[发明专利]基于光学相控阵的预期多个光束远场焦斑形状或位置独立控制方法

说明书

技术领域

       本发明属于应用光学和衍射光学交叉技术领域，主要涉及基于光学相控阵的预期多个光束远场焦斑形状或位置任意独立控制技术，该技术发明依据光学相控阵的相位分布的调制可编程控制的优点，基于一种新的相位分布形成方法，分别依据多光束远场焦斑形状或位置的预期需求，产生相应的多个相位分布，多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而达到对预期多光束远场焦斑形状或三维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制。

背景技术

在激光雷达、激光武器、激光镊子、共焦显微镜、激光雕刻、激光加工等等领域，传统激光束扫描控制方式多采用电机控制机械装置扫描，存在机械惯量、控制复杂、体积较大等问题。基于光学相控阵的新型光束扫描控制技术很好的克服这些缺点，本人之前的发明专利，专利号为：20101061377.2，名称为：《一种基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法》就是为了克服以上缺点而提出发明的，但是其中的相位分布形成方法采用的都是直接解析求解方法，控制预期多光束时存在“不想要的光斑”，且不能实现被控光束焦斑位置控制的同时，其形状的任意独立控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何实现对预期多个光束远场焦斑形状或三维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制，同时消除“不想要的光斑”。

本发明所采用技术方案是：基于光学相控阵的预期多个光束远场焦斑形状或位置独立控制方法，在基于光学相控阵的预期多个光束远场焦斑形状或位置独立控制装置上，依据多个光束焦斑的形状或三维位置在远场预期不同需求，产生相应的多个相位分布，多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而实现基于光学相控阵的预期多光束远场焦斑的形状或三维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制：

基于光学相控阵的预期多个光束远场焦斑形状或位置独立控制装置包括顺序排列的激光器、孔阑、准直扩束装置、偏振片、光学相控阵、透镜、远场多个平面；

依据多个光束焦斑的形状或三维位置在远场预期不同需求，产生相应的多个相位分布：

控制某第                                               个光束焦斑的相位分布形成过程：为一自然数：远场平面上预期的焦斑振幅分布为，且在远场平面某些坐标点的强度为1，其他位置全为0, 可见的形状（即焦斑的形状）可以是任意预期形状分布；相位分布迭代初值设为0，后续迭代中的相位分布可以由远场的傅立叶逆变换通过以下步骤确定，假定此时是第次迭代，为大于等于1的自然数，则有：

步骤一：设定远场平面的预期的目标复振幅分布可以表达为:

                     (9)

其中，为远场平面的坐标，为第次迭代的相位分布经傅立叶变换后在远场平面实际获得的复振幅分布，为该复振幅的相位分布,

步骤二：相位分布所在平面的复振幅分布由远场平面的复振幅分布傅立叶逆变换获得，具体可以表达如下：

     (11)

其中，为相位分布所在平面的坐标，为此时相位分布所在平面光场的振幅分布，为此时相位分布所在平面光场的相位分布，为一个负透镜相位分布且,其中为虚数单位，为光波长，为物透镜到相位分布所在平面的距离，为物透镜焦距, 为移动后的平面到参考平面的距离，依据移动后的平面在参考平面的左边还是右边，可以取正号或负号；

步骤三：相位分布所在平面的复振幅分布中的相位分布保留，但振幅分布全部设置为1，获得新的复振幅分布，其表达为：

                                 (12)

步骤四：新的复振幅分布经傅立叶变换后获得的远场平面的复振幅为：

      (13)

其中，为正透镜相位分布，，

上述四步骤反复迭代计算，直到逼近收敛于设定远场平面的预期的目标复振幅分布迭代完成，此时的即为对应所求解的控制某第个光束焦斑的相位分布，为了更直观，其可表示为；

对应于多个光束控制则需要产生个相位分布，多个相位分布的迭代方式有：串行迭代(图11)和并行迭代(图12)两种，串行迭代是先迭代计算相位分布，然后是相位分布直到相位分布；并行迭代是相位分布，相位分布相位分布一起并行迭代计算。

作为一种优选方式：所述透镜的焦距大于0小于等于无穷大。

作为一种优选方式：所述光学相控阵为透射式光学相控阵或者反射式光学相控阵。