集成模块化电光控制激光光束扫描器制造技术

一种集成模块化电光控制激光光束扫描器，由多个结构类似的扫描子系统组成的光学固态模块级联构成，每级扫描子系统中的电光开关单元和分束器单元分别集成在单一晶体平板内。本发明专利技术具有响应速度快、结构简单紧凑、抗干扰能力强、性能稳定可靠，容易安装和校准的特点，更容易实现空间远场光束扫描系统的工程化应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种集成模块化电光控制激光光束扫描器，主要应用于扫描成像激光雷 达、空间目标监视和识别以及空间激光通信等领域中空间远场光束的非机械扫描。
技术介绍
激光光束扫描系统在激光雷达、激光通信、激光显示等方面有着重要的应用。为了 能够快速有效的捕获跟踪空间远距离目标，需要扫描速度快和扫描精度高的光束扫描器， 同时为使光束扫描器达到工程实用化，将其打包成紧凑的集成模块化的光学系统是必要 的。通常的激光光束扫描器大多采用机械扫描原理，缺点是受机械传动精度影响， 扫描精度低，而且扫描速度慢，扫描系统体积大，难以微小化集成。非机械式的激光光束 扫描器由于体积小、惯性小、扫描响应速度高和可靠性好等优点受到人们的青睐。应用 LiNb03晶体、AlGaAs及PLZT陶瓷等材料制作的光学相控阵扫描器在工程实现上的缺点是 大的光栅瓣存在，限制了光的效率和光束质量，不适合远距离空间目标的扫描 :A. Linnenberger, S.Serati, and J. Stockley, "Advances in Optical Phased Array Technology”，Proc. SPIE，6304，63040T (2006)]。万玲玉等人采用多级级联电光晶体开关和 偏振分束器的方法设计了一种电光开关阵列数字光扫描器(在先技术万玲玉等，电光 开关阵列数字光扫描器，专利技术专利，申请号200910053208. 9)。它采用多个分立的电光开关 和偏振分束器按照一定拓扑结构组成多级级联的光束扫描阵列，但是由分立元件组成的扫 描器件难以实现系统集成和安装校准。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服以上在先技术的不足，提供一种集成模块化电 光控制激光光束扫描器，由一个或多个结构类似的光学固态模块和棱镜偏转阵列级联构 成。本专利技术的特点是响应速度快、结构简单紧凑、抗干扰能力强、性能稳定可靠，容易安装和 校准。本专利技术的技术解决方案如下一种集成模块化电光控制激光光束扫描器，特点在于其构成是包括第一级扫描子系统、第二级扫描子系统、第三级扫描子系统........第m级扫描子系统、棱镜偏转阵列和电光开关控制系统所述的第一级扫描子系统第一电光晶体平板、第一电极、第一电源开关和第一分 束器组成，形成两个扫描位置；所述的第一电光晶体平板的光轴方向平行于光的传播方向， 在一块所述的第一电光晶体平板的上、下面相对地镀有一对所述的第一电极，从第一电极 引出两根正负电极连接线，构成一个第一电光开关；一块所述的第一分束器将一束线偏振 光束分成相距为L1的两束输出光；所述的第二级扫描子系统由第二电光晶体平板、第二电极、第二电源开关和第二分束器组成，形成四个扫描位置；所述的第二电光晶体平板的光轴方向平行于光的传播方 向，在所述的一块第二电光晶体平板的上下面镀有两对中心间距为L1的尺寸完全相同的第 二电极，从第二电极上分别引出两组正负电极连接线，每组分别连接一个第二电源开关，构 成两个第二电光开关；一块所述的第二分束器从第二电光开关输出的两束光中的任意一束 均分成两束相距L2的光束，共输出2组4束输出光束；......；第m扫描子系统由第m电光晶体平板、第m电极、第m电源开关和第m分束器组成， 形成2m个扫描位置；所述的第m电光晶体平板(ml)的光轴方向平行于光的传播方向，所述 的一块第m电光晶体平板的的上下面镀有2"1-1对第m电极，对应每个第m电极分别引出正负 电极连接线连接一个第m电源开关，构成2"1-1个第m电光开关；所述的一块第m分束器(m2) 将从第m级电光开关输出的2"1-1束光中的每一束均分成两束相距Lm的光束，共输出2"1-1组 2m束输出光束；在所述的2m束输出光束的光路中对应地是由2m个棱镜单元组成的棱镜阵列形成 远场光束扫描阵列；所述的第一电源开关、2个第二电源开关........Zlrt个第m电光开关之间满足的逻辑关系，由所述的电光开关控制系统控制。所述的第一电光晶体平板、第二电光晶体平板、第三电光晶体平板和第m电光晶 体平板由LiNbO3晶体、LiTaO3晶体、KDP晶体、KD*P或ADP晶体制成。所述的第一分束器、第二分束器.......和第m分束器是由方解石晶体、LiNbO3晶体或YVO4晶体制成。所述的第一分束器、第二分束器、第三分束器和第m分束器的光轴方向与入射法 线的角度设置，以实现最大的非寻常光和寻常光的分离量。所述的电源开关控制系统是根据设定的扫描路线通过控制所述的第一电源开关、 第二电源开关和第m电源开关的接通和断开状态的不同组合来实现激光光束扫描的；所述的棱镜阵列由多个棱镜单元构成，根据远场扫描光束的偏转方向，棱镜单元 由单个棱镜构成，或由水平偏转棱镜和垂直偏转棱镜的组合棱镜构成，该棱镜沿光线行进 方向的入射面为平面，出射面为斜面，该棱镜顶角由入射角、偏转角和棱镜的折射率确定， 其关系式为" = arCtan[sin(H) + —-,\_nSini2 -Cos(^-Z1)其中I1为入射光线和入射面法线间的夹角称为入射角Λ =arcsin ，η为棱\ η )镜的折射率，β为棱镜的顶角，Φ为入射光线和出射光线间的夹角称为偏转角。