一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，包括主振激光器以及相位補(bǔ)償板，主振激光器與相位補(bǔ)償板之間依次設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直器以及光學(xué)相控陣掃描器，光學(xué)相控陣掃描器還與控制器相連；光學(xué)相控陣掃描器的輸出端面至相位補(bǔ)償板的距離滿足分?jǐn)?shù)泰伯效應(yīng)自成像條件；相位補(bǔ)償板的相位于激光陣列光場(chǎng)費(fèi)涅爾衍射傳播到分?jǐn)?shù)泰伯距離處光場(chǎng)的相位相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明專利技術(shù)的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置在相控陣激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)中用于產(chǎn)生高光束質(zhì)量的非機(jī)械掃描光束輸出，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，高分辨率非機(jī)械激光快速掃描等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于激光掃描雷達(dá)和激光通信等領(lǐng)域，對(duì)于發(fā)展緊湊型、輕量化和高質(zhì)量的激光掃描系統(tǒng)具有重要意義。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及激光掃描旁瓣抑制技術(shù)，更具體地說(shuō)，是涉及一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置。
技術(shù)介紹
激光雷達(dá)因?yàn)楹芨叩念l域、空域和時(shí)域分辨率，在目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、瞄準(zhǔn)和成像識(shí)別等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著對(duì)目標(biāo)探測(cè)要求的日益增加和復(fù)雜，對(duì)激光雷達(dá)的功能和性能也提出了更高的要求。尤其是在其波束指向精度與波束指向的控制能力上，傳統(tǒng)的機(jī)械伺服系統(tǒng)已難以滿足高性能激光雷達(dá)需求。光學(xué)相控陣掃描技術(shù)使得激光雷達(dá)具有高性能 的波束控制和優(yōu)良的操作靈活性，成為近年來(lái)國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。光學(xué)相控陣直接源于微波相控陣，它米用電子可編程方式控制光學(xué)孔徑上的相位分布來(lái)控制光束的方向和形狀，使光束波前在設(shè)定的方向上彼此同相，從而獲得互相加強(qiáng)的干涉，能夠?yàn)榧す饫走_(dá)提供可編程隨機(jī)無(wú)慣性電子波束掃描。在P. F. Mcmanamon, et.al. , Opt i c al Pha s e dArray Technology. Proc. IEEE, 84:268^298, 1996.的期刊中，由美國(guó)雷聲公司研制出尺寸4. 3cmX4. 1cm、相控單元數(shù)43000的光學(xué)相控陣器件，光束偏轉(zhuǎn)范圍為 ±5°。而在 P. F. McManamon, P. J. Bo S，e t. al. , A r ev i ew of phas e darray s t e er i ng for narrow-b ande I e ct roopt i c al s y s t ems. Pro c. IEEE, 97:1078^1096, 2009.的期刊中，美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室McManamon等人在2009年，闡述了電光調(diào)制相控陣掃描系統(tǒng)的原理、波控方法和多種大角度光學(xué)相控陣掃描的技術(shù)方案，其中基于多重體全息光柵的液晶相控陣，偏轉(zhuǎn)角度達(dá)±45°。但是，對(duì)于規(guī)則排列的光學(xué)相控陣存在著相控陣單元的尺寸不能大于半個(gè)波長(zhǎng)的局限性，陣列光柵衍射效應(yīng)將引起的掃描光束遠(yuǎn)場(chǎng)旁瓣。旁瓣效應(yīng)既損耗入射光的能量，又導(dǎo)致系統(tǒng)探測(cè)的多值性，降低光束指向精度。另外在 S. Yin, J. H. Kim, et. al.，Ultra-fast speed, low gratinglobe optical beam steering us ing unequal Iy spaced phased arrayt e chn iq ue. Opt.Commu.，270:41-46, 2007.的期刊中，Yin等人提出非規(guī)則排列的光學(xué)相控陣調(diào)制器件的概念，用非等矩排列相控陣技術(shù)理論實(shí)現(xiàn)了快速、低光柵瓣的光束掃描。采用非周期或非規(guī)則結(jié)構(gòu)的相控陣列來(lái)壓縮遠(yuǎn)場(chǎng)旁瓣效應(yīng)，對(duì)微米量級(jí)非規(guī)則陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)相控陣器件的精密加工工藝提出了更高的要求，難度大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本專利技術(shù)的目的是提供一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，能夠在非機(jī)械激光掃描系統(tǒng)中產(chǎn)生高光束質(zhì)量和高分辨率的激光輸出。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，包括主振激光器以及相位補(bǔ)償板，所述主振激光器與相位補(bǔ)償板之間依次設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直器以及光學(xué)相控陣掃描器，所述光學(xué)相控陣掃描器還與控制器相連；所述光學(xué)相控陣掃描器的輸出端面至相位補(bǔ)償板的距離滿足分?jǐn)?shù)泰伯效應(yīng)自成像條件；所述相位補(bǔ)償板的相位于激光陣列光場(chǎng)費(fèi)涅爾衍射傳播到分?jǐn)?shù)泰伯距離處光場(chǎng)的相位相對(duì)應(yīng)。所述的光學(xué)相控陣掃描器為電控相位調(diào)制陣列。所述電控相位調(diào)制陣列的材料采用鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、鋯鈦酸鉛鑭陶瓷以及液晶中的一種。所述主振激光器為半導(dǎo)體連續(xù)激光器、氣體連續(xù)激光器或固體連續(xù)激光器。與
技術(shù)介紹
