光学相控阵扫描的理论研究.pdf

第 25 卷第 2 期 长春理工大学学报 Vol25 No 2 2 0 0 2 年 6 月 Journal of Changchun Univer sit y of Science and Technology J un . 2 0 0 2 文章编号 : 1004 - 485X (2002) 02 - 047 - 03 光学相控阵扫描的理论研究 1 2 3 吕秀品 　冯克成 　刘伟奇 ( 1. 汕头大学 , 广东 汕头 5 15049 ; 2 . 长春理工大学 , 吉林 长春 130022 ; 3 . 长春光学精密机械与物理研究所 , 吉林 长春 130022) 摘 　要 : 本文给出近场光学相控阵扫描的理论分析及计算 , 并得出结论 : 当相控阵单元规则 排列并发生近场干涉时 , 相控单元的尺寸可取得比波长长 , 而且相控阵在给定的扫描方向上 只有一个扫描亮点 。 关键词 : 光学相控阵; 激光扫描 ; 微透镜 ; 近场干涉 中图分类号 : TN24 1 　文献标识码 : A 　　光学相控阵扫描原理及其装置的研究起始于 1 　理论计算 70 年代 , 其来源于雷达中的列阵天线扫描 , 与 微波天线扫描的特点相类似 , 具有无惯性 、高灵 图 1 是近场规则排列光学相控阵的扫描原理 敏度等特点[ 1 ] 。在阵列光学相位调制的基础上 , 图。相控阵装置是由n 个调制阵列和微透镜阵列 通过相位延迟 , 来有效的控制波前 , 从而达到光 组成 ( D = n d ) , 调制单元的大小和微透镜单 束偏转的 目的[2 ] 。目前人们 已经用各种 电光晶 元的大小相同 , 一个调制单元加一个微透镜单元 体材料如 LiN bO3 、GaAlA S 、液晶、PL ZT 等制 构成一个相控单元 , 由于从各相控单元到空间 成光学相控阵扫描器[ 1 ] , 并且均是采用衍射光 A 点各条光线之间的光程差是固定的 , 为使在 ( ) 学元件 DO E 来实现光束的偏转 。由于光学相 A 点产生干涉最大 , 可以通过调制各个相控单 控阵相控单元的加工尺寸受到所用波长的限制 , 元上的电压实现相位延迟来改变调制阵列各个单 λ [3 ] 即: d ≤ / 2 , 因此相控单元尺寸必须很小 , 元与 A 点间的相位关系来满足干涉条件 。 工艺难度增大 , 制作成本增加 ; 同时电场的边缘 效应及光学衍射将会使光学效率降低[4 ] 。针对上 述问题 , 文献 4 提出了不规则光学相控阵扫描 法 , 并得出结论 : 光学相控单元做不规则排列 , 相控单元的尺寸将不会受到波长的限制 , 相控单 元的尺寸可比波长长 , 且相控阵在给定的方向上 只有一个扫描亮点在其他方向上没有[4 ] 。它采 用远场干涉 , 相控单元不规则排列 , 但是计算量 巨大 , 排列比较复杂 , 加工困难难以实现 。本文 提出了用近场相控单元规则排列法代替远场不规 图 1 　近场干涉规则光学相控阵原理图 　　图 1 所示的近场规则相控阵扫描 , 由于近场 则光学相控阵扫描法 , 进行光强计算 , 得出和文 干涉 , 各个相控单元与产生干涉最强的 A 点之 献 4 一样的结论 , 但是同文献 4 相比,