[发明专利]基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法

摘要

基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法。它属于液晶光学、应用光学和衍射光学交叉技术领域。它解决了现有方法存在因机械惯量而导致的功耗大和重量大的问题，以及控制方式为被动控制的缺陷。其中采用了两种方法：一种把一个液晶光学相控阵的有效口径分为多个分口径，在每个分口径上形成二维周期可变闪耀光栅和可变焦的透镜相位光栅复合而成的复合相位光栅；另一种二维等腰三角形相位光栅与二维透镜相位光栅或透镜阵列光栅复合而成的复合相位光栅；都分别通过调整复合相位光栅的相位控制焦点在三维空间内的无机械惯量任意移动；它不仅各服了机械惯量导致的问题，而且能够主动实现光束三维无机械惯量、独立控制。

主权项

1.基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法，其特征在于它的步骤如下：步骤一：设置液晶光学相控阵(11)的光栅；首先把一个液晶光学相控阵(11)的有效口径分为n个分口径(12)，其中n为自然数，再在每个分口径(12)上形成二维周期可变闪耀光栅(13)和可变焦透镜相位光栅(14)；所述的二维周期可变闪耀光栅(13)的相位为：公式一公式一中，和分别表示在x方向和y方向的一维周期可变闪耀光栅；x方向的一维周期可变闪耀光栅的相位为：(0＜x＜Λ_x)                                                    公式二其中，θ_x为x方向的一维周期可变闪耀光栅的光束偏转角，Λ_x为x方向的一维周期可变闪耀光栅的光栅周期；y方向的一维周期可变闪耀光栅的相位为：(0＜y＜Λ_y)                                                    公式三其中，θ_y为y方向的一维周期可变闪耀光栅的光束偏转角，Λ_y为y方向的一维周期可变闪耀光栅的光栅周期；根据公式一、公式二和公式三推导得到，二维周期可变闪耀光栅(13)的相位为：(0＜x＜Λ_x，0＜y＜Λ_y)                                        公式四可变焦透镜相位光栅的相位为：公式五其中，f为透镜的焦距；步骤二：获得液晶光学相控阵(11)上的复合相位光栅的相位；每个分口径(12)上都具有二维周期可变闪耀光栅(13)和可变焦透镜相位光栅(14)，则每个分口径(12)上的二维周期可变闪耀光栅(13)和可变焦透镜相位光栅(14)复合成一个复合相位光栅，所述的复合相位光栅的相位为：公式六根据步骤一中的公式四和公式五推出，复合相位光栅的相位为：公式七根据公式七得到每个分口径(12)上的复合相位光栅，由于分口径(12)为n个，所以得到液晶光学相控阵(11)上的n个复合相位光栅；步骤三：一束平行均匀的单色光入射到加载有步骤二所述的复合相位光栅的液晶光学相控阵(11)上；每一个分口径(12)上的出射光波的光场为：公式八对公式八进行傅立叶变换，获得单色光入射到液晶光学相控阵(11)上所在分口径(12)的焦平面上焦点的坐标(ftanθ_x，ftanθ_y)，并将所述的坐标参数带入到公式七中得到复合相位光栅的相位，并根据所述相位控制修改液晶光学相控阵(11)所在复合相位光栅，从而使液晶光学相控阵(11)分割而成的各分口径(12)相互独立，从而实现了多个焦点的三维独立操控。