本发明专利技术提供一种基于光相控阵阵列实现相干合成光束连续二维偏转的方法。本发明专利技术首先根据合成光束的偏转方向，设计需要给各入射光束施加的二维线性相位面；然后确定各子阵的相位补偿量，以校正因各出射光束在远场相互干涉而产生的合成光斑的偏转误差；最后综合二维线性相位面和相位补偿量生成各个子阵最终的相位调制面，调制各入射激光的相位，使合成光束精确偏转到设定方向。重复本发明专利技术步骤能够实现合成光束在横向、纵向上进行连续偏转，即实现了连续二维偏转。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光相控阵激光相干合成
，特别涉及合成光束偏转技术。
技术介绍
由于受到掺杂光纤的非线性效应、热损伤、光学损伤等因素的影响，单根光纤激光器的输出功率有限，而且再单纯提高单台激光器的输出功率会导致激光器体积庞大，高耗能等问题，对材料的要求也会更加苛刻。为了获得高功率高亮度激光输出，可以基于光相控阵系统将多台激光器的输出进行相干合成。相比于非相干合成，相干合成技术可以获得更高的峰值光强，并且可以使合成光束达到近衍射极限的光束质量。另一方面，光纤具有很强的灵活性，便于组装形成体积较小的光纤阵列，给基于光相控阵系统的激光相干合成带来极大的便利。二维液晶光相控阵具有相位调制精度高、损伤阀值高、体积小等优点，是一种性能优良的光相控阵，适合用于相干合成系统中控制各入射激光的相位。为实现更多路激光束的相干合成并灵活控制各个激光束的相位，可以将多个二维液晶光相控阵按一定规则排列组成一个大的液晶光相控阵阵列，其中每个二维液晶光相控阵可以看作液晶光相控阵阵列的一个子阵，各子阵可以独立进行控制。激光雷达、激光武器等领域迫切需要一种高精度高效率的波束连续偏转技术，以提高系统的灵活性和工作性能。目前的波束偏转技术主要分为两类，机械式波束偏转和非机械式波束偏转。机械式波束偏转主要是通过万向架等设备来实现，机械运动导致系统响应速度较慢，波束指向精度较低。非机械式波束偏转则是通过光相控阵电控方式来实现的，与机械式波束偏转相比，具有更快的响应速度，更高的偏转精度，并且可以降低系统功耗，减小系统体积，减轻系统重量。因此，合成光束的非机械式连续偏转对于将光束相干合成技术应用于激光雷达、激光武器等领域非常重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于二维液晶光相控阵阵列实现相干合成光束二维非机械式连续偏转的方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于光相控阵阵列实现相干合成光束连续二维偏转的方法，包括以下步骤：相控阵阵列构建步骤：液晶光相控阵阵列由Q×P个二维液晶光相控阵组成，其中纵向上每一列包含Q个子阵，横向上每一行包含P个子阵，且纵向上相邻子阵之间中心到中心的距 离为Dη，横向上相邻子阵之间中心到中心的距离为Dξ；各子阵的编号依次为(q,p)，其中q＝0,…,Q-1，p＝0,…,P-1；单个子阵包含M×N个相控单元，其中纵向上每列包含M个相控单元，横向上每行包含N个相控单元，且纵向上相邻相控单元中心到中心的距离为dη，横向上相邻相控单元中心到中心的距离为dξ；单个子阵中各相控单元的编号依次为(m,n)，其中m＝0,…,M-1，n＝0,…,N-1；激光束参数配置步骤：相干合成系统中参与合成的激光束的数量为Q×P路，激光束与液晶光相控阵阵列中的子阵一一对应且垂直入射；各路光束均为基模高斯光束，波长为λ；偏转方向设置步骤：设置合成光束的偏转方向为液晶光相控阵阵列视场范围内任意一个二维偏转方向；初始偏转步骤：将出射光束偏转到方向各相控单元的相位调制量为 