[發(fā)明專利]一種基于旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵的二維光束偏轉(zhuǎn)的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710450647.8
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107272774A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳豐;馬浩統(tǒng);亓波;任戈;謝宗良;董理;劉欣城;史建亮;崔占剛;張美麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G05D25/02
• 分類號: G05D25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光束控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵的二維光束偏轉(zhuǎn)的方法。

背景技術(shù)

光束偏轉(zhuǎn)控制技術(shù)是指對通過控制激光光束的波前對光束的傳輸方向等進(jìn)行精確控制的技術(shù)，在激光雷達(dá)、激光通信、光存儲等領(lǐng)域都發(fā)揮著不可或缺的作用。自上世紀(jì)以來，光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)不斷革新取得了很多突破性的進(jìn)展，經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機(jī)械裝置向新型機(jī)械器件、微機(jī)械器件以及無機(jī)械器件慣量的發(fā)展歷程。其中，機(jī)械式光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)依賴萬向節(jié)、轉(zhuǎn)向臺等機(jī)械設(shè)備通過改變光軸的方向來實(shí)現(xiàn)光束的偏轉(zhuǎn)，其典型技術(shù)有機(jī)械轉(zhuǎn)臺、電動掃描等；微機(jī)械式主要指依賴?yán)缥C(jī)電系統(tǒng)等通過較小的位移控制來實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，其典型技術(shù)有旋轉(zhuǎn)雙棱鏡、掃描微平面鏡、偏心透鏡和微透鏡陣列；非機(jī)械式光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)依靠衍射控制或者波前調(diào)制等方式實(shí)現(xiàn)光束的偏轉(zhuǎn)控制，其典型技術(shù)有聲光調(diào)制、液晶相控陣等；其中，機(jī)械轉(zhuǎn)臺存在體積笨重、機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量大、控制復(fù)雜等缺點(diǎn)，電動掃描同樣存在光學(xué)鏡片尺寸以及個(gè)數(shù)受限等問題，掃描微平面鏡器件的占空比及較大，且受面鏡尺寸及個(gè)數(shù)的限制，偏心透鏡和微透鏡陣列系統(tǒng)本身控制復(fù)雜，聲光調(diào)制和液晶調(diào)制普遍面臨工作譜寬窄、衍射效率低、掃描范圍小等問題。

其中，微機(jī)械式的旋轉(zhuǎn)雙棱鏡方法具有偏轉(zhuǎn)角度大，光波段范圍寬，透射率高等優(yōu)點(diǎn)，作為折射棱鏡光束指向裝置的典型代表，旋轉(zhuǎn)雙棱鏡為光束指向調(diào)整和掃描提供了一種簡單而充滿潛力的方式，光束指向裝置的回轉(zhuǎn)軸位于同一直線，無線繞力矩，無需滑環(huán)，避免了導(dǎo)線繞動問題，因而還具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動慣量小、光束轉(zhuǎn)向速度快、對載體振動不敏感、工作可靠性高等特點(diǎn)。但是，該方法偏轉(zhuǎn)角度范圍與棱鏡的楔角有關(guān)，偏轉(zhuǎn)角度越大需要棱鏡的楔角越大，需要棱鏡的體積和重量都大，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)指向困難且具有機(jī)械慣量構(gòu)，當(dāng)構(gòu)成陣列時(shí)，陣列光束的占空比不高等；

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提出了一種基于旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵的二維光束偏轉(zhuǎn)的方法，并給出了相應(yīng)的裝置，如圖1所示。該方法不僅可以實(shí)現(xiàn)高精度、低損耗的光束偏轉(zhuǎn)，而且裝置簡單，系統(tǒng)體積小、輕便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵的二維光束偏轉(zhuǎn)的方法，可實(shí)現(xiàn)高精度、低損耗的光束偏轉(zhuǎn)，而且系統(tǒng)體積小、輕便。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵的二維光束偏轉(zhuǎn)的方法，在雙閃耀光柵的控制二維光束偏轉(zhuǎn)的過程中，光源入射到閃耀光柵1上，再通過閃耀光柵2，兩閃耀光柵進(jìn)行繞軸獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)出射光束的二維偏轉(zhuǎn)。根據(jù)兩閃耀光柵的旋轉(zhuǎn)角度可得出出射光束的偏轉(zhuǎn)角和方位角。

①實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、位置傳感器、探測器以及控制器，兩雙閃耀光柵垂直于光束傳播方向平行放置，旋轉(zhuǎn)電機(jī)在閃耀光柵邊沿帶動光柵旋轉(zhuǎn)，控制器連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制光柵的旋轉(zhuǎn)方向和調(diào)整繞軸旋轉(zhuǎn)角度，位置傳感器位于旋轉(zhuǎn)電機(jī)和控制器之間可測量旋轉(zhuǎn)角度，探測器可探測到目標(biāo)所在位置的方向角和偏轉(zhuǎn)角，可反向通過控制器調(diào)整旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵使出射光束指向目標(biāo)。在雙閃耀光柵的控制二維光束偏轉(zhuǎn)的過程中，光源入射到第一閃耀光柵上，再通過第二閃耀光柵，兩閃耀光柵進(jìn)行繞軸獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)出射光束的二維偏轉(zhuǎn)，根據(jù)兩閃耀光柵的旋轉(zhuǎn)角度可得出出射光束的偏轉(zhuǎn)角和方位角；

②基于旋轉(zhuǎn)雙閃耀光柵控制二維光束偏轉(zhuǎn)的過程中，平行光束首先通過第一閃耀光柵后實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)光束再通過第二閃耀光柵后實(shí)現(xiàn)二次偏轉(zhuǎn)，通過兩閃耀光柵的繞軸獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)光束的二維偏轉(zhuǎn)，兩光柵的旋轉(zhuǎn)角度不同，出射光束的指向位置就不同。

③當(dāng)光線平行入射，兩光柵對光束的偏轉(zhuǎn)角分別為：系統(tǒng)總偏轉(zhuǎn)矢量Φ可看作δ₁和δ₂的矢量和。偏轉(zhuǎn)矢量Φ在δ_X和δ_Y軸上的投影分量分別為：

Φ_x＝δ₁cosθ₁+δ₂cosθ₂，

Φ_y＝δ₁sinθ₁+δ₂sinθ₂，

式中θ₁和θ₂分別為第一閃耀光柵、第二閃耀光柵的旋轉(zhuǎn)角，δ₁為光束經(jīng)過第一閃耀光柵的偏轉(zhuǎn)矢量，δ₂為光束經(jīng)過第二閃耀光柵的偏轉(zhuǎn)矢量。

則出射光束的偏轉(zhuǎn)角Φ和方位角Θ可通過下式計(jì)算：