[发明专利]电光开关阵列数字光扫描器

说明书

技术领域

本发明涉及激光扫描，具体是一种电光开关阵列数字光扫描器，其中一个电光开关和一个偏振分束器构成单级近场扫描单元，多个近场扫描单元按照一定的拓扑结构组成近场光扫描阵列，其后加棱镜偏转阵列构成远场光扫描阵列，通过控制电光开关的半波电压来实现数字式的空间扫描，适用于瞄准跟踪、空间激光通信和激光雷达等领域。

背景技术

激光光束扫描器在军用和民用上都有重要应用，其中在激光雷达、激光预警和空间激光通信中，需要光扫描器对目标进行捕获和跟踪，为了在远距离的较大视场中快速的发现较小的目标，需要扫描速度快和扫描精度高的光扫描器，而为了能应用于星载光端机或机载激光雷达，又要求易于集成的光扫描器。现有的激光光束扫描器大致可分为机械式和非机械式两大类。最常用的二维光束扫描器是电机械扫描器，其缺点是受机械传动精度影响，扫描精度有限，集成化程度低。非机械式的扫描器大致有液晶光栅数字偏转器、电光棱镜偏转器和光学相控阵光束扫描器。液晶光栅数字偏转器受衍射效率的影响偏转范围有限，在激光雷达和跟瞄技术领域中的使用受到限制。要实现较大范围的高精度扫描，电光棱镜扫描器需级联很多的电光晶体，单做一维的偏转可以实现，但二维的快速高精度扫描制作难度大，不易实现；采用衍射光学元件实现的光学相控阵光束扫描器则需要大量的移相器，由于相控单元尺寸很小，生产工艺难度大，成本高，并且难以消除衍射所带来的光学问题；采用LiTaO₃晶片结构设计的电光调制二维相控阵需要将输入光束分成多束光来实现二维扫描，从而大大削减了扫描光束的能量，不适合远距离的空间扫描，因此需要新的扫描器件。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电光开关阵列数字光扫描器，该电光开关阵列数字光扫描器具有结构紧凑，光能量利用度高，扫描速度快，集成度高和空间扫描方式多样等优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种高速电光开关阵列数字光扫描器，其特点是由双折射电光晶体平板、电极、偏振分束器和棱镜阵列组成：所述双折射电光晶体平板的光轴方向平行于光的传播方向，所述的电极加在所述的双折射电光晶体平板的上、下两个表面，构成电光开关，所述的偏振分束器设置在所述的电光开关之后构成一个近场光扫描单元，多个近场光扫描单元按照多级的级联方式构成近场光扫描阵列，该多级近场光扫描阵列的构成规律是：第一级近场扫描子系统由一个近场扫描单元构成，形成两个扫描位置，第二级近场扫描子系统由两个近场扫描单元构成，形成四个扫描位置，第三级近场扫描子系统由四个近场扫描单元构成，形成八个扫描位置，依次类推，第m级近场扫描子系统由2^m-1个近场扫描单元构成，形成2^m个扫描位置，在该m级近场光扫描子系统的2^m个扫描位置后对应地设置2^m个棱镜单元构成的棱镜阵列，m为构成近场光扫描阵列的级数。

所述的双折射电光晶体平板垂直于光线行进方向的入射面和出射面为光学抛光面。

所述的偏振分束器是由下部正方体和上部等腰直角三角棱体一体构成，下部正方体的对角平分面镀半透半反膜，上部等腰直角三角棱体的上表面镀全反射膜。

所述的双折射电光晶体是由磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、铌酸锂或钽酸锂晶体构成的。

所述的棱镜单元由单个棱镜构成，或由水平偏转棱镜和垂直偏转棱镜的组合棱镜构成，该棱镜沿光线行进方向的入射面为平面，出射面为斜面，该棱镜顶角由入射角、偏转角和棱镜的折射率确定，其关系式为：