基于光相控陣陣列實(shí)現(xiàn)相干合成光束連續(xù)二維偏轉(zhuǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光相控陣激光相干合成技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及合成光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于受到滲雜光纖的非線性效應(yīng)、熱損傷、光學(xué)損傷等因素的影響，單根光纖激光 器的輸出功率有限，而且再單純提高單臺(tái)激光器的輸出功率會(huì)導(dǎo)致激光器體積龐大，高耗 能等問題，對材料的要求也會(huì)更加苛刻。為了獲得高功率高亮度激光輸出，可W基于光相控 陣系統(tǒng)將多臺(tái)激光器的輸出進(jìn)行相干合成。相比于非相干合成，相干合成技術(shù)可W獲得更 高的峰值光強(qiáng)，并且可W使合成光束達(dá)到近衍射極限的光束質(zhì)量。另一方面，光纖具有很強(qiáng) 的靈活性，便于組裝形成體積較小的光纖陣列，給基于光相控陣系統(tǒng)的激光相干合成帶來 極大的便利。
[0003] 二維液晶光相控陣具有相位調(diào)制精度高、損傷閥值高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能 優(yōu)良的光相控陣，適合用于相干合成系統(tǒng)中控制各入射激光的相位。為實(shí)現(xiàn)更多路激光束 的相干合成并靈活控制各個(gè)激光束的相位，可W將多個(gè)二維液晶光相控陣按一定規(guī)則排列 組成一個(gè)大的液晶光相控陣陣列，其中每個(gè)二維液晶光相控陣可W看作液晶光相控陣陣列 的一個(gè)子陣，各子陣可W獨(dú)立進(jìn)行控制。
[0004] 激光雷達(dá)、激光武器等領(lǐng)域迫切需要一種高精度高效率的波束連續(xù)偏轉(zhuǎn)技術(shù)，W 提高系統(tǒng)的靈活性和工作性能。目前的波束偏轉(zhuǎn)技術(shù)主要分為兩類，機(jī)械式波束偏轉(zhuǎn)和非 機(jī)械式波束偏轉(zhuǎn)。機(jī)械式波束偏轉(zhuǎn)主要是通過萬向架等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)響 應(yīng)速度較慢，波束指向精度較低。非機(jī)械式波束偏轉(zhuǎn)則是通過光相控陣電控方式來實(shí)現(xiàn)的， 與機(jī)械式波束偏轉(zhuǎn)相比，具有更快的響應(yīng)速度，更高的偏轉(zhuǎn)精度，并且可W降低系統(tǒng)功耗， 減小系統(tǒng)體積，減輕系統(tǒng)重量。因此，合成光束的非機(jī)械式連續(xù)偏轉(zhuǎn)對于將光束相干合成技 術(shù)應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光武器等領(lǐng)域非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于二維液晶光相控陣陣列實(shí)現(xiàn)相干合 成光束二維非機(jī)械式連續(xù)偏轉(zhuǎn)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，基于光相控陣陣列實(shí)現(xiàn)相干合 成光束連續(xù)二維偏轉(zhuǎn)的方法，包括W下步驟：
[0007] 相控陣陣列構(gòu)建步驟；液晶光相控陣陣列由QXP個(gè)二維液晶光相控陣組成，其 中縱向上每一列包含Q個(gè)子陣，橫向上每一行包含P個(gè)子陣，且縱向上相鄰子陣之間中屯、 到中屯、的距離為D。，橫向上相鄰子陣之間中屯、到中屯、的距離為D,;各子陣的編號依次為 (q，P)，其中q= 0,…，Q-1，P= 0,…，P-1 ;單個(gè)子陣包含MXN個(gè)相控單元，其中縱向上每 列包含M個(gè)相控單元，橫向上每行包含N個(gè)相控單元，且縱向上相鄰相控單元中屯、到中屯、的 距離為d。，橫向上相鄰相控單元中屯、到中屯、的距離為d,;單個(gè)子陣中各相控單元的編號依 次為（m,n)，其中m= 0,…，M-1，n= 0,…，N-1 ;
