[发明专利]电光控制二维激光光束扫描阵列

说明书

技术领域

本发明涉及激光光束扫描，特别是电光控制激光光束二维扫描阵列，主要由控制阵列和发射阵列两部分组成，通过调制阵列电压，实现对入射信号光的分束定向传输和电光控制发射。主要应用于激光雷达、激光通信、激光显示、激光对抗、激光跟瞄等信息领域。

背景技术

激光光束扫描系统在激光雷达、激光通信、激光显示等方面有着重要的应用。例如激光雷达必须将激光束对特定探测空间进行有效的扫描，以获取目标的距离和方位信息。

通常的二维光束扫描器大多采用机械扫描原理，可以实现宽范围内二维光束扫描，缺点是受机械传动精度影响，扫描精度有限，扫描速度慢，而且扫描系统往往比较庞大，微小化程度低。

光学相控阵光束扫描器通过控制各相控单元的相位实现光束偏转，是一种非机械的高精度扫描器(参见P.F.Mcmanamon，T.A.Dorschner，D.L.Corkum，et al，Optical phased array technology，Proc.IEEE，1996，84，268-298)，但是如要实现较大范围的高精度扫描，需要大量的移相器，而相控单元尺寸小，生产工艺难度大，成本高，扫描范围受限，更重要的是难以消除衍射所带来的光学问题。万玲玉等人采用LiNdO₃晶体设计了一种多光束扫描的电光相控阵二维激光光束扫描器(参见万玲玉等，高速电光相控阵二维激光光束扫描器，发明专利，公开号CN 1554978A)它的输出口径为7mm×7mm，最大扫描范围为0.345mrad，具有并行扫描的特点，扫描速率达到100ns/行，可以通过增大调制电压，加长电极长度和改善切割方式提高晶体电光系数等方法增大扫描范围，但是扫描范围仍然非常有限，限制了这种设计在二维扫描中的应用。

基于铁电畴工程的电光扫描器(参见K.Gahagan，V.Gopalan，J.M.Robinson，andQ.X.Jia，Integrated electro-optic lens/scanner in a LiTaO₃ single crystal，Appl.Opt.，1999，38，1186-1190；和D.A.Scrymgeour，Y.Barad，V.Gopalan，K.T.Gahagan，Q.Jia，T.E.Mitchell，and J.M.Robinson，Large-angle electro-optic laser scanner on LiTaO₃fabricated by in situ monitoring of ferroelectric-domain micropatterning，App.Opt.，2001，40(34)：6236-6241)具有扫描速度快、精度高、没有机械运动和集成度高的优点，可以实现二维扫描，很适合高精度的空间通信和跟瞄使用，但现有的器件大多为单光束偏转设计，通光口径小，难以制作出大孔径的扫描器。

光折变3-D集成是通过全息记录和固定的方法把多个光学组件集成在单块晶体内以构成可重构的三维光子学系统。阎晓娜等利用分层结构的光折变集成建立了单级修正的Gamma网络，利用分块结构的局域光折变体全息集成提出了光伏打2×2直通交换光开关和电控制的2×2直通交换光开关(参见阎晓娜，刘波，刘立人，基于层状固定光折变全息的单块光学修正的gamma网络，光学学报，1998，18(10)，1326-1331)。董前民等利用双掺杂LiNbO₃晶体的光折变效应，采用双色光双中心全息记录法，提出LiNbO₃晶体体全息光栅的光分插复用器(OADM)(参见：董前民，刘立人，刘德安，栾竹等，铌酸锂晶体体全息光栅的光分插复用器，发明专利，公开号CN 1424601A)和40×40波长无阻塞光开关(参见：董前民，刘立人，刘德安等，40×40波长无阻塞光开关，发明专利，公开号：CN 1442727A)，用于实现波分复用信号的解复用及信号光波之间的空间交换，以及40个波长信道的无阻塞路由交换。基于晶体双折射效应和光折变效应的3-D光学集成，具有结构简单紧凑，固态化，抗环境干扰能力强等优点，但是目前尚没有应用晶体双折射效应和光折变效应的3-D光学集成设计制作电光控制二维激光光束扫描阵列的报导。

发明内容