專利名稱：一種規(guī)則排列和非等焦距微透鏡陣列相控陣光掃描方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學技術領域，涉及一種對非規(guī)則排列微透鏡相控陣光掃描方法的改進。
在先技術中國專利CN1182220A。相控陣的概念是指由很多相控單元按一定規(guī)律排列而構成一個陣列，對每個單元都可同時用電信號調解該單元的光學折射率的變化，從而使通過這一陣列的平面光波(平行光)對應每一單元的光程受到不同調制。如圖1，平面波1通過透明公共電極2、電光晶體3、相控單元控制透明電極4、微透鏡陣列5匯聚到微透鏡焦點6，形成多光束干涉子波源，可實現遠場和近場干涉。要想在空間某點或某個方向上使得通過每個單元的光束都能達到彼此同位相，而產生多光束干涉，則只需控制每個相控單元對光波的相位補償，來滿足產生相干最大的相位條件。通常，為了保證相控陣只在一個設定點或方向上產生干涉最大，而在其它點或方向上強度接近于零，相控單元間的距離d必須小于相控陣所涉及的電磁波波長的一半。因為當相控單元間距大于波長時，在2π空間的不同方向上相鄰點的光程差就會大于波長，進而就會產生很多干涉最大，使干涉最大并不唯一，背景光嚴重。
關于相控單元及單元間距d大于所涉及波長而又不產生有多個干涉最大同時出現，在先技術在解決這一問題時提出了兩項技術1)引入微透鏡陣列，2)微透鏡陣列中微透鏡間距采用非規(guī)則排列。微透鏡陣列與每個相控單元對應，目的是將通過每個相控單元的平行光1各自匯聚在自己的焦點6上，形成點光源陣列，將相控單元的大尺寸縮小成點，并在遠場干涉其輸出為波前7，見圖1。非規(guī)則排列是為消除由于相控單元間距大于波長而產生多個干涉最大同時出現的問題。在先技術用遠場干涉原理推導出只要各相控單元或微透鏡焦點間的距離不是完全相等，呈非規(guī)則排列，就不會同時產生多個干涉最大。從圖1中可以導出，當d1=d2=d3=……=dm時，在遠場可出現多級干涉級次，而當d1≠d2≠d3≠……≠dm時，且不存在著整數倍的關系，則在遠場只會產生一個干涉最大。這是在先技術按照遠場干涉原理得出的非規(guī)則排列方法。
本發(fā)明的目的是解決在先技術采用微透鏡陣列非規(guī)則排列，使得微透鏡陣列的制作困難、成本高的問題，提供一種技術實現容易、降低成本的微透鏡陣列規(guī)則排列的相控陣光學掃描方法。
本發(fā)明的詳細內容采用微透鏡陣列，其特點是1)在近場干涉時，首先使每個相控單元和對應的每個微透鏡間的距離d按等間距排列且間距大于所使用的波長，通過調節(jié)每個相控單元電極4的電壓來改變該單元的光學折射率，使通過的全部光束對應空間某一點產生同相位，并使相控單元在該點以外的所有其它空間點不同時產生同相位；2)在遠場干涉時，采用每個相控單元和每個微透鏡間的距離按等間距排列，但每個微透鏡的焦距是彼此不相等的，這些焦點構成的子波源在遠場干涉時，可產生唯一的干涉最大。具體如下首先考察近場干涉，如圖2中d是相控單元間隔，相控陣列中相控單元間隔的距離雖然相等d1=d2=d3=…=dm，但是對于近場空間不同的干涉點而言，當調節(jié)各相控單元使之對應空間某一指定點產生同相，則對該點以外的任何空間點是不可能有全部的相控單元都在那點同時產生同位相的，因為對于指定點以外的所有其它點對應相控陣各單元的光程是不可能彼此相差所用波長λ整數倍的。如圖3，在遠場干涉情況下微透鏡陣列中各微透鏡均呈規(guī)則排列，即微透鏡中心線間的距離d是相等的，但微透鏡陣列中每個微透鏡的焦距是彼此不等的。這種規(guī)則排列的不等焦距的微透鏡陣列，在遠場干涉條件下，對空間任何方向，每個微透鏡的焦點彼此相對遠場的光程差是不滿足波長整數倍關系的，因此在任何方向上都不會產生干涉最大，只有對相控陣調制后，才能在指定方向上產生唯一的干涉主最大。
應該指出，當相控單元間距d大于所使用的波長時，不論是采用非規(guī)則排列的遠場干涉，還是采用規(guī)則排列的近場干涉，都會有背景光存在，但它與干涉點光強相比相差很大。
本發(fā)明的實施例和動態(tài)工作過程如圖2，當需要使通過相控陣的光在某一平面內掃描時，可以對相控單元的控制透明電極4并行施加調制信號。這些調制信號是通過控制透明電極4和透明公共電極2作用于電光晶體3，使之產生補償光程，以滿足所有相控單元到掃描的點的光程均為波長的整數倍。這些調制信號的大小是事先計算好的，并存放在存儲器中。具體掃描過程如下當平面波1通過透明公共電極2、電光晶體3、相控單元控制透明電極4、微透鏡陣列5匯聚到微透鏡焦點6形成子波源時，這些子波源相對掃描點的光程已經被調制信號所補償，全部都滿足波長的整數倍，即在掃描點7形成干涉最大，隨著下一組調制信號的到來，平面波1就在下一個掃描點7干涉。
本發(fā)明的積極效果本發(fā)明采用規(guī)則排列等焦距或不等焦距的微透鏡陣列和相控單元，比在先技術的非規(guī)則排列的微透鏡陣列和相控單元在技術上容易實現，成本低。在不同干涉條件下，同樣可以實現只有一個干涉最大，而無伴隨光束的光掃描。本發(fā)明對實際應用提供簡便可行的技術途徑。


如下圖1，在先技術規(guī)則相控陣遠場干涉原理剖面圖；圖2，本發(fā)明規(guī)則排列、等焦距近場干涉原理剖面圖；圖3，本發(fā)明規(guī)則排列、不等焦距遠場原理剖面圖。
權利要求
1.一種規(guī)則排列和非等焦距微透鏡陣列相控陣光掃描方法，采用微透鏡陣列，其特征是1)在近場干涉時，首先使每個相控單元和對應的每個微透鏡間的距離d按等間距排列且間距大于所使用的波長，通過調節(jié)每個相控單元電極的電壓來改變該單元的光學折射率，使通過的全部光束對應空間某一點產生同相位，并使相控單元在該點以外的所有其它空間點不同時產生同相位；2)在遠場干涉時，采用每個相控單元和每個微透鏡間的距離按等間距排列，但每個微透鏡的焦距是彼此不相等的，這些焦點構成的子波源在遠場干涉時，產生唯一的干涉最大。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學技術領域,涉及一種對非規(guī)則排列微透鏡相控陣光掃描方法的改進。本發(fā)明采用規(guī)則排列等焦距或不等焦距的微透鏡陣列和相控單元,比在先技術的非規(guī)則排列的微透鏡陣列和相控單元在技術上容易實現,成本低。在不同干涉條件下,同樣可以實現只有一個干涉最大,而無伴隨光束的光掃描。本發(fā)明對實際應用提供簡便可行的技術途徑。
文檔編號G02F1/01GK1294308SQ9912303
公開日2001年5月9日 申請日期1999年10月28日 優(yōu)先權日1999年10月28日
發(fā)明者劉偉奇, 馮睿 申請人:中國科學院長春光學精密機械研究所