[发明专利]基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法

权利要求书

1.基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法，其特征在于它的步骤如下：

步骤一：设置液晶光学相控阵(11)的光栅；首先把一个液晶光学相控阵(11)的有效口径分为n个分口径(12)，其中n为自然数，再在每个分口径(12)上形成二维周期可变闪耀光栅(13)和可变焦透镜相位光栅(14)；

所述的二维周期可变闪耀光栅(13)的相位为：

公式一

公式一中，和分别表示在x方向和y方向的一维周期可变闪耀光栅；

x方向的一维周期可变闪耀光栅的相位为：

(0＜x＜Λ_x)                                                    公式二

其中，θ_x为x方向的一维周期可变闪耀光栅的光束偏转角，Λ_x为x方向的一维周期可变闪耀光栅的光栅周期；

y方向的一维周期可变闪耀光栅的相位为：

(0＜y＜Λ_y)                                                    公式三

其中，θ_y为y方向的一维周期可变闪耀光栅的光束偏转角，Λ_y为y方向的一维周期可变闪耀光栅的光栅周期；

根据公式一、公式二和公式三推导得到，二维周期可变闪耀光栅(13)的相位为：

(0＜x＜Λ_x，0＜y＜Λ_y)                                        公式四

可变焦透镜相位光栅的相位为：

公式五

其中，f为透镜的焦距；

步骤二：获得液晶光学相控阵(11)上的复合相位光栅的相位；每个分口径(12)上都具有二维周期可变闪耀光栅(13)和可变焦透镜相位光栅(14)，则每个分口径(12)上的二维周期可变闪耀光栅(13)和可变焦透镜相位光栅(14)复合成一个复合相位光栅，所述的复合相位光栅的相位为：

公式六

根据步骤一中的公式四和公式五推出，复合相位光栅的相位为：

公式七

根据公式七得到每个分口径(12)上的复合相位光栅，由于分口径(12)为n个，所以得到液晶光学相控阵(11)上的n个复合相位光栅；

步骤三：一束平行均匀的单色光入射到加载有步骤二所述的复合相位光栅的液晶光学相控阵(11)上；

每一个分口径(12)上的出射光波的光场为：

公式八

对公式八进行傅立叶变换，获得单色光入射到液晶光学相控阵(11)上所在分口径(12)的焦平面上焦点的坐标(ftanθ_x，ftanθ_y)，并将所述的坐标参数带入到公式七中得到复合相位光栅的相位，并根据所述相位控制修改液晶光学相控阵(11)所在复合相位光栅，从而使液晶光学相控阵(11)分割而成的各分口径(12)相互独立，从而实现了多个焦点的三维独立操控。

2.基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法，其特征在于它的步骤如下：

步骤一：设置液晶光学相控阵(11)的光栅；在液晶光学相控阵(11)上形成二维等腰三角形相位光栅(15)和二维透镜相位光栅或透镜阵列光栅(16)，

所述的二维等腰三角形相位光栅(15)的相位透过率函数为x、y两个方向一维等腰三角形相位光栅正交表示为：

t₁(x，y)＝t₁(x)t₁(y)                                            公式九

所述的x方向一维等腰三角形相位光栅和y方向一维等腰三角形相位光栅的光栅周期均为T，在每个光栅周期内均有一个高为φ_h的等腰三角形；

将所述的等腰三角形量化成台阶状，其中每个台阶的高度是相等的，且在一个光栅周期内有2L个台阶；x方向一维等腰三角形相位光栅的相位透过率函数表示为：

                                                                公式十

同理，得到y方向一维等腰三角形相位光栅的相位透过率函数；

二维透镜相位光栅或透镜阵列光栅(16)的相位透过率函数表示为：

t2(x,y)=4L2D2comb(x(D2L))comb(y(D2L))⊗(exp(-iπ(x2+y2)λf)rect[x(D2L)]rect[y(D2L)]]]>公式十一

其中f为透镜的焦距，D为透镜光栅的口径，每个台阶的高度是相等的，且有2L个台阶；

步骤二：获得液晶光学相控阵(11)上的复合相位光栅的相位；所述二维等腰三角形相位光栅(15)和二维透镜相位光栅或透镜阵列光栅(16)复合而成的复合相位光栅，所述的复合相位光栅的相位透过率函数为：

t(x，y)＝t₁(x，y)t₂(x，y)                                    公式十二

从而得到液晶光学相控阵(11)上的复合相位光栅；

步骤三：一束平行均匀的单色光入射到加载有步骤二所述的复合相位光栅的液晶光学相控阵(11)上，其出射光波的光场为：

公式八

对公式八进行傅立叶变换，获得单色光入射到液晶光学相控阵(11)的焦平面上焦点的坐标，获得焦点的坐标具体分为两种情况：

当二维透镜相位光栅或透镜阵列光栅(16)为二维透镜相位光栅时，

所述的二维透镜相位光栅口径是整个液晶光学相控阵(11)的有效口径，得到一组焦点的坐标(ftanθ_x，ftanθ_y)、(-ftanθ_x，ftanθ_y)、(-ftanθ_x，-ftanθ_y)、(ftanθ_x，-ftanθ_y)，

当二维透镜相位光栅或透镜阵列光栅(16)为二维透镜阵列光栅时，

把液晶光学相控阵(11)的有效口径均分为四块，同时叠加二维透镜阵列光栅，得到四组焦距分别为f_{i＝1、2、3、4}，且每组中的四个焦点坐标(f_itanθ_x，f_itanθ_y)、(-f_itanθ_x，f_itanθ_y)、(-f_itanθ_x，-f_itanθ_y)、(f_itanθ_x，-f_itanθ_y)，

将上述坐标参数带入到公式十二中得到复合相位光栅的相位，并根据所述相位控制修改复合相位光栅，从而实现了多个焦点的三维独立操控。