[發(fā)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(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111650745B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 李新陽;楊旭;耿超;李楓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院光電技術(shù)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

本發(fā)明公開了一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統(tǒng)。自適應光纖準直器在小角度范圍內(nèi)實現(xiàn)自適應地精確控制出射準直光束進行連續(xù)尋址掃描。微透鏡陣列組實現(xiàn)大角度離散尋址掃描。本發(fā)明的優(yōu)點是在實現(xiàn)了微透鏡陣列組和自適應光纖準直器優(yōu)勢互補的同時，也消除了彼此的劣勢，創(chuàng)造性的實現(xiàn)了大角度高精度連續(xù)尋址掃描。并且利用光路可逆原理，該系統(tǒng)同時可以作為大范圍光束接收系統(tǒng)，具備雙向收發(fā)一體能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統(tǒng)，可用于激光通信、激光雷達、光纖激光相干合成、光纖激光大氣傳輸、光纖激光精密定位、光開關(guān)等民用和軍事應用場合。

背景技術(shù)

光束掃描系統(tǒng)用于改變光束方向，根據(jù)慣性大小可以分為無慣性、小微慣性和慣性掃描系統(tǒng)，其中以轉(zhuǎn)臺為代表的傳統(tǒng)慣性掃描系統(tǒng)技術(shù)成熟，已大規(guī)模商業(yè)化，缺點是慣性大、體積大、不靈活、響應速度慢，難以滿足激光雷達、光纖激光相干合成等對響應速度要求高的領(lǐng)域的要求。無慣性相控陣掃描系統(tǒng)，發(fā)展勢頭較猛，但由于受到制作工藝上的限制，雖然已有相關(guān)商用產(chǎn)品的問世，但效果不如傳統(tǒng)慣性掃描系統(tǒng)。鑒于以上情況，各國科研人員開始對小微慣性掃描系統(tǒng)進行研制，其中基于微透鏡陣列的光束掃描系統(tǒng)，體積小、重量輕，運動慣量小，利用微米量級的位移即可實現(xiàn)大角度的二維掃描。微透鏡陣列組掃描最早由麻省理工大學W.Goltsos等人(W.Goltsos and M.Holz,“Agile beam steeringusing binary optics microlens array,”O(jiān)pt.Eng.29(11),1392–1397(1990))提出，并對其掃描原理和特性進行了分析。但是由于其自身掃描原理的限制，單一的微透鏡陣列組掃描只能實現(xiàn)離散尋址掃描，對激光通信、激光雷達等需要連續(xù)掃描能力的場景無能為力。

自適應光纖準直器是一種用于光束準直的器件，在2005年和2011年，美國陸軍研究實驗室的L.Beresnev等人(L.Beresnev and M.Vorontsov,“Design of adaptive fiberoptics collimator for free-space communication laser transceiver,”Proc.SPIE5895,58950R(2005))和中國科學院光電技術(shù)研究所的耿超等人(C.Geng,X.Li,et al.,“Coherent beam combination of an optical array using adaptive fiber opticscollimators,”O(jiān)ptics Communications 284,5531-5536(2011))分別獨立研制了自適應光纖準直器(Adaptive fiber-optics collimator，AFOC)，該器件可以在小角度范圍內(nèi)自適應地精確控制出射準直光束的偏轉(zhuǎn)角度，但是其掃描角度很小，嚴重限制了其在各領(lǐng)域的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對微透鏡陣列掃描系統(tǒng)的離散尋址掃描的問題，提出將自適應光纖準直器作為微透鏡陣列組的預掃描裝置如圖1所示，克服了微透鏡陣列組離散尋址掃描的問題，并對其掃描原理進行了理論和仿真分析，創(chuàng)造性的實現(xiàn)了大角度連續(xù)尋址掃描。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于微透鏡陣列組和自適應光纖準直器的掃描系統(tǒng)，掃描系統(tǒng)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(jié)構(gòu)1相連接的支撐結(jié)構(gòu)3上，微透鏡陣列二7通過連接結(jié)構(gòu)6與固定在集成結(jié)構(gòu)1上的兩對雙壓電晶片驅(qū)動器4相連接，通過控制器8控制雙壓電晶片驅(qū)動器4的電壓，使兩組微透鏡陣列在垂直于光軸方向產(chǎn)生相對位移，從而改變出射光束的掃描方向，實現(xiàn)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(xiàn)兩級協(xié)同掃描最終實現(xiàn)大角度的連續(xù)尋址掃描。