一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法技术

该发明专利技术一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法，属于液晶相控阵领域，特别是涉及一种采用液晶相控阵进行激光相位调制的聚焦式相干合成方法。液晶相控阵可以对入射激光进行相位调制，控制出射激光使其偏转不同的角度，多个液晶相控阵按照一定方式排列组成激光出射阵列，多束相干激光通过阵列后，分别偏转不同的角度，以聚焦的形式照射到目标位置；多束相干激光在目标位置相遇，实现相干合成，基于聚焦式相干合成方式，目标位置可以在从近到远的任意位置选取，从而具有在近距离和远距离空间均能够进行相干合成、提升激光强度的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液晶相控阵领域，特别是涉及一种采用液晶相控阵进行波束方向控制 的聚焦式相干合成方法。
技术介绍
液晶相控阵技术是一种无惯性、快速的电控光束方向控制技术。液晶相控阵一般 是由液晶移相单元组成的阵列，通过调节从各个移相单元辐射出的激光的相位之间的关 系，使从各个移相单元辐射出来的激光在设定的方向上同相，产生彼此加强的干涉，于是液 晶相控阵在此方向上辐射出一束高强度的激光。而在其他方向上，从各个移相单元辐射出 的激光都不满足彼此同相，激光干涉的结果是彼此相消，在其它方向上激光的强度接近零。 从而通过液晶相控阵实现了激光的方向控制。根据相控阵原理，激光通过液晶相控阵后可 以偏转任意的角度。 在激光雷达、激光武器和激光切割等高强度激光应用领域，由于单束激光的输出 强度有限，需要提升激光的光强。相干合成技术通过对相干激光进行相位锁定，能够将多束 激光合成为一束高强度的激光，可以显著提升激光的光强。但是在现有的相干合成技术背 景下，相干激光以平行的方式进行传播，经过衍射过程后只能够在远距离位置相遇，因此相 干合成只能够在远场实现，这大大限制了相干合成技术的适用范围。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
的不足提出。通 过液晶相控阵对入射激光进行相位调制，控制出射激光的传播方向。多个液晶相控阵按照 一定的方式排列组成相干激光的方向控制阵列，每束激光对准一个液晶相控阵垂直入射。 多束相干激光通过阵列后，分别偏转不同的角度，均传播到目标位置。多束相干激光在目标 位置相遇，实现相干合成。由于相干激光不再以平行的方式传播，而是以聚焦的方式传播的 目标位置，而目标位置可以在从近场到远场的范围内任意位置，因此通过基于液晶相控阵 的聚焦式相干合成方法，能够在近场和远场实现相干合成，拓展了相干合成技术的使用范 围。本专利技术为，具体步骤包括： 步骤1 :初始化液晶相控阵参数 为了进行聚焦式相干合成处理，需要提供如下参数，包括：激光工作波长，记做 λ ;液晶相控阵包含的移相单元数量M，相邻移相单元之间的间距d ;激光满足相干条件，即 频率f相同，相位差φ恒定，偏振方向K相同；为了保证N束激光经过阵列后仍然满足相 干条件，设置激光的初始偏振方向与液晶的光轴方向一致； 步骤2 :基于Ν个液晶相控阵建立1 X Ν阵列 Ν个液晶相控阵按照一维矩阵排列组成1ΧΝ阵列，相邻液晶相控阵之间的中心距 离为h，作为相干激光的方向控制阵列；液晶相控阵依次编号为Q，C2, . . .，Cn，. . .，CN，相干 激光依次编号为U，L2, . . .，Ln，. . .，LN ;在阵列所在平面建立直角坐标系Χ(Γ7(Ι，原点设为0。， 在目标位置所在平面建立坐标系χ-y，原点设为0 ;X-y平面与xcryo平面之间的距离为z，即 为相干激光的传播距离，Q的对称中心与h重合，1XN阵列沿X(l方向排列； 步骤3 :选取相干合成的目标位置P 确定相干合成的目标位置，包括传播距离z以及在x-y平面内的目标位置坐标 P(x,y)； 步骤4 :确定每束激光通过相应液晶相控阵后的偏转角度θ n 在Xcry^平面内1XN阵列中第η个液晶相控阵Cn的中心位置坐标为（xn，0)， 其中x n= (N-l) *h，根据聚焦式传播过程，Ln通过Cn后传播到目标位置，根据目标位 