其中m＝0,…,M-1，n＝0,…,N-1，Δφξ、Δφη分别为各个子阵中横、纵向上相邻相控单元之间的相位差，Δφξ=-2πdξsin(θ‾x)/λ,Δφη=-2πdηsin(θ‾y)/λ;]]>相位补偿量生成步骤：根据各个子阵的位置给其入射光施加一个相位补偿量 q＝0,…,Q-1,p＝0,…,P-1，其中，Δψξ与Δψη为液晶光相控阵阵列中横、纵向上相邻子阵之间的相位差，Δψξ=2πDξsin(θ‾x)/λ]]>和Δψη=2πDηsin(θ‾x)/λ;]]>精确偏转步骤：第(q,p)个子阵中各相控单元的相位调制量为 其中m＝0,…,M-1，n＝0,…,N-1，q＝0,…,Q-1，p＝0,…,P-1；电压代码生成步骤：通过查找二维液晶光相控阵的曲线得到相位调制量对应的电压代码vqp(m,n)；相位调制步骤：通过控制器将生成的电压代码vqp(m,n)加载到液晶光相控阵阵列中相应的子阵中对应的相控单元上，调制各入射激光束的相位。本专利技术提供了一种基于二维液晶光相控阵阵列实现相干合成光束连续二维偏转的方法，首先根据合成光束的偏转方向，设计需要给各入射光束施加的二维线性相位面；然后确定各子阵的相位补偿量，以校正因各出射光束在远场相互干涉而产生的合成光斑的偏转误差；最 后综合二维线性相位面和相位补偿量生成各个子阵最终的相位调制面，调制各入射激光的相位，使合成光束精确偏转到设定方向。在液晶光相控阵阵列的视场范围内改变合成光束的偏转方向，重复本专利技术步骤，经实验表明，通过相位补偿后，横向、纵向偏转角基本呈线性变化，也就是说合成光束能够在横向、纵向上进行连续偏转，即实现了连续二维偏转。本专利技术的有益效果是，在获得高功率高亮度近衍射极限合成光束的同时，提高了合成光束的偏转精度，实现了合成光束在二维空间上的非机械式连续偏转。附图说明图1为实施例的流程图。图2中(a)为本专利技术中构造的液晶光相控阵阵列模型，(b)为组成该阵列的单个二维液晶光相控阵模型。图3为单个二维液晶光相控阵的曲线。图4中(a)为合成光束偏转到方向(0.5°,0.3°)时液晶光相控阵阵列中各子阵需对其入射激光束施加的二维线性相位面，(b)为该二维相位面中某一行相位分布，(c)为该二维相位面中某一列相位分布。图5为在给定偏转方向下阵列中各子阵需对其入射光束施加的相位补偿量。图6为综合二维线性相位面和相位补偿量后3×3阵列中各子阵需生成的二维相位面。图7为根据曲线和各个子阵的二维相位面查找到的各子阵的二维电压代码分布。图8中(a)为第(0,0)个子阵的电压代码，(b)为该子阵中某一行相控单元的电压代码，(c)为该子阵中某一列相控单元的电压代码。图9中(a)为单束出射激光的远场光斑，(b)为该光斑过中心的横向切面的光强分布，(c)为该光斑过中心的纵向切面的光强分布。图10中(a)为合成光束的远场光斑，(b)为该光斑过中心的横向切面的光强分布，(c)为该光斑过中心的纵向切面的光强分布。图11为固定合成光束的纵向偏转角，只改变其横向偏转角时，合成光束的实际偏转结果；其中(a)为有相位补偿时合成光束的最终偏转结果，(b)为无相位补偿时合成光束的最终偏转结果，(c)为两种情形下合成光束实际横向偏转角的对比图。图12为固定合成光束的横向偏转角，只改变其纵向偏转角时，合成光束的实际偏转结果；其中(a)为有相位补偿时合成光束的实际偏转结果，(b)为无相位补偿时合成光束的实际偏转结果，(c)为两种情形下合成光束实际纵向偏转角的对比图。