[發明專利]一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統

有效

• 申請號: 202010722598.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111650745B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李新陽;楊旭;耿超;李楓
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;G02B3/00;G02B6/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統，其特征在于：掃描系統將自適應光纖準直器(2)作為預掃描器件，微透鏡陣列掃描單元中的微透鏡陣列一(5)固定在與集成結構(1)相連接的支撐結構(3)上，微透鏡陣列二(7)通過連接結構(6)與固定在集成結構(1)上的兩對雙壓電晶片驅動器(4)相連接，通過控制器(8)控制雙壓電晶片驅動器(4)的電壓，使兩組微透鏡陣列在垂直于光軸方向產生相對位移，從而改變出射光束的掃描方向，實現遠場離散尋址掃描，通過控制器(8)改變自適應光纖準直器(2)出射光的方向，實現兩級協同掃描最終實現大角度的連續尋址掃描；

連續尋址掃描的實現采用獨特的兩步法，對于自適應光纖準直器級聯開普勒結構微透鏡陣列組，系統出射光束的場分布為：

其中，L為微透鏡間距，d'為微透鏡陣列單元透鏡有效通光口徑，f_M為微透鏡陣列焦距，x_M為微透鏡陣列間的相對位移，D為系統有效通光口徑，f_A為自適應光纖準直器中透鏡的焦距，x_A為自適應光纖準直器光纖端面的位移量，λ為波長，rect(·)為矩形函數，comb(·)為梳狀函數；

首先調節微透鏡陣列間的相對位置，改變遠場衍射因子的位置，之后通過調節自適應光纖準直器出射光束方向，改變遠場干涉因子的位置，實現任意位置的尋址，其對應的一維遠場分布為其中，k_f為遠場歸一化坐標；

自適應光纖準直器選用通光口徑為10mm、焦距f_A為30mm的雙膠合準直透鏡，采用波長為632.8nm的單模光纖，光纖端面在準直透鏡焦平面的平移量為±200μm,由此可得光束最大傾斜量為±200μm/30mm＝±6.6mrad；

微透鏡陣列掃描單元采用場鏡優化開普勒結構，有效通光口徑同樣為10mm，單元透鏡間距L為400μm，焦距為1.2mm，兩組微透鏡陣列之間的最大相對位移為±200μm，由微透鏡陣列組所產生的最大光束傾斜量為±200μm/1.2mm＝±166mrad，自適應光纖準直器和微透鏡陣列組協同工作時，在自適應光纖準直器配合下，連續尋址掃描角度θ由微透鏡陣列組和自適應光纖準直器共同決定，為自適應光纖準直器的作用是通過對微透鏡陣列各出射光束添加整體的相位傾斜，調制遠場干涉因子的相對位置實現任意角度的尋址，從而實現連續掃描。

2.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統，其特征在于：自適應光纖準直器中的驅動裝置和微透鏡陣列組的驅動裝置為雙壓電晶片驅動器或者為壓電堆驅動器、靜電梳、音圈電機位移驅動裝置。

3.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統，其特征在于：微透鏡陣列材料可以為光學玻璃，光學晶體，光學塑料各類光學材料，包括石英、硒化鋅、鍺、氟化鈣、藍寶石，并且通過鍍膜和附膠等光學加工工藝進行優化和制作；微透鏡陣列中單元透鏡形狀為六邊形、正方形、圓形，并以六邊形或四邊形排列方式排布在基片上，微透鏡陣列單元透鏡面型為球面或非球面的連續性表面以及階梯式二元光學表面，微透鏡陣列掃描單元所用微透鏡陣列的組數和結構，為兩鏡式的伽利略或開普勒結構、三鏡式場鏡優化開普勒結構，并且根據結構的不同，微透鏡陣列掃描單元中所需相對運動的產生通過驅動微透鏡陣列組中的任意一個或幾個微透鏡陣列實現。

4.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統，其特征在于：自適應光纖準直器和微透鏡陣列組的級聯同光軸透射式光路結構。

5.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統，其特征在于：自適應光纖準直器和微透鏡陣列組集成為一個整體協同工作，或者分別作為兩種器件，通過級聯的方式實現協同工作。

6.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統，其特征在于：根據自適應光纖準直器和微透鏡陣列組協同工作方式的不同，實現離散尋址掃描和連續尋址掃描兩種工作模式。

7.根據權利要求1所述的一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統，其特征在于：該系統可以用于光束掃描，也可以用于大口徑光束接收，實現收發一體結構。