置坐标得到Ln通过Cn后的偏转角度θη，其计算公式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法，该方法包括：步骤1：初始化液晶相控阵参数为了进行聚焦式相干合成处理，需要提供如下参数，包括：激光工作波长，记做λ；液晶相控阵包含的移相单元数量M，相邻移相单元之间的间距d；激光满足相干条件，即频率f相同，相位差φ恒定，偏振方向κ相同；为了保证N束激光经过阵列后仍然满足相干条件，设置激光的初始偏振方向与液晶的光轴方向一致；步骤2：基于N个液晶相控阵建立1×N阵列N个液晶相控阵按照一维矩阵排列组成1×N阵列，相邻液晶相控阵之间的中心距离为h，作为相干激光的方向控制阵列；液晶相控阵依次编号为C1,C2,...,Cn,...,CN，相干激光依次编号为L1,L2,...,Ln,...,LN；在阵列所在平面建立直角坐标系x0‑y0，原点设为O0，在目标位置所在平面建立坐标系x‑y，原点设为O；x‑y平面与x0‑y0平面之间的距离为z，即为相干激光的传播距离，C1的对称中心与O0重合，1×N阵列沿x0方向排列；步骤3：选取相干合成的目标位置P确定相干合成的目标位置，包括传播距离z以及在x‑y平面内的目标位置坐标P(x,y)；步骤4：确定每束激光通过相应液晶相控阵后的偏转角度θn在x0‑y0平面内1×N阵列中第n个液晶相控阵Cn的中心位置坐标为(xn,0)，其中xn＝(N‑1)·h，根据聚焦式传播过程，Ln通过Cn后传播到目标位置，根据目标位置坐标得到Ln通过Cn后的偏转角度θn，其计算公式为由此可得，相干激光L1,L2,...,Ln,...,LN通过1×N阵列C1,C2,...,Cn,...,CN后的偏转角度依次为θ1,θ2,...,θn,...,θN；步骤5：确定每个液晶相控阵的调制相位面φn根据相控阵原理，对于1×N阵列中第n个液晶相控阵Cn来说，当相邻移相单元的调制相位差恒定时，Ln通过Cn后的偏转角度为θn，其中与θn满足公式由此可得Cn中所有移相单元Tn＝[t1,t2,...,tn,...,tM]实现的调制相位量为；其中M为Cn中包含的移相单元数量，在x0‑y0平面内Ln通过Cn后的激光复振幅的数学表达式为；其中x0为液晶相控阵的孔径，L为1×N阵列的长度，D为液晶相控阵的长度，d为相邻移相单元的间距，k为移相单元的编号；步骤6：聚焦式空间传播过程为了使方法的结果尽量精确，利用基尔霍夫衍射公式描述相干激光通过阵列后的传播过程；Ln的复振幅平面传播到x‑y平面，P(x,y)是相干合成的目标位置，在x‑y平面内；在P(x,y)处激光的复振幅表达式为ULn(x,y)=1iλ∫∫ΣELn(x0,y0)exp(ikz)z·cosθn+12dx0dy0,]]>其中z代表x0‑y0平面与x‑y平面的距离，θn代表Ln通过Cn后的偏转角度；步骤7：在目标位置进行相干合成N束激光L1,L2,...,Ln,...,LN通过1×N阵列C1,C2,...,Cn,...,CN后均传播到目标位置P(x,y)；根据相干合成公式得到N束激光在目标位置P(x,y)进行相干合成后，合成激光的复振幅表达式为Uco(x,y)，合成光强表达式为Ico＝Uco(x,y)·Uco(x,y)*；步骤8：改变目标位置坐标P(x,y)，返回步骤3，重复步骤3～步骤8，完成其它角度的激光相干合成。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法，该方法包括： 步骤1:初始化液晶相控阵参数 为了进行聚焦式相干合成处理，需要提供如下参数，包括：激光工作波长，记做A;液 晶相控阵包含的移相单元数量M，相邻移相单元之间的间距d ;激光满足相干条件，即频率f 相同，相位差小恒定，偏振方向K相同；为了保证N束激光经过阵列后仍然满足相干条件， 设置激光的初始偏振方向与液晶的光轴方向一致； 步骤2 :基于N个液晶相控阵建立1 XN阵列 N个液晶相控阵按照一维矩阵排列组成1XN阵列，相邻液晶相控阵之间的中心距离为 h，作为相干激光的方向控制阵列；液晶相控阵依次编号为Cp C2,. . .，Cn,. . .，CN，相干激光 依次编号为U，L2,. . .，Ln，. . .，LN ;在阵列所在平面建立直角坐标系，原点设为A，在目 标位置所在平面建立坐标系x-y,原点设为0 ;x_y平面与平面之间的距离为z,即为相 干激光的传播距离，Q的对称中心与h重合，1 XN阵列沿X(l方向排列； 步骤3 :选取相干合成的目标位置P 确定相干合成的目标位置，包括传播距离z以及在x-y平面内的目标位置坐标 P(x,y)； 步骤4 :确定每束激光通过相应液晶相控阵后的偏转角度0 n在Xd-yc!平面内1 X N阵列中第n个液晶相控阵Cn的中心位置坐标为（xn, 0)，其 中\= (N-l) *h，根据聚焦式传播过程，Ln通过Cn后传播刹曰标份置，根据目标位置 坐标得到!^通过Cn后的偏转角度0n，其计算公式为tan由此可得，相干 激光U，L2,. . .，Ln，. . .，LN通过1 XN阵列Q，C2,. . .，Cn，. . .，CN后的偏转角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令讲，杨镇铭，肖锋，陈建，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51