[发明专利]一种基于旋转双闪耀光栅的二维光束偏转的方法

说明书

技术领域

本发明属于光束控制技术领域，具体涉及一种基于旋转双闪耀光栅的二维光束偏转的方法。

背景技术

光束偏转控制技术是指对通过控制激光光束的波前对光束的传输方向等进行精确控制的技术，在激光雷达、激光通信、光存储等领域都发挥着不可或缺的作用。自上世纪以来，光束偏转技术不断革新取得了很多突破性的进展，经历了从传统机械装置向新型机械器件、微机械器件以及无机械器件惯量的发展历程。其中，机械式光束偏转技术依赖万向节、转向台等机械设备通过改变光轴的方向来实现光束的偏转，其典型技术有机械转台、电动扫描等；微机械式主要指依赖例如微机电系统等通过较小的位移控制来实现光束偏转，其典型技术有旋转双棱镜、扫描微平面镜、偏心透镜和微透镜阵列；非机械式光束偏转技术依靠衍射控制或者波前调制等方式实现光束的偏转控制，其典型技术有声光调制、液晶相控阵等；其中，机械转台存在体积笨重、机械转动惯量大、控制复杂等缺点，电动扫描同样存在光学镜片尺寸以及个数受限等问题，扫描微平面镜器件的占空比及较大，且受面镜尺寸及个数的限制，偏心透镜和微透镜阵列系统本身控制复杂，声光调制和液晶调制普遍面临工作谱宽窄、衍射效率低、扫描范围小等问题。

其中，微机械式的旋转双棱镜方法具有偏转角度大，光波段范围宽，透射率高等优点，作为折射棱镜光束指向装置的典型代表，旋转双棱镜为光束指向调整和扫描提供了一种简单而充满潜力的方式，光束指向装置的回转轴位于同一直线，无线绕力矩，无需滑环，避免了导线绕动问题，因而还具有结构紧凑、转动惯量小、光束转向速度快、对载体振动不敏感、工作可靠性高等特点。但是，该方法偏转角度范围与棱镜的楔角有关，偏转角度越大需要棱镜的楔角越大，需要棱镜的体积和重量都大，实现随机指向困难且具有机械惯量构，当构成阵列时，阵列光束的占空比不高等；

针对现有技术存在的不足之处，本发明提出了一种基于旋转双闪耀光栅的二维光束偏转的方法，并给出了相应的装置，如图1所示。该方法不仅可以实现高精度、低损耗的光束偏转，而且装置简单，系统体积小、轻便。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于旋转双闪耀光栅的二维光束偏转的方法，可实现高精度、低损耗的光束偏转，而且系统体积小、轻便。

本发明采用的技术方案为：一种基于旋转双闪耀光栅的二维光束偏转的方法，在双闪耀光栅的控制二维光束偏转的过程中，光源入射到闪耀光栅1上，再通过闪耀光栅2，两闪耀光栅进行绕轴独立旋转，从而实现出射光束的二维偏转。根据两闪耀光栅的旋转角度可得出出射光束的偏转角和方位角。

①实现该方法的装置包括旋转双闪耀光栅、旋转电机、位置传感器、探测器以及控制器，两双闪耀光栅垂直于光束传播方向平行放置，旋转电机在闪耀光栅边沿带动光栅旋转，控制器连接旋转电机控制光栅的旋转方向和调整绕轴旋转角度，位置传感器位于旋转电机和控制器之间可测量旋转角度，探测器可探测到目标所在位置的方向角和偏转角，可反向通过控制器调整旋转双闪耀光栅使出射光束指向目标。在双闪耀光栅的控制二维光束偏转的过程中，光源入射到第一闪耀光栅上，再通过第二闪耀光栅，两闪耀光栅进行绕轴独立旋转，从而实现出射光束的二维偏转，根据两闪耀光栅的旋转角度可得出出射光束的偏转角和方位角；

②基于旋转双闪耀光栅控制二维光束偏转的过程中，平行光束首先通过第一闪耀光栅后实现偏转，偏转光束再通过第二闪耀光栅后实现二次偏转，通过两闪耀光栅的绕轴独立旋转，从而实现光束的二维偏转，两光栅的旋转角度不同，出射光束的指向位置就不同。

③当光线平行入射，两光栅对光束的偏转角分别为：系统总偏转矢量Φ可看作δ₁和δ₂的矢量和。偏转矢量Φ在δ_X和δ_Y轴上的投影分量分别为：

Φ_x＝δ₁cosθ₁+δ₂cosθ₂，

Φ_y＝δ₁sinθ₁+δ₂sinθ₂，

式中θ₁和θ₂分别为第一闪耀光栅、第二闪耀光栅的旋转角，δ₁为光束经过第一闪耀光栅的偏转矢量，δ₂为光束经过第二闪耀光栅的偏转矢量。

则出射光束的偏转角Φ和方位角Θ可通过下式计算：