基于光相控阵实现激光束一维偏转与束散角缩放的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光相控阵激光雷达技术领域，特别设及光相控阵激光雷达波束控制技 术。
【背景技术】
[0002] 光相控阵激光雷达具有高稳定性、高分辨率、同步多波束赋形能力、动态聚焦/散 焦能力W及高性价比等优点，能广泛应用于测距，=维成像，目标捕获跟踪等领域。光相控 阵激光雷达通过光相控阵调制激光束的相位，实现激光束在其视场范围内的可编程随机无 惯性波束扫描。液晶光相控阵具有相位调制精度高、宽双折射率范围、宽波段、低驱动电压、 高损伤阀值、低成本和工艺成熟等优点，在光相控阵激光雷达中得到广泛应用。通常液晶光 相控阵的视场范围不会低于lOOmrad(该是视场为±3°时所对应的弧度值），而激光束的 束散角一般为零点几毫弧度。在空间光通信中，激光束的束散角甚至只有几微弧度。当激 光雷达W小束散角激光束扫描一遍整个视场范围时，需要耗费较长的时间，该不利于激光 雷达快速探测到进入其视场范围内的目标，会降低激光雷达的工作效率。
[0003] 为提高激光雷达的波束扫描效率，可W使其先W宽束散角激光束快速扫描整个 视场范围，等发现目标后，再W小束散角激光束精确定位目标。一般而言，激光源的束散 角是固定的，该就需要激光雷达具有自适应缩放激光束束散角的能力。激光雷达中的激 光源通常为基模高斯光束，我们的研究结果公开于Proc. SPIE 8557,化tical Desi即and Testing V，855701，基于液晶光学相控阵控制激光束束散角的方法Implementation of controlling the divergence angle utilizing liquid crystal optical phased array， 表明通过液晶光相控阵给高斯光束调制一个非线性相位面，可w达到自适应缩放高斯光束 束散角的目的，但此时高斯光束不会发生偏转。
[0004] 为使高斯光束能偏转到激光雷达视场范围内任意角度，需要再用一块液晶光相控 阵给高斯光束施加一个线性相位面，要同时实现激光束一维偏转与束散角缩放需要两块液 晶光相控阵。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种使用单块液晶光相控阵同时实现激光束 一维偏转与束散角缩放的方法。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于光相控阵实现激光束一维 偏转与束散角缩放的方法，包括W下步骤：
[0007] 1)参数配置步骤：激光雷达包含一个一维液晶光相控阵LC0PA和一个发出的光束 为基模高斯光束的激光源；LC0PA具有N个相控单元，相邻相控单元之间的距离为山从左至 右各相控单元的编号n依次为-N/化1，…，-1，0, 1，…，N/2 ;激光源的波长为A，束腰半径 为《〇;
[000引 2)为实现一维偏转的线性相位面计算步骤；当入射光束要偏转到角度0时， LCOPA施加给激光束的线性相位面&为；
[0009]
【主权项】
1.基于光相控阵实现激光束一维偏转与束散角缩放的方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 参数配置步骤：激光雷达包含一个一维液晶光相控阵LCOPA和一个发出的光束为基 模高斯光束的激光源；LCOPA具有N个相控单元，相邻相控单元之间的距离为d，从左至右各 相控单元的编号η依次为-N/2+1，…，-1，0, 1，…，N/2 ;激光源的波长为λ ; 2) 为实现一维偏转的线性相位面计算步骤：当入射光束要偏转到角度Θ时，LCOPA施 加给激光束的一个线性相位面外为：
Λ Φ为LCOPA中相邻相控单元之间的相位差，Λ Φ = -2 π dsin( Θ ) / λ，Θ为LCOPA 视场范围内的任意一个角度； 3) 为实现束散角缩放的非线性相位面计算步骤：当入射光束要缩放至束散角0wid时， LCOPA施加给激光束的非线性相位面乳,,(/〇为：
其中，
k为波数，k = 2 π / λ ;f为与束散角Θ wid对应的 LCOPA的相位控制参数； 4) 相位综合步骤：结合线性相位面与非线性相位面得到LCOPA中各相控单元的相位调 制量供(《)为：
5) 电压代码生成步骤：通过查找v-供曲线，可以得到与相位调制量供⑷对应的电压代
6) 相位调制步骤：通过控制器将各电压代码v(n)对应加载到LCOPA中各相控单元上 调制入射激光的相位，控制激光束偏转至角度Θ并缩放至束散角0 wid。
【专利摘要】本发明提供一种基于光相控阵实现激光束一维偏转与束散角缩放的方法。本发明通过液晶光相控阵给激光束调制一个同时具有线性分量和非线性分量的相位面，线性分量由激光束的偏转角决定，非线性分量则由激光束的束散角决定。本发明通过一块液晶光相控阵同时实现激光束的偏转和束散角缩放，降低了系统的复杂性和功耗，增加了系统的灵活性，操作简便。
【IPC分类】G02F1-29, G02B27-09
【公开号】CN104865770
【申请号】CN201510237952
【发明人】孔令讲, 陈建, 肖锋, 杨亚, 杨镇铭, 汪相如, 吴亮, 姜海超
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月11日