[實(shí)用新型]基于摻鑭鋯鈦酸鉛的光學(xué)相控陣光束掃描器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720070558.2
• 申請(qǐng)日: 2007-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN201044025Y
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉青;董作人;瞿榮輝;方祖捷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02F1/03
• 分類號(hào): G02F1/03
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及光束掃描，是一種基于摻鑭鋯鈦酸鉛的光學(xué)相控陣光束掃描器，主要應(yīng)用于空間中的光束快速掃描。

背景技術(shù)

在激光光電子的許多應(yīng)用中，需要光束在空間掃描。傳統(tǒng)的方法是采用一個(gè)轉(zhuǎn)鏡或振鏡。這種采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方法所獲得的掃描速度和精度比較低。為了提高掃描速度，減小器件的體積重量，適應(yīng)空間應(yīng)用的需要，人們距在對(duì)光學(xué)相控陣技術(shù)進(jìn)行深入的研究。光學(xué)相控陣是一種使光束波面的光相位產(chǎn)生周期性的調(diào)制的光學(xué)。其基本原理如圖1所示。當(dāng)相位調(diào)制器列陣1的各個(gè)單元獲得一個(gè)在空間上線性分布的隨時(shí)間變化的相位時(shí)，將使光束波面在空間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生光束掃描的效果。在這一技術(shù)中，沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因此可以獲得很高的掃描速度。光學(xué)相控陣技術(shù)的關(guān)鍵是一個(gè)相位調(diào)制器列陣。人們已經(jīng)利用不同的材料和技術(shù)，演示了光學(xué)相控陣的性能。

在先技術(shù)之一(P.F.Mcmanamon，et.al.Proceedings?of?the?IEEE，1996，Vol.84，No.2，pp268-298)采用液晶制作相位調(diào)制器列陣。它具有驅(qū)動(dòng)電壓低、列陣周期小(光束掃描角度大)等優(yōu)點(diǎn)，但是調(diào)制速度低、熱穩(wěn)定性差、工作波長(zhǎng)范圍受限制。在先技術(shù)之二(E.Shekel，et.al.，LEOS?2002，paper?WA2)采用AlGaAs半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料作波導(dǎo)型相位調(diào)制器列陣，該結(jié)構(gòu)具有調(diào)制速度高，列陣周期小等優(yōu)點(diǎn)，但是光束耦合效率低，列陣尺寸規(guī)模小，光功率受限制，工作波長(zhǎng)范圍小。在先技術(shù)之三(R.A.Meyer，APPLIED?OPTICS，1972，Vol.11，No.3，pp613-616)采用電光晶體做相位調(diào)制器，它具有調(diào)制速度快等優(yōu)點(diǎn)，但存在工作電壓高、材料成本高等缺點(diǎn)。針對(duì)晶體材料價(jià)格高，體積小的問題。人們已經(jīng)和正在開發(fā)具有電光效應(yīng)的透明陶瓷材料。其中摻鑭鋯鈦酸鉛(摻鑭鋯鈦酸鉛)是一種倍受重視的材料。在先技術(shù)之四(J.A.Thomas?et.al.OPTICS?LETTERS，1995，Vol.20，No.13，pp1510-1512)利用摻鑭鋯鈦酸鉛材料的橫向電光效應(yīng)制作相位調(diào)制器列陣1，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于利用橫向電光效應(yīng)，在光路上具有相位調(diào)制作用的距離很短，因此要求的工作電壓很高。同時(shí)，由于采用了叉指電極的結(jié)構(gòu)，列陣的每一個(gè)單元的尺寸比較大，因此光束偏轉(zhuǎn)的角度比較小。在先技術(shù)之五(Q.W.Song?et.al.，APPLIED?OPTICS，1996，Vol.35，No.17，pp?3155-3162)采用摻鑭鋯鈦酸鉛材料的縱向電光效應(yīng)制作相位調(diào)制器列陣1，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。該結(jié)構(gòu)用透明電極施加電壓，在光路上的材料都具有電光效應(yīng)。但是，在該結(jié)構(gòu)中，電極的尺寸與光路的長(zhǎng)短也存在矛盾，即增大光路長(zhǎng)度時(shí)，必須增大電極線度，否則列陣單元之間的串?dāng)_會(huì)產(chǎn)生不利影響。因此列陣單元的尺寸不能降下來，以致光束偏轉(zhuǎn)的角度也比較小。在先技術(shù)之六(董作人，方祖捷，瞿榮輝，劉峰，葉青，秦世博，電光波導(dǎo)光學(xué)相位調(diào)制器陣列，實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL200520041530.7)，提出的方案利用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式來設(shè)計(jì)電光波導(dǎo)光學(xué)相位調(diào)制器，以降低系統(tǒng)中的掃描電壓。但是，和采用摻鑭鋯鈦酸鉛的先技術(shù)四、五一樣，都需要針對(duì)不同的陣列調(diào)相單元引入不同驅(qū)動(dòng)電壓來形成不同線性相位面的組合，從而實(shí)現(xiàn)光束的掃描，這大大增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述在先技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提出一種基于摻鑭鋯鈦酸鉛的光學(xué)相控陣光束掃描器，以簡(jiǎn)化光束掃描器的電壓驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)光束掃描器的實(shí)用性。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：

一種基于摻鑭鋯鈦酸鉛的光學(xué)相控陣光束掃描器，包括一片狀摻鑭鋯鈦酸鉛，其特征是在該摻鑭鋯鈦酸鉛的下表面設(shè)導(dǎo)電的下電極，該下電極直接與電壓驅(qū)動(dòng)器的負(fù)極相連；在該摻鑭鋯鈦酸鉛的上表面形成多條條形電極組成的調(diào)相陣列電極，該調(diào)相陣列電極中各相鄰的條形電極具有相同的寬度和間隔，而所述的條形電極的長(zhǎng)度依次等差遞減或等差遞增；這些條形電極通過引線相互連接后與所述的電壓驅(qū)動(dòng)器的正極相連，所述的電壓驅(qū)動(dòng)器與電腦相連。

所述的調(diào)相陣列電極為梯形陣列電極、或多個(gè)梯形陣列電極的級(jí)聯(lián)。

根據(jù)上述的器件結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型調(diào)相陣列電極的條形電極間不再需要逐一的施加不同的電壓來形成出射光束的線性相位面。它可以對(duì)不同的條形電極施加相同的單一電壓，然后通過控制電極長(zhǎng)度的線性變化來形成線性變化的光程，從而獲得出射光束線性變化的相位面。