本专利技术的技术效果本专利技术集成模块化电光控制激光光束扫描器的突出特点是将每一级扫描子系统 中的电光开关单元集成在单一电光晶体平板材料内，同时每一级扫描子系统中的分束器单 元也集成在单一双折射晶体平板材料内。与在先技术相比，具有响应速度快、结构简单紧 凑、抗干扰能力强、性能稳定可靠，容易安装和校准等特点，更容易实现光束扫描器的工程 化应用。附图说明图1是本专利技术集成模块化电光控制激光光束扫描器的结构示意图。图2是晶体电光开关和双折射晶体分束器组合形成1X2分束原理示意图。图3是本专利技术集成模块化电光控制激光光束扫描器实施例的结构示意图。图4是本专利技术1X8扫描阵列的扫描路线图。图5是本专利技术1X8扫描阵列中的电源开关控制逻辑图。具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步详细说明本专利技术，但不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术集成模块化电光控制激光光束扫描器的原理如图1所示，由图可见，本发 明集成模块化电光控制激光光束扫描器，其构成是包括第一级扫描子系统1、第二级扫描子系统2、第三级扫描子系统3........第m级扫描子系统m、棱镜偏转阵列4和电光开关控制系统(图中未示)所述的第一级扫描子系统1第一电光晶体平板11、第一电极Q1、第一电源开关Kl 和第一分束器12组成，形成两个扫描位置；所述的第一电光晶体平板11的光轴方向平行 于光的传播方向，在一块所述的第一电光晶体平板11的上、下面镀有一对所述的第一电极 Q1，从第一电极Ql引出两根正负电极连接线，构成一个第一电光开关；一块第一分束器12 将一束线偏振光束分成相距为L1的两束输出光；所述的第二级扫描子系统2由第二电光晶体平板21、第二电极Q2、第二电源开关 K2和第二分束器22组成，形成四个扫描位置；所述的第二电光晶体平板21的光轴方向平 行于光的传播方向，在所述的一块第二电光晶体平板21的上下面镀有两对中心间距SL1 的尺寸完全相同的第二电极Q2，从第二电极Q2上分别弓I出两组正负电极连接线，每组分别 连接一个第二电源开关K2，构成两个第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成模块化电光控制激光光束扫描器，特征在于其构成是包括第一级扫描子系统（１）、第二级扫描子系统（２）、第三级扫描子系统（３）、．．．．．．、第ｍ级扫描子系统（ｍ）、棱镜偏转阵列（４）和电光开关控制系统：所述的第一级扫描子系统（１）第一电光晶体平板（１１）、第一电极（Ｑ１）、第一电源开关（Ｋ１）和第一分束器（１２）组成，形成两个扫描位置；所述的第一电光晶体平板（１１）的光轴方向平行于光的传播方向，在所述的一块第一电光晶体平板（１１）的上、下面镀有一对所述的第一电极（Ｑ１），从第一电极（Ｑ１）引出两根正负电极连接线，构成一个第一电光开关；所述的一块第一分束器（１２）将一束线偏振光束分成相距为Ｌ↓［１］的两束输出光；所述的第二级扫描子系统（２）由第二电光晶体平板（２１）、第二电极（Ｑ２）、第二电源开关（Ｋ２）和第二分束器（２２）组成，形成四个扫描位置；所述的第二电光晶体平板（２１）的光轴方向平行于光的传播方向，在一块所述的第二电光晶体平板（２１）的上下面镀有两对中心间距为Ｌ↓［１］的尺寸完全相同的第二电极（Ｑ２），从第二电极（Ｑ２）上分别引出两组正负电极连接线，每组分别连接一个第二电源开关（Ｋ２），构成两个第二电光开关；一块所述的第二分束器（２２）从第二电光开关输出的两束光中的任意一束均分成两束相距Ｌ↓［２］的光束，共输出２组４束输出光束；．．．．．．；第ｍ扫描子系统（ｍ）由第ｍ电光晶体平板（ｍ１）、第ｍ电极（Ｑｍ）、第ｍ电源开关（Ｋｍ）和第ｍ分束器（ｍ２）组成，形成２↑［ｍ］个扫描位置；所述的第ｍ电光晶体平板（ｍ１）的光轴方向平行于光的传播方向，一块所述的第ｍ电光晶体平板（ｍ１）的上下面镀有２↑［ｍ－１］对第ｍ电极（Ｑｍ），每对第ｍ电极（Ｑｍ）分别引出正负电极连接线连接一个第ｍ电源开关（Ｋｍ），构成２↑［ｍ－１］个第ｍ电光开关；一块所述的第ｍ分束器（ｍ２）将从第ｍ级电光开关输出的２↑［ｍ－１］束光中的每一束均分成两束相距Ｌ↓［ｍ］的光束，共输出２↑［ｍ－１］组２↑［ｍ］束输出光束；在所述的２↑［ｍ］束输出光束的光路中对应地是由２↑［ｍ］个棱镜单元组成的棱镜阵列（４）形成远场光束扫描阵列；所述的第一电源开关（Ｋ１）、２个第二电源开关（Ｋ２）、．．．．．．、２↑［ｍ－１］个第ｍ电光开关（Ｋｍ）之间满足的逻辑关系，由所述的电光开关控制系统控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫爱民，职亚楠，孙建锋，刘立人，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]