電壓代碼生成步驟：通過查找v-供曲線，可以得到與相位調(diào)制量供⑷對(duì)應(yīng)的電壓代
6) 相位調(diào)制步驟：通過控制器將各電壓代碼v(n)對(duì)應(yīng)加載到LCOPA中各相控單元上 調(diào)制入射激光的相位，控制激光束偏轉(zhuǎn)至角度Θ并縮放至束散角0 wid。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于光相控陣實(shí)現(xiàn)激光束一維偏轉(zhuǎn)與束散角縮放的方法。本發(fā)明通過液晶光相控陣給激光束調(diào)制一個(gè)同時(shí)具有線性分量和非線性分量的相位面，線性分量由激光束的偏轉(zhuǎn)角決定，非線性分量則由激光束的束散角決定。本發(fā)明通過一塊液晶光相控陣同時(shí)實(shí)現(xiàn)激光束的偏轉(zhuǎn)和束散角縮放，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和功耗，增加了系統(tǒng)的靈活性，操作簡便。
【IPC分類】G02F1-29, G02B27-09
【公開號(hào)】CN104865770
【申請?zhí)枴緾N201510237952
【發(fā)明人】孔令講, 陳建, 肖鋒, 楊亞, 楊鎮(zhèn)銘, 汪相如, 吳亮, 姜海超
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月11日