[發(fā)明專(zhuān)利]基于液晶光學(xué)相控陣的光束偏轉(zhuǎn)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811235108.3
• 申請(qǐng)日: 2018-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109164662B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王春陽(yáng);牛啟鳳;史紅偉;李蘭婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02F1/29
• 分類(lèi)號(hào): G02F1/29
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

基于液晶光學(xué)相控陣的光束偏轉(zhuǎn)控制方法，涉及液晶光學(xué)相控陣領(lǐng)域，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的光束指向精度和系統(tǒng)跟蹤帶寬低的問(wèn)題，激光器出射一束線偏振光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)后產(chǎn)生線偏振光，線偏振光經(jīng)過(guò)縮束擴(kuò)角系統(tǒng)后在待測(cè)物體上發(fā)生漫反射；接收系統(tǒng)接收所述待測(cè)物體漫反射的光信號(hào)并進(jìn)行光匯聚到CCD探測(cè)器的感光面上，計(jì)算激光光斑位置與CCD探測(cè)器中心的差值；采用斜射式三角測(cè)量法獲得實(shí)際光束偏轉(zhuǎn)角；將實(shí)際光束偏轉(zhuǎn)角與設(shè)定的光束偏轉(zhuǎn)角的誤差傳送到分?jǐn)?shù)階PID控制器，通過(guò)分?jǐn)?shù)階PID控制器控制液晶光學(xué)相控陣驅(qū)動(dòng)電路給液晶光學(xué)相控陣輸入適當(dāng)?shù)碾妷海挂壕Ч鈱W(xué)相控陣產(chǎn)生相應(yīng)的相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)出射光束的精確偏轉(zhuǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液晶光學(xué)相控陣領(lǐng)域，具體涉及一種基于液晶光學(xué)相控陣的光束偏轉(zhuǎn)控制方法。

背景技術(shù)

液晶光學(xué)相控陣技術(shù)是一種無(wú)慣性、快速的電控光束掃描控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)液晶光學(xué)相控陣各陣元施加不同的電壓，使每個(gè)陣元產(chǎn)生不同的相位延遲，進(jìn)而改變?nèi)肷涔獠ǖ牟ㄇ跋辔?，?jīng)過(guò)波束合成后改變?nèi)肷涔獠ǖ膫鞑シ较?，?shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)。與傳統(tǒng)機(jī)械光束控制技術(shù)相比，液晶光學(xué)相控陣具有體積小、重量輕、速度快、功耗低、無(wú)機(jī)械慣量等優(yōu)點(diǎn)，在激光雷達(dá)、激光通信、光信息處理、自適應(yīng)光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但由于液晶光學(xué)相控陣制造工藝難度大，導(dǎo)致液晶盒厚度不均勻，液晶電極寬度與理想值存在偏差；且電極受溫度影響，產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象，電極寬度隨之變化，致使實(shí)際光束偏轉(zhuǎn)角與設(shè)定光束偏轉(zhuǎn)角存在誤差。為了使光束偏轉(zhuǎn)更加精確，采用CCD等反饋元件構(gòu)成光束偏轉(zhuǎn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，可提高光束偏轉(zhuǎn)精度。

目前，在基于液晶光學(xué)相控陣的光束偏轉(zhuǎn)閉環(huán)系統(tǒng)中，采用經(jīng)典PI閉環(huán)控制算法的系統(tǒng)穩(wěn)定性雖好，但系統(tǒng)跟蹤帶寬很低、光束指向精度還有進(jìn)一步提高的空間。本發(fā)明則是一種提高光束指向精度和系統(tǒng)跟蹤帶寬的光束偏轉(zhuǎn)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的光束指向精度和系統(tǒng)跟蹤帶寬低的問(wèn)題，提供一種基于液晶光學(xué)相控陣的光束偏轉(zhuǎn)控制方法，且基于該光束偏轉(zhuǎn)控制方法搭建的系統(tǒng)光路，在減小系統(tǒng)體積的同時(shí)，有效降低了光損失的問(wèn)題。

基于液晶光學(xué)相控陣的光束偏轉(zhuǎn)控制方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、激光器出射一束線偏振光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)后產(chǎn)生與液晶光學(xué)相控陣光軸方向相同的線偏振光，所述線偏振光經(jīng)過(guò)縮束擴(kuò)角系統(tǒng)后在待測(cè)物體上發(fā)生漫反射；

步驟二、采用接收系統(tǒng)接收所述待測(cè)物體漫反射的光信號(hào)并進(jìn)行光匯聚，采用折反式系統(tǒng)將回波激光反射至濾光片，經(jīng)濾光片濾除背景雜光后由雙膠合透鏡將回波激光匯聚到CCD探測(cè)器的感光面上，計(jì)算激光光斑位置與CCD探測(cè)器中心的差值；

步驟三、采用斜射式三角測(cè)量法獲得實(shí)際光束偏轉(zhuǎn)角；

步驟四、將步驟三獲得的實(shí)際光束偏轉(zhuǎn)角與設(shè)定的光束偏轉(zhuǎn)角的誤差傳送到分?jǐn)?shù)階PID控制器，通過(guò)分?jǐn)?shù)階PID控制器控制液晶光學(xué)相控陣驅(qū)動(dòng)電路給液晶光學(xué)相控陣輸入適當(dāng)?shù)碾妷?，使液晶光學(xué)相控陣產(chǎn)生相應(yīng)的相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)出射光束的精確偏轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的有益效果

一、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的光束閉環(huán)控制系統(tǒng)以液晶相控陣為被控對(duì)象，采用分?jǐn)?shù)階PID控制器，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)目刂破鲄?shù)，可以更好的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高光束指向精度，同時(shí)提高系統(tǒng)的跟蹤帶寬和響應(yīng)速度。

二、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的擴(kuò)束準(zhǔn)直光路，由正光焦度的物鏡和負(fù)光焦度的目鏡組成，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)軸向尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊，且負(fù)目鏡能夠?qū)φ镧R進(jìn)行像差補(bǔ)償，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了反射面的光能量損失。

三、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的縮束擴(kuò)角系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)出射光束偏轉(zhuǎn)角度放大3倍，增大了角度偏轉(zhuǎn)范圍。相較于傳統(tǒng)的角度偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，偏轉(zhuǎn)角度一定時(shí)，提高了其衍射效率。