相比，本專利技術(shù)的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置具有以下有益效果是 I)采用規(guī)則排列周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)相控陣器件，相對(duì)于非規(guī)則周期陣列結(jié)構(gòu)的微米量級(jí)高精度加工，易于實(shí)現(xiàn)，加工精度高；2)相位補(bǔ)償板為純相位光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，用現(xiàn)有二元光學(xué)技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高；3)利用相位補(bǔ)償技術(shù),在一般光學(xué)相控陣掃描的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)低旁瓣高光束質(zhì)量的激光掃描，提高靈活定向控制和發(fā)射角度瞬時(shí)可控的能力?？傊緦＠夹g(shù)的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置在相控陣激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)中用于產(chǎn)生高光束質(zhì)量的非機(jī)械掃描光束輸出，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，高分辨率非機(jī)械激光快速掃描等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于激光掃描雷達(dá)和激光通信等領(lǐng)域，對(duì)于發(fā)展緊湊型、輕量化和高質(zhì)量的激光掃描系統(tǒng)具有重要意義。附圖說(shuō)明圖I是本專利技術(shù)的一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置的原理示意圖；圖2是本專利技術(shù)的鈮酸鋰晶體材料的電控相控陣示意圖，其中，I為主振激光器，2為擴(kuò)束準(zhǔn)直器,3為光學(xué)相控陣掃描器,4為控制器,5為相位補(bǔ)償板，41為銀酸鋰晶體,42為鍍金電極。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本專利技術(shù)的技術(shù)方案。請(qǐng)參閱圖I所示的一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，包括主振激光器I以及相位補(bǔ)償板5，主振激光器I與相位補(bǔ)償板5之間依次設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直器2以及光學(xué)相控陣掃描器3,光學(xué)相控陣掃描器3還與控制器4相連；在控制器4可編程控制下,光學(xué)相控陣掃描器3輸出的多旁瓣激光光束，在其后特定距離處用預(yù)先設(shè)計(jì)的相位補(bǔ)償板對(duì)掃描光束進(jìn)行相位補(bǔ)償，抑制遠(yuǎn)場(chǎng)旁瓣，提高掃描激光的光束質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率相控陣激光掃描。光學(xué)相控陣掃描器3為電控相位調(diào)制陣列，可為鈮酸鋰(L iNb03)晶體、鉭酸鋰晶體(L i Ta03)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)陶瓷等電光材料或液晶材料制作的光學(xué)相控陣器件。光學(xué)相控陣掃描器輸出端面至相位補(bǔ)償板的距離為z = (其中α和β為互質(zhì)的正整數(shù))滿足分?jǐn)?shù)泰伯效應(yīng)自成像條件； P λ相位補(bǔ)償板的相位是激光陣列光場(chǎng)費(fèi)涅爾衍射傳播到分?jǐn)?shù)泰伯距離處光場(chǎng)的相位決定的，用于對(duì)光學(xué)相控陣掃描器產(chǎn)生的激光束進(jìn)行相位補(bǔ)償，獲得遠(yuǎn)場(chǎng)單主瓣的高光束質(zhì)量激光光束。本專利技術(shù)的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置的光場(chǎng)傳輸過(guò)程為 首先，從主振激光器I發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2后產(chǎn)生均勻平面波，照射到光學(xué)相控陣掃描器3上,在控制器4的控制下產(chǎn)生可掃描的激光束,隨后光場(chǎng)傳播泰伯距離后由相位補(bǔ)償器5對(duì)掃描激光進(jìn)行相位補(bǔ)償，產(chǎn)生高光束質(zhì)量的掃描激光輸出。假設(shè)從擴(kuò)束準(zhǔn)直器2后的激光照射到光學(xué)相控陣器件3的前端面產(chǎn)生的陣列光場(chǎng)分布為權(quán)利要求1.一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置,其特征在于， 包括主振激光器以及相位補(bǔ)償板，所述主振激光器與相位補(bǔ)償板之間依次設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直器以及光學(xué)相控陣掃描器，所述光學(xué)相控陣掃描器還與控制器相連； 所述光學(xué)相控陣掃描器的輸出端面至相位補(bǔ)償板的距離滿足分?jǐn)?shù)泰伯效應(yīng)自成像條件； 所述相位補(bǔ)償板的相位于激光陣列光場(chǎng)費(fèi)涅爾衍射傳播到分?jǐn)?shù)泰伯距離處光場(chǎng)的相位相對(duì)應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，其特征在于 所述的光學(xué)相控陣掃描器為電控相位調(diào)制陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，其特征在于 所述電控相位調(diào)制陣列的材料采用鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、鋯鈦酸鉛鑭陶瓷以及液晶中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，其特征在于 所述主振激光器為半導(dǎo)體連續(xù)激光器、氣體連續(xù)激光器或固體連續(xù)激光器。全文摘要本專利技術(shù)公開(kāi)了一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，包括主振激光器以及相位補(bǔ)償板，主振激光器與相位補(bǔ)償本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置，其特征在于，包括主振激光器以及相位補(bǔ)償板，所述主振激光器與相位補(bǔ)償板之間依次設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直器以及光學(xué)相控陣掃描器，所述光學(xué)相控陣掃描器還與控制器相連；所述光學(xué)相控陣掃描器的輸出端面至相位補(bǔ)償板的距離滿足分?jǐn)?shù)泰伯效應(yīng)自成像條件；所述相位補(bǔ)償板的相位于激光陣列光場(chǎng)費(fèi)涅爾衍射傳播到分?jǐn)?shù)泰伯距離處光場(chǎng)的相位相對(duì)應(yīng)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆愛(ài)民，石旺舟，胡志娟，朱瑞興，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：