[发明专利]一种相控阵激光扫描旁瓣抑制装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光扫描旁瓣抑制技术，更具体地说，是涉及一种相控阵激光扫描旁瓣抑制装置。

背景技术

激光雷达因为很高的频域、空域和时域分辨率，在目标探测、跟踪、瞄准和成像识别等领域有广泛的应用。随着对目标探测要求的日益增加和复杂，对激光雷达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与波束指向的控制能力上，传统的机械伺服系统已难以满足高性能激光雷达需求。光学相控阵扫描技术使得激光雷达具有高性能的波束控制和优良的操作灵活性，成为近年来国际上的研究热点。

光学相控阵直接源于微波相控阵,它采用电子可编程方式控制光学孔径上的相位分布来控制光束的方向和形状，使光束波前在设定的方向上彼此同相，从而获得互相加强的干涉，能够为激光雷达提供可编程随机无惯性电子波束扫描。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，由美国雷声公司研制出尺寸4.3cm×4.1cm、相控单元数43000的光学相控阵器件，光束偏转范围为±5°。而在P.F.McManamon,P.J.Bo s,e t.al.,A r ev i ew of phas e d array s t e er i ng for narrow-b ande l e ct roopt i c al s y s t ems.Pro c.I EEE,97:1078~1096,2009.的期刊中，美国空军实验室McManamon等人在2009年，阐述了电光调制相控阵扫描系统的原理、波控方法和多种大角度光学相控阵扫描的技术方案，其中基于多重体全息光栅的液晶相控阵，偏转角度达±45°。但是，对于规则排列的光学相控阵存在着相控阵单元的尺寸不能大于半个波长的局限性，阵列光栅衍射效应将引起的扫描光束远场旁瓣。旁瓣效应既损耗入射光的能量，又导致系统探测的多值性，降低光束指向精度。另外在S.Yin,J.H.Kim,et.al.,Ultra-fast speed,low gratinglobe opt i cal beam steering us ing unequal ly spaced phased arrayt e chn iq ue.Opt.Commu.,270:41-46,2007.的期刊中，Yin等人提出非规则排列的光学相控阵调制器件的概念，用非等矩排列相控阵技术理论实现了快速、低光栅瓣的光束扫描。采用非周期或非规则结构的相控阵列来压缩远场旁瓣效应，对微米量级非规则阵列结构的光学相控阵器件的精密加工工艺提出了更高的要求，难度大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种相控阵激光扫描旁瓣抑制装置，能够在非机械激光扫描系统中产生高光束质量和高分辨率的激光输出。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种相控阵激光扫描旁瓣抑制装置，包括主振激光器以及相位补偿板，所述主振激光器与相位补偿板之间依次设有扩束准直器以及光学相控阵扫描器，所述光学相控阵扫描器还与控制器相连；

所述光学相控阵扫描器的输出端面至相位补偿板的距离满足分数泰伯效应自成像条件；

所述相位补偿板的相位于激光阵列光场费涅尔衍射传播到分数泰伯距离处光场的相位相对应。

所述的光学相控阵扫描器为电控相位调制阵列。

所述电控相位调制阵列的材料采用铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、锆钛酸铅镧陶瓷以及液晶中的一种。

所述主振激光器为半导体连续激光器、气体连续激光器或固体连续激光器。

与背景技术相比，本发明的相控阵激光扫描旁瓣抑制装置具有以下有益效果是：

1）采用规则排列周期结构的光学相控阵器件，相对于非规则周期阵列结构的微米量级高精度加工，易于实现，加工精度高；

2）相位补偿板为纯相位光学元件，结构设计原理简单，用现有二元光学技术易于实现，可靠性高；

3）利用相位补偿技术，在一般光学相控阵扫描的基础上能够实现低旁瓣高光束质量的激光扫描，提高灵活定向控制和发射角度瞬时可控的能力。

总之，本发明的相控阵激光扫描旁瓣抑制装置在相控阵激光雷达发射系统中用于产生高光束质量的非机械扫描光束输出，具有结构简单，性能稳定可靠，高分辨率非机械激光快速扫描等优点，特别适用于激光扫描雷达和激光通信等领域，对于发展紧凑型、轻量化和高质量的激光扫描系统具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的一种相控阵激光扫描旁瓣抑制装置的原理示意图；