基于光相控陣實現激光束一維偏轉與束散角縮放的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光相控陣激光雷達技術領域，特別設及光相控陣激光雷達波束控制技 術。
【背景技術】
[0002] 光相控陣激光雷達具有高穩定性、高分辨率、同步多波束賦形能力、動態聚焦/散 焦能力W及高性價比等優點，能廣泛應用于測距，=維成像，目標捕獲跟蹤等領域。光相控 陣激光雷達通過光相控陣調制激光束的相位，實現激光束在其視場范圍內的可編程隨機無 慣性波束掃描。液晶光相控陣具有相位調制精度高、寬雙折射率范圍、寬波段、低驅動電壓、 高損傷閥值、低成本和工藝成熟等優點，在光相控陣激光雷達中得到廣泛應用。通常液晶光 相控陣的視場范圍不會低于lOOmrad(該是視場為±3°時所對應的弧度值），而激光束的 束散角一般為零點幾毫弧度。在空間光通信中，激光束的束散角甚至只有幾微弧度。當激 光雷達W小束散角激光束掃描一遍整個視場范圍時，需要耗費較長的時間，該不利于激光 雷達快速探測到進入其視場范圍內的目標，會降低激光雷達的工作效率。
[0003] 為提高激光雷達的波束掃描效率，可W使其先W寬束散角激光束快速掃描整個 視場范圍，等發現目標后，再W小束散角激光束精確定位目標。一般而言，激光源的束散 角是固定的，該就需要激光雷達具有自適應縮放激光束束散角的能力。激光雷達中的激 光源通常為基模高斯光束，我們的研究結果公開于Proc. SPIE 8557,化tical Desi即and Testing V，855701，基于液晶光學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制一個非線性相位面，可w達到自適應縮放高斯光束 束散角的目的，但此時高斯光束不會發生偏轉。
[0004] 為使高斯光束能偏轉到激光雷達視場范圍內任意角度，需要再用一塊液晶光相控 陣給高斯光束施加一個線性相位面，要同時實現激光束一維偏轉與束散角縮放需要兩塊液 晶光相控陣。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種使用單塊液晶光相控陣同時實現激光束 一維偏轉與束散角縮放的方法。
[0006] 本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，基于光相控陣實現激光束一維 偏轉與束散角縮放的方法，包括W下步驟：
[0007] 1)參數配置步驟：激光雷達包含一個一維液晶光相控陣LC0PA和一個發出的光束 為基模高斯光束的激光源；LC0PA具有N個相控單元，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)為實現一維偏轉的線性相位面計算步驟；當入射光束要偏轉到角度0時， LCOPA施加給激光束的線性相位面&為；
[0009]
【主權項】
1.基于光相控陣實現激光束一維偏轉與束散角縮放的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 參數配置步驟：激光雷達包含一個一維液晶光相控陣LCOPA和一個發出的光束為基 模高斯光束的激光源；LCOPA具有N個相控單元，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η依次為-N/2+1，…，-1，0, 1，…，N/2 ;激光源的波長為λ ; 2) 為實現一維偏轉的線性相位面計算步驟：當入射光束要偏轉到角度Θ時，LCOPA施 加給激光束的一個線性相位面外為：
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 視場范圍內的任意一個角度； 3) 為實現束散角縮放的非線性相位面計算步驟：當入射光束要縮放至束散角0wid時， LCOPA施加給激光束的非線性相位面乳,,(/〇為：
其中，
k為波數，k = 2 π / λ ;f為與束散角Θ wid對應的 LCOPA的相位控制參數； 4) 相位綜合步驟：結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 制量供(《)為：
5) 電壓代碼生成步驟：通過查找v-供曲線，可以得到與相位調制量供⑷對應的電壓代
6) 相位調制步驟：通過控制器將各電壓代碼v(n)對應加載到LCOPA中各相控單元上 調制入射激光的相位，控制激光束偏轉至角度Θ并縮放至束散角0 wid。
【專利摘要】本發明提供一種基于光相控陣實現激光束一維偏轉與束散角縮放的方法。本發明通過液晶光相控陣給激光束調制一個同時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角決定，非線性分量則由激光束的束散角決定。本發明通過一塊液晶光相控陣同時實現激光束的偏轉和束散角縮放，降低了系統的復雜性和功耗，增加了系統的靈活性，操作簡便。
【IPC分類】G02F1-29, G02B27-09
【公開號】CN104865770
【申請號】CN201510237952
【發明人】孔令講, 陳建, 肖鋒, 楊亞, 楊鎮銘, 汪相如, 吳亮, 姜海超
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月11日