[发明专利]基于光相控阵阵列实现相干合成光束连续二维偏转的方法

说明书

技术领域

本发明属于光相控阵激光相干合成技术领域，特别涉及合成光束偏转技术。

背景技术

由于受到掺杂光纤的非线性效应、热损伤、光学损伤等因素的影响，单根光纤激光器的输出功率有限，而且再单纯提高单台激光器的输出功率会导致激光器体积庞大，高耗能等问题，对材料的要求也会更加苛刻。为了获得高功率高亮度激光输出，可以基于光相控阵系统将多台激光器的输出进行相干合成。相比于非相干合成，相干合成技术可以获得更高的峰值光强，并且可以使合成光束达到近衍射极限的光束质量。另一方面，光纤具有很强的灵活性，便于组装形成体积较小的光纤阵列，给基于光相控阵系统的激光相干合成带来极大的便利。

二维液晶光相控阵具有相位调制精度高、损伤阀值高、体积小等优点，是一种性能优良的光相控阵，适合用于相干合成系统中控制各入射激光的相位。为实现更多路激光束的相干合成并灵活控制各个激光束的相位，可以将多个二维液晶光相控阵按一定规则排列组成一个大的液晶光相控阵阵列，其中每个二维液晶光相控阵可以看作液晶光相控阵阵列的一个子阵，各子阵可以独立进行控制。

激光雷达、激光武器等领域迫切需要一种高精度高效率的波束连续偏转技术，以提高系统的灵活性和工作性能。目前的波束偏转技术主要分为两类，机械式波束偏转和非机械式波束偏转。机械式波束偏转主要是通过万向架等设备来实现，机械运动导致系统响应速度较慢，波束指向精度较低。非机械式波束偏转则是通过光相控阵电控方式来实现的，与机械式波束偏转相比，具有更快的响应速度，更高的偏转精度，并且可以降低系统功耗，减小系统体积，减轻系统重量。因此，合成光束的非机械式连续偏转对于将光束相干合成技术应用于激光雷达、激光武器等领域非常重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于二维液晶光相控阵阵列实现相干合成光束二维非机械式连续偏转的方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于光相控阵阵列实现相干合成光束连续二维偏转的方法，包括以下步骤：

相控阵阵列构建步骤：液晶光相控阵阵列由Q×P个二维液晶光相控阵组成，其中纵向上每一列包含Q个子阵，横向上每一行包含P个子阵，且纵向上相邻子阵之间中心到中心的距 离为D_η，横向上相邻子阵之间中心到中心的距离为D_ξ；各子阵的编号依次为(q,p)，其中q＝0,…,Q-1，p＝0,…,P-1；单个子阵包含M×N个相控单元，其中纵向上每列包含M个相控单元，横向上每行包含N个相控单元，且纵向上相邻相控单元中心到中心的距离为d_η，横向上相邻相控单元中心到中心的距离为d_ξ；单个子阵中各相控单元的编号依次为(m,n)，其中m＝0,…,M-1，n＝0,…,N-1；

激光束参数配置步骤：相干合成系统中参与合成的激光束的数量为Q×P路，激光束与液晶光相控阵阵列中的子阵一一对应且垂直入射；各路光束均为基模高斯光束，波长为λ；

偏转方向设置步骤：设置合成光束的偏转方向为液晶光相控阵阵列视场范围内任意一个二维偏转方向；

初始偏转步骤：将出射光束偏转到方向各相控单元的相位调制量为 其中m＝0,…,M-1，n＝0,…,N-1，Δφ_ξ、Δφ_η分别为各个子阵中横、纵向上相邻相控单元之间的相位差，

相位补偿量生成步骤：根据各个子阵的位置给其入射光施加一个相位补偿量 q＝0,…,Q-1,p＝0,…,P-1，其中，Δψ_ξ与Δψ_η为液晶光相控阵阵列中横、纵向上相邻子阵之间的相位差，和

精确偏转步骤：第(q,p)个子阵中各相控单元的相位调制量为其中m＝0,…,M-1，n＝0,…,N-1，q＝0,…,Q-1，p＝0,…,P-1；

电压代码生成步骤：通过查找二维液晶光相控阵的曲线得到相位调制量对应的电压代码v_qp(m,n)；

相位调制步骤：通过控制器将生成的电压代码v_qp(m,n)加载到液晶光相控阵阵列中相应的子阵中对应的相控单元上，调制各入射激光束的相位。