[发明专利]基于液晶空间光调制器的径向子孔径相位生成办法

说明书

本发明公布了一种基于液晶空间光调制器的径向子孔径相位生成办法，属于主动光电系统中的非机械式光束偏转技术领域。主要针对小口经光束入射条件下，调制器进行光束偏折时扫描精度有限的问题。该相位生成方法主要是将调制器的有效调制区域划分为两个扇形区域，两区域的分别加载传统变周期相位法所能够扫描的相邻间隔角度。通过改变两个扇形区域的面积占比来实现最终两区域对应角度之间的其它精细角度。该方法可以适用于任意毫米级口径的中心对称光束，能够在系统硬件条件不改变的情况下大幅提高系统的扫描精度，最小扫描间隔角度从原来的十微弧度量级压缩至亚微弧度量级，并且通过区域面积比例的适当修正，扫描间隔角度能够基本保持稳定，系统以此能够实现超高采样密度的等间隔光束扫描。

技术领域

本发明属于主动光电系统中的非机械式光束偏转技术领域，具体是指一种利用液晶空间光调制器实现光束偏转的新型相位生成算法。

背景技术

在主动光电系统中，光束偏转的范围、精度、速度以及稳定性等因素往往决定了整个光电系统的性能，基于液晶光学相控阵技术的非机械式光束偏转系统具有可编程控制、体积小、重量轻、损耗低、快速响应等巨大优势，因此在激光通信、激光雷达等领域具有广泛的应用前景。

液晶空间光调制器以液晶光学相控阵技术为核心，是一种典型的非机械式波束调制器件。由于近年来液晶器件制作工艺的不断提升，在以此实现的光束偏转过程中，光束偏转的绝对指向误差已经可以降低至微弧度量级。但是受到光束偏转的指向误差的影响，调制器的扫描精度仍有待提高，即如果将光束偏转系统的扫描间隔角度设置成与指向误差相同的量级，就会造成不同角度处的实际扫描间隔角数值会有极大的相对误差，而这是激光雷达应用中目标实时跟踪，目标精细结构探测等诸多技术所不能允许的。因此为保持扫描角度序列的均匀性与等距性，目前大多数调制器的最小扫描间隔角度都被限制在几十微弧度量级。

目前已有的横向区域分割技术能够使扫描间隔角度达到十微弧度以下，但是这类方法只能适用于入射光束为平面波并且光束充满调制器有效调制区域的情况。对于很多实际应用的扫描系统(尤其是高度集成化的多光束并行扫描系统)，为提高能量利用率以及压缩系统尺寸，其控制光束往往是能量分布中心对称的高斯光束或平面波，并且光束孔径小于调制器有效调制区域的宽度。直接使用原有的横向区域分割技术会使得出射光束的实际偏转角度严重依赖于入射光的口径，并且可实现的最小扫描角间隔数值极不稳定。为了应对这种情况，本发明放弃了传统相位控制算法中的横向区域分割方法(SAC)，利用液晶空间光调制器具有二维像素结构的优势，将调制器的有效区域分割成扇形结构，而非原有的条形结构。在两个扇形区域加载不同扫描角度对应的相位分布，通过调整两个扇形区域的面积比例来实现最终扫描角度的微调。最终对不同口径的细光束实现超高扫描精度的偏转角度控制，最终最小扫描间隔角度可达到亚微弧度量级。

发明内容

本发明的目的在于设计一种针对小孔径对称光束的相位生成方法，使波前调制后的偏转光束能够实现超高扫描精度，扫描间隔角度达到亚微弧度量级，并且对于任意口径(最大口径小于调制器面板宽度)的光束都能得到稳定不变的扫描角度序列。

下述本发明的具体内容：

目前为实现光束偏转的最基本的相位生成算法是变周期法(VPG)，对于期望的光束偏转角度θ_ideal，理论上调制器面板上的整体相位分布如(1)式所示：