[0008] 激光束參數(shù)配置步驟：相干合成系統(tǒng)中參與合成的激光束的數(shù)量為QXP路，激光 束與液晶光相控陣陣列中的子陣一一對應(yīng)且垂直入射；各路光束均為基模高斯光束，波長 為入；
[0009] 偏轉(zhuǎn)方向設(shè)置步驟；設(shè)置合成光束的偏轉(zhuǎn)方向P.、，瓦.)，(瓦，瓦為液晶光相控陣 陣列視場范圍內(nèi)任意一個(gè)二維偏轉(zhuǎn)方向；
[0010] 初始偏轉(zhuǎn)步驟：將出射光束偏轉(zhuǎn)到方向(瓦點(diǎn))，各相控單元的相 位調(diào)審ij量為 巧+ "A鳴，其中m= 0,…，M-1，n= 0,…，N-1，A4 ^A4。分別為各個(gè)子陣中橫、縱向上相鄰相控單元之間的相位差， A奔=-2兄si11(6') /，AA= -2兄4,sin(6*^
[0011] 相位補(bǔ)償量生成步驟：根據(jù)各個(gè)子陣的位置給其入射光施加一個(gè)相位補(bǔ)償 量巧…,（(M)) =gA的,+ 片么!//與，q= 0,…，Q-1，P= 0,…，P-1，其中，A1])己與A1])n 為液晶光相控陣陣列中橫、縱向上相鄰子陣之間的相位差，A<//，-= 2死asi口(瓦乂和
[0012] 精確偏轉(zhuǎn)步驟：第（q，P)個(gè)子陣中各相控單元的相位調(diào)制量為 巧=料巧(g，/J)，其中m= 0,…，M-1，n= 0,…，N-1，q= 0,…，Q-1，P= 0,…，P-1 ;
[0013] 電壓代碼生成步驟；通過查找二維液晶光相控陣的曲線得到相位調(diào)制量 界?>如，《)對應(yīng)的電壓代碼V。。(m，n);
[0014] 相位調(diào)制步驟：通過控制器將生成的電壓代碼Vw(m，n)加載到液晶光相控陣陣列 中相應(yīng)的子陣中對應(yīng)的相控單元上，調(diào)制各入射激光束的相位。
[0015] 本發(fā)明提供了一種基于二維液晶光相控陣陣列實(shí)現(xiàn)相干合成光束連續(xù)二維偏轉(zhuǎn) 的方法，首先根據(jù)合成光束的偏轉(zhuǎn)方向，設(shè)計(jì)需要給各入射光束施加的二維線性相位面；然 后確定各子陣的相位補(bǔ)償量，W校正因各出射光束在遠(yuǎn)場相互干設(shè)而產(chǎn)生的合成光斑的偏 轉(zhuǎn)誤差；最后綜合二維線性相位面和相位補(bǔ)償量生成各個(gè)子陣最終的相位調(diào)制面，調(diào)制各 入射激光的相位，使合成光束精確偏轉(zhuǎn)到設(shè)定方向。在液晶光相控陣陣列的視場范圍內(nèi)改 變合成光束的偏轉(zhuǎn)方向，重復(fù)本發(fā)明步驟，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，通過相位補(bǔ)償后，橫向、縱向偏轉(zhuǎn)角 基本呈線性變化，也就是說合成光束能夠在橫向、縱向上進(jìn)行連續(xù)偏轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)了連續(xù)二維 偏轉(zhuǎn)。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是，在獲得高功率高亮度近衍射極限合成光束的同時(shí)，提高了 合成光束的偏轉(zhuǎn)精度，實(shí)現(xiàn)了合成光束在二維空間上的非機(jī)械式連續(xù)偏轉(zhuǎn)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為實(shí)施例的流程圖。
[001引圖2中（a)為本發(fā)明中構(gòu)造的液晶光相控陣陣列模型，化）為組成該陣列的單個(gè) 二維液晶光相控陣模型。
[0019] 圖3為單個(gè)二維液晶光相控陣的曲線。
[0020] 圖4中（a)為合成光束偏轉(zhuǎn)到方向（0. 5°，0. 3° )時(shí)液晶光相控陣陣列中各子 陣需對其入射激光束施加的二維線性相位面，化）為該二維相位面中某一行相位分布，（C) 為該二維相位面中某一列相位分布。
[0021]圖5為在給定偏轉(zhuǎn)方向下陣列