[發(fā)明專利]基于純相位液晶光學(xué)相控陣的任意波前復(fù)振幅無散斑實(shí)時精確變換方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110216712.3
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102323678A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王東;張建;吳麗瑩;甘雨;劉翔
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G02B27/48
• 分類號: G02B27/48;G02F1/133
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，具體屬于液晶光學(xué)和衍射光學(xué)交叉技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

一種基于純相位液晶光學(xué)相控陣任意波前無散斑實(shí)時精確產(chǎn)生且波前振幅與相位分別編程控制的方法，在無掩模激光直寫、光束波前整形、三維顯示、激光雷達(dá)、激光光束波前敏捷控制等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。目前現(xiàn)有波前產(chǎn)生或整形方法有：(1)相襯法，該方法采用純相位液晶光學(xué)相控陣對光波前進(jìn)行一次調(diào)整，為后面的相襯濾波器引入相移量。根據(jù)需要的波前，依據(jù)澤尼克相襯原理近似地設(shè)計出需要引入的相移量以及設(shè)計出相應(yīng)參數(shù)的相襯濾波器。該方法只能近似地形成預(yù)期的波前，且每次需要設(shè)計出合適參數(shù)的相襯濾波器，無法做到實(shí)時精確波前產(chǎn)生。(2)直接利用液晶光學(xué)相控陣對進(jìn)行波前一次調(diào)整方法：該方法只能一次調(diào)整波前的振幅或相位。無法準(zhǔn)確產(chǎn)生振幅與相位都是預(yù)期的光波前，且產(chǎn)生的光波前散斑嚴(yán)重。(3)利用兩個振幅型液晶光學(xué)相控陣和振幅液晶光學(xué)相控陣聯(lián)合的方法，一個用于振幅調(diào)整，一個用于相位調(diào)整，能夠產(chǎn)生較好的波前，但是振幅型衍射元件的衍射效率較低。(4)利用兩個鐵電液晶光學(xué)相控陣聯(lián)合的方法，每個相控陣都對波前的振幅相位同時調(diào)整，生成的波前是二者的共同作用。該方法的缺點(diǎn)是無法對波前的振幅和相位分別獨(dú)立編程控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了達(dá)到對波前的振幅和相位分別獨(dú)立控制，而提出了一種基于純相位液晶光學(xué)相控陣的任意波前復(fù)振幅無散斑實(shí)時精確變換方法及裝置。

基于純相位液晶光學(xué)相控陣的任意波前復(fù)振幅無散斑實(shí)時精確變換裝置包括第一純相位液晶光學(xué)相控陣、第一透鏡、第二純相位液晶光學(xué)相控陣和第二透鏡；第一純相位液晶光學(xué)相控陣位于第一透鏡的前焦平面上，第二純相位液晶光學(xué)相控陣位于第一透鏡的后焦平面上，所述第一透鏡的后焦平面和第二透鏡的前焦平面相重合，目標(biāo)平面位于第二透鏡的后焦平面上。

基于純相位液晶光學(xué)相控陣的任意波前復(fù)振幅無散斑實(shí)時精確變換方法的步驟如下：

第一步：向第一純相位液晶光學(xué)相控陣的入射面投射入射光波，入射光波為均勻的平面光波U(x，y)＝Aexp(icons)；

第二步：通過調(diào)整第一純相位液晶光學(xué)相控陣，使得入射光波經(jīng)該第一純相位液晶光學(xué)相控陣和第一透鏡之后，在第二純相位液晶光學(xué)相控陣的入射面處形成的波前復(fù)振幅U′(u，v)：

其中，表示第一純相位液晶光學(xué)相控陣上加載的相位；為在第二純相位液晶光學(xué)相控陣入射面處形成的波前復(fù)振幅U′(u，v)的隨機(jī)相位；A表示常量；λ表示波長；f表示透鏡的焦距；i表示復(fù)數(shù)中的虛數(shù)單位；x，y表示第一純相位液晶光學(xué)相控陣位置處橫縱坐標(biāo)；u，v表示第二純相位液晶光學(xué)相控陣位置處橫縱坐標(biāo)；；|U(u，v)|表示在第二純相位液晶光學(xué)相控陣入射面形成的波前復(fù)振幅U′(u，v)的振幅，也是也是第二純相位液晶光學(xué)相控陣出射面處預(yù)期波前復(fù)振幅的振幅；

第三步：利用第二純相位液晶光學(xué)相控陣去補(bǔ)償經(jīng)過第一純相位液晶光學(xué)相控陣和第一透鏡后在在第二純相位液晶光學(xué)相控陣的入射面處形成的波前復(fù)振幅U′(u，v)的隨機(jī)相位使之達(dá)到在第二純相位液晶光學(xué)相控陣的出射面處預(yù)期波前復(fù)振幅U(u，v)：

其中，表示第二純相位液晶光學(xué)相控陣上加載的補(bǔ)償相位，表示第二純相位液晶光學(xué)相控陣出射面處預(yù)期波前復(fù)振幅的相位；

第四步：通過第二透鏡在目標(biāo)平面處獲得期望的目標(biāo)波前復(fù)振幅V(η，ξ)為：