[發明專利]一種新型二維光束偏轉方法及裝置

有效

• 申請號: 201110161472.1
• 申請日: 2011-06-16
• 公開（公告）號: CN102289128A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 司磊;鄒永超;馬浩統;陶汝茂;蔣鵬志;周樸;許曉軍;陳金寶;劉澤金
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

技術領域

本發明涉及一種新型純電控二維光束偏轉方法及裝置，適用于二維空間內光束準連續偏轉控制，尤其適用于在小角度范圍內光束的高精度偏轉控制，可廣泛應用于激光雷達、激光通信、光存儲等領域。

背景技術

傳統的光束偏轉技術都是基于機械裝置(如萬向節等)通過改變光軸方向來實現光束偏轉，其結構復雜、精度低、能耗高，連續偏轉時需要克服慣性的影響，性能受到很大程度的制約。1996年，Paul?F.McManamon提出了一種全新的光束偏轉控制方法——光學相控陣，理論上可以很好的解決傳統光束偏轉技術所面臨的問題。該方法通過相位調制器件在光束波前施加一個傾斜相差來實現光束偏轉。為減小相位調制器件需要實現的最大相位差，利用光波的正弦特性，即相位加減2π的整數倍不會改變光場的遠場分布，將斜線型傾斜相差通過2π相位回卷法等效為一個鋸齒形閃耀光柵。根據此原理，光束偏轉角由光柵方程sin(θ₀)＝λ₀/Λ決定，其中θ₀為光束偏轉角，λ₀為工作波長，Λ為光柵周期。該方法核心器件即為目前通用的相位型液晶空間光調制器，通過控制液晶空間光調制器離散電極上的電壓分布來實現對入射光束的相位調制，通過構造不同周期的閃耀光柵實現不同的偏轉角。光柵方程可以改寫為sin(θ₀)＝λ₀/(Nd)，其中N為一個光柵周期內的離散電極數，d為離散電極有效尺寸。對于一個給定的液晶空間調制器，電極有效尺寸d為一個常數，因此，光束偏轉角直接決定于單個周期內的離散電極數N。利用此原理，常規方法通過改變單個周期內的電極數來實現不同的偏轉角，每一個可以取到的周期值對應一個特定的光束偏轉角。但是，由于電極數N只能取離散的整數，因此，上述方法只能獲得一系列離散且分布不均勻的光束偏轉角，在視場內存在很多掃描盲點，偏轉角度越大，可實現的偏轉角度間隔越大。自該技術被提出至今，國內外學者開展了廣泛的研究，主要集中在光束偏轉效率、光束偏轉精度、液晶材料響應時間等幾個方面，均取得了較大進展，但是液晶空間光調制器實現的光束偏轉角離散且不均勻的問題仍然未得到有效解決，同時，絕大部分研究都是基于一維光束偏轉，尚沒有實用的、基于單片液晶空間光調制器的二維光束偏轉方法見于報道。

發明內容

為了解決現有技術光束偏轉角離散且不均勻的問題(如圖3所示)，本發明提供了一種基于單片液晶空間光調制器實現光束準連續偏轉控制的方法及裝置，并且，該方法及裝置可以實現二維范圍內的角度偏轉，填補了目前基于單片液晶空間光調制器在二維光束偏轉領域的空白。本發明利用單片液晶空間光調制器，利用一種新型驅動原理，能夠方便實現二維范圍內光束準連續偏轉控制，實現的光束偏轉操作方便，精度高，角度分布均勻且準連續(如圖5所示)。

本發明的技術解決方案是：

本發明提供了一種新型二維光束偏轉裝置，包括起偏器1，液晶空間光調制器2，透鏡3、圖像傳感器4，計算機5，其中起偏器1位于液晶空間光調制器2之前用于產生偏振平行于液晶分子長軸的入射光，透鏡3位于液晶空間光調制器2之后，用于獲得遠場光斑，圖像傳感器4位于透鏡3之后用于采集光斑信息，液晶空間光調制器2、圖像傳感器4分別與計算機5連接。計算機和圖像傳感器可以實時采集和實時分析偏轉后的光斑。

在本發明中圖像傳感器4及計算機5的主要作用是實時采集和分析偏轉后的光斑，在實際應用系統中，當不需要閉環回路控制時，可以不要圖像傳感器4，計算機5也可以使用集成度更高的芯片代替。

一種新型二維光束偏轉控制方法，該方法包括下列步驟：

①、入射光經起偏器1(偏振方向平行液晶分子長軸方向)后垂直入射到未加載電壓的液晶空間光調制器2，出射光經透鏡3到達位于焦平面的圖像傳感器4，記錄光斑位置。

②、基于圖像處理的方法，通過閾值法或濾波處理，采用質心法計算圖像傳感器上光斑的質心位置。