[發(fā)明專利]一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210395969.4
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102866394A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆愛民;石旺舟;胡志娟;朱瑞興
• 申請（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號: G01S7/491
• 分類號: G01S7/491
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光掃描旁瓣抑制技術(shù)，更具體地說，是涉及一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)因?yàn)楹芨叩念l域、空域和時域分辨率，在目標(biāo)探測、跟蹤、瞄準(zhǔn)和成像識別等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著對目標(biāo)探測要求的日益增加和復(fù)雜，對激光雷達(dá)的功能和性能也提出了更高的要求。尤其是在其波束指向精度與波束指向的控制能力上，傳統(tǒng)的機(jī)械伺服系統(tǒng)已難以滿足高性能激光雷達(dá)需求。光學(xué)相控陣掃描技術(shù)使得激光雷達(dá)具有高性能的波束控制和優(yōu)良的操作靈活性，成為近年來國際上的研究熱點(diǎn)。

光學(xué)相控陣直接源于微波相控陣,它采用電子可編程方式控制光學(xué)孔徑上的相位分布來控制光束的方向和形狀，使光束波前在設(shè)定的方向上彼此同相，從而獲得互相加強(qiáng)的干涉，能夠?yàn)榧す饫走_(dá)提供可編程隨機(jī)無慣性電子波束掃描。在P.F.Mcmanamon,et.al.,Opt?i?c?al?Pha?s?e?dArray?Technology.Proc.IEEE,84:268~298,1996.的期刊中，由美國雷聲公司研制出尺寸4.3cm×4.1cm、相控單元數(shù)43000的光學(xué)相控陣器件，光束偏轉(zhuǎn)范圍為±5°。而在P.F.McManamon,P.J.Bo?s,e?t.al.,A?r?ev?i?ew?of?phas?e?d?array?s?t?e?er?i?ng?for?narrow-b?ande?l?e?ct?roopt?i?c?al?s?y?s?t?ems.Pro?c.I?EEE,97:1078~1096,2009.的期刊中，美國空軍實(shí)驗(yàn)室McManamon等人在2009年，闡述了電光調(diào)制相控陣掃描系統(tǒng)的原理、波控方法和多種大角度光學(xué)相控陣掃描的技術(shù)方案，其中基于多重體全息光柵的液晶相控陣，偏轉(zhuǎn)角度達(dá)±45°。但是，對于規(guī)則排列的光學(xué)相控陣存在著相控陣單元的尺寸不能大于半個波長的局限性，陣列光柵衍射效應(yīng)將引起的掃描光束遠(yuǎn)場旁瓣。旁瓣效應(yīng)既損耗入射光的能量，又導(dǎo)致系統(tǒng)探測的多值性，降低光束指向精度。另外在S.Yin,J.H.Kim,et.al.,Ultra-fast?speed,low?gratinglobe?opt?i?cal?beam?steering?us?ing?unequal?ly?spaced?phased?arrayt?e?chn?iq?ue.Opt.Commu.,270:41-46,2007.的期刊中，Yin等人提出非規(guī)則排列的光學(xué)相控陣調(diào)制器件的概念，用非等矩排列相控陣技術(shù)理論實(shí)現(xiàn)了快速、低光柵瓣的光束掃描。采用非周期或非規(guī)則結(jié)構(gòu)的相控陣列來壓縮遠(yuǎn)場旁瓣效應(yīng)，對微米量級非規(guī)則陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)相控陣器件的精密加工工藝提出了更高的要求，難度大。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，能夠在非機(jī)械激光掃描系統(tǒng)中產(chǎn)生高光束質(zhì)量和高分辨率的激光輸出。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，包括主振激光器以及相位補(bǔ)償板，所述主振激光器與相位補(bǔ)償板之間依次設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直器以及光學(xué)相控陣掃描器，所述光學(xué)相控陣掃描器還與控制器相連；

所述光學(xué)相控陣掃描器的輸出端面至相位補(bǔ)償板的距離滿足分?jǐn)?shù)泰伯效應(yīng)自成像條件；

所述相位補(bǔ)償板的相位于激光陣列光場費(fèi)涅爾衍射傳播到分?jǐn)?shù)泰伯距離處光場的相位相對應(yīng)。

所述的光學(xué)相控陣掃描器為電控相位調(diào)制陣列。

所述電控相位調(diào)制陣列的材料采用鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、鋯鈦酸鉛鑭陶瓷以及液晶中的一種。

所述主振激光器為半導(dǎo)體連續(xù)激光器、氣體連續(xù)激光器或固體連續(xù)激光器。

與背景技術(shù)相比，本發(fā)明的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置具有以下有益效果是：

1）采用規(guī)則排列周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)相控陣器件，相對于非規(guī)則周期陣列結(jié)構(gòu)的微米量級高精度加工，易于實(shí)現(xiàn)，加工精度高；

2）相位補(bǔ)償板為純相位光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)設(shè)計原理簡單，用現(xiàn)有二元光學(xué)技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高；

3）利用相位補(bǔ)償技術(shù)，在一般光學(xué)相控陣掃描的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)低旁瓣高光束質(zhì)量的激光掃描，提高靈活定向控制和發(fā)射角度瞬時可控的能力。

總之，本發(fā)明的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置在相控陣激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)中用于產(chǎn)生高光束質(zhì)量的非機(jī)械掃描光束輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，高分辨率非機(jī)械激光快速掃描等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于激光掃描雷達(dá)和激光通信等領(lǐng)域，對于發(fā)展緊湊型、輕量化和高質(zhì)量的激光掃描系統(tǒng)具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置的原理示意圖；