具体实施方式基于本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于光相控阵阵列实现相干合成光束连续二维偏转的方法，其特征在于，包括以下步骤：相控阵阵列构建步骤：液晶光相控阵阵列由Q×P个二维液晶光相控阵组成，其中纵向上每一列包含Q个子阵，横向上每一行包含P个子阵，且纵向上相邻子阵之间中心到中心的距离为Dη，横向上相邻子阵之间中心到中心的距离为Dξ；各子阵的编号依次为(q,p)，其中q＝0,…,Q‑1，p＝0,…,P‑1；单个子阵包含M×N个相控单元，其中纵向上每列包含M个相控单元，横向上每行包含N个相控单元，且纵向上相邻相控单元中心到中心的距离为dη，横向上相邻相控单元中心到中心的距离为dξ；单个子阵中各相控单元的编号依次为(m,n)，其中m＝0,…,M‑1，n＝0,…,N‑1；激光束参数配置步骤：相干合成系统中参与合成的激光束的数量为Q×P路，激光束与液晶光相控阵阵列中的子阵一一对应且垂直入射；各路光束均为基模高斯光束，波长为λ，束腰半径为ω0，束腰所在位置与其所对应的液晶光相控阵的距离为z0；偏转方向设置步骤：设置合成光束的偏转方向为液晶光相控阵阵列视场范围内任意一个二维偏转方向；初始偏转步骤：将出射光束偏转到方向各相控单元的相位调制量为其中m＝0,…,M‑1，n＝0,…,N‑1，△φξ、△φη分别为各个子阵中横、纵向上相邻相控单元之间的相位差，相位补偿量生成步骤：根据各个子阵的位置给其入射光施加一个相位补偿量q＝0,…,Q‑1,p＝0,…,P‑1，其中，△ψξ与△ψη为液晶光相控阵阵列中横、纵向上相邻子阵之间的相位差，和精确偏转步骤：第(q,p)个子阵中各相控单元的相位调制量为其中m＝0,…,M‑1，n＝0,…,N‑1，q＝0,…,Q‑1，p＝0,…,P‑1；电压代码生成步骤：通过查找二维液晶光相控阵的曲线得到与相位调制量对应的电压代码vqp(m,n)；相位调制步骤：通过控制器将生成的电压代码vqp(m,n)加载到液晶光相控阵阵列中相应的子阵中对应的相控单元上，调制各入射激光束的相位。...
【技术特征摘要】
1.基于光相控阵阵列实现相干合成光束连续二维偏转的方法，其特征在于，包括以下步骤：
相控阵阵列构建步骤：液晶光相控阵阵列由Q×P个二维液晶光相控阵组成，其中纵向上每一列包含Q个子阵，横向上每一行包含P个子阵，且纵向上相邻子阵之间中心到中心的距离为Dη，横向上相邻子阵之间中心到中心的距离为Dξ；各子阵的编号依次为(q,p)，其中q＝0,…,Q-1，p＝0,…,P-1；单个子阵包含M×N个相控单元，其中纵向上每列包含M个相控单元，横向上每行包含N个相控单元，且纵向上相邻相控单元中心到中心的距离为dη，横向上相邻相控单元中心到中心的距离为dξ；单个子阵中各相控单元的编号依次为(m,n)，其中m＝0,…,M-1，n＝0,…,N-1；
激光束参数配置步骤：相干合成系统中参与合成的激光束的数量为Q×P路，激光束与液晶光相控阵阵列中的子阵一一对应且垂直入射；各路光束均为基模高斯光束，波长为λ，束腰半径为ω0，束腰所在位置与其所对应的液晶光相控阵的距离为...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔令讲，陈建，肖锋，杨镇铭，汪相如，吴亮，姜海超，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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