基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液晶光学、应用光学和衍射光学交叉

技术介绍
用液晶光学相控阵形成在三维空间内可编程控制单光束焦点或多光束焦点任意 无机械惯量移动的方法，对于三维光镊、激光直写、光互联等领域的应用有重要的意义。尤 其，在三维多光镊方面的应用前景很大，运用该项技术可以实现单光光镊对于单个微粒的 三维操作，多光镊子对空间不同位置的多个粒子同时捕获，并且对被捕获的各个粒子独立 进行的三维操作。目前，现有实现光束三维控制的方法主要采用机械驱动的万向反射镜或棱镜与 自动变焦镜头组合方法、机械驱动的万向反射镜或棱镜与程控变焦透镜组合方法。这些方 法都存在因机械惯量而导致的功耗大、重量大等问题。此外，近年来，还出现采用各种相位 恢复算法实现光束三维控制的方法，该方法虽然克服了机械惯量而导致的功耗大、重量大 等问题，但是其因为都采用相位恢复算法，所以只能被动方式实现光束三维控制。
技术实现思路
本专利技术为了解决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，而提出了。第一种的步骤如下步骤一设置液晶光学相控阵的光栅；首先把一个液晶光学相控阵的有效口径分 为η个分口径，其中η为自然数，再在每个分口径上形成二维周期可变闪耀光栅和可变焦透 镜相位光栅；所述的二维周期可变闪耀光栅的相位为仍(XJ)=仍(X) +仍(J)公式一公式一中，仍㈡和识⑴分别表示在χ方向和y方向的一维周期可变闪耀光栅；χ方向的一维周期可变闪耀光栅的相位为权利要求1.，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η个分口径(12)，其中η为自然数，再在每个分口径(1 上形成二维周期可变闪 耀光栅(1 和可变焦透镜相位光栅(14)；所述的二维周期可变闪耀光栅(1 的相位为 ψχ y) = ψχ (为+ψχ (7)公式一公式一中，仍(I)和识(7)分别表示在X方向和y方向的一维周期可变闪耀光栅； χ方向的一维周期可变闪耀光栅的相位为2.，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；在液晶光学相控阵(11)上形成二维等腰 三角形相位光栅(1 和二维透镜相位光栅或透镜阵列光栅(16)，所述的二维等腰三角形相位光栅(巧)的相位透过率函数为x、y两个方向一维等腰三 角形相位光栅正交表示为t^x, y) = t1(x)t1(y)公式九所述的χ方向一维等腰三角形相位光栅和y方向一维等腰三角形相位光栅的光栅周期 均为T，在每个光栅周期内均有一个高为(K的等腰三角形；将所述的等腰三角形量化成台阶状，其中每个台阶的高度是相等的，且在一个光栅周 期内有2L个台阶；χ方向一维等腰三角形相位光栅的相位透过率函数表示为全文摘要。它属于液晶光学、应用光学和衍射光学交叉
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。文档编号G02F1/13GK102122089SQ20101061137公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日专利技术者刘翔, 吴丽莹, 张建, 王东, 甘雨, 程欣 申请人:哈尔滨工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
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＜Λｘ）公式二其中，θｘ为ｘ方向的一维周期可变闪耀光栅的光束偏转角，Λｘ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＜Λｙ）公式三其中，θｙ为ｙ方向的一维周期可变闪耀光栅的光束偏转角，Λｙ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＜Λｘ，０＜ｙ＜Λｙ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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（ｆｔａｎθｘ，ｆｔａｎθｙ），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。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，王东，甘雨，吴丽莹，刘翔，程欣，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93