CN102073186B - 基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置及扫描方法 - Google Patents

Abstract

基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置及扫描方法，它涉及液晶光学、应用光学和衍射光学交叉技术领域，它解决了现有技术只能实现小角度光束偏转扫描的瓶颈，并且在实现大角度光束偏转扫描的同时保证角度分辨率能达到衍射极限甚至更高分辨率。本发明是利用一层透镜或透镜阵列和两层液晶光学相控阵形成的液晶透镜或液晶透镜阵列实现大角度光束偏转扫描，然后，在光束出射的液晶光学相控阵上替加一个闪耀光栅相位，实现连续光束偏转扫描，最终达到大角度连续光束偏转扫描。在自由空间光通信、激光雷达、光镊、激光直写、光互联、投影显示、光信息存储等领域有着重大的应用前景。

Description

基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置及扫描方法

技术领域

本发明属于液晶光学、应用光学和衍射光学交叉技术领域。

背景技术

运用液晶光学相控阵实现无机械惯量可编程控制的大角度连续光束偏转扫描技术，在自由空间光通信、激光雷达、光镊、激光直定、光互联、投影显示、光信息存储等领域有着重大的应用前景。其中，激光雷达、光镊、激光直定等，对于无机械惯量、可编程控制的大角度连续光束偏转需求迫切，然而只利用液晶光学相控阵的相位调制特性形成偏心透镜或透镜阵列相位分布实现大角度光束偏转技术虽然实现了大角度的光束偏转，但是由于偏心透镜或透镜阵列的偏转机制决定了实现的光束偏转角度是一系列离散的角度。

发明内容

本发明为了解决现有技术只能实现小角度光束偏转扫描的瓶颈，并且在实现大角度光束偏转扫描的同时保证角度分辨率能达到衍射极限甚至更高分辨率，而提出了一种基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置及扫描方法。

基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置依次沿垂直光轴方向平行放置有一个透镜或透镜阵列、第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵，其中第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵的相移单元的像素尺寸相同和填充系数相同，并且第一液晶光学相控阵产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列，第二液晶光学相控阵产生第二液晶透镜或液晶透镜阵列和变周期或变闪耀的闪耀光栅，所述的透镜或透镜阵列、第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的有效口径相同且中心同轴；透镜或透镜阵列的焦距为f₀，第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列焦距分别为f₁和f₂，其中，透镜或透镜阵列的焦距f₁和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的焦距f₂相等，且透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，

第一液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜或负透镜；

若第一液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，则满足f₀＝f₁＝f₂，其中透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列共焦，第一液晶透镜或液晶透镜阵列位于透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的共焦平面上；

若第一液晶透镜或液晶透镜阵列为负透镜，则满足4f₁＝f₀＝f₂，其中透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列相隔一倍焦距放置，第一液晶透镜或液晶透镜阵列位于透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的中间位置上；

变周期或变闪耀的闪耀光栅设置在第二液晶透镜或液晶透镜阵列的光束出射位置上。

基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描方法的步骤如下：

步骤一：先选择透镜或透镜阵列，再选择产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列的第一液晶光学相控阵，以及产生第二液晶透镜或液晶透镜阵列和变周期或变闪耀的闪耀光栅的第二液晶光学相控阵，所选择的第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵的每个相移单元的像素尺寸相同和填充系数相同，并且能够产生与透镜或透镜阵列的有效口径相同的第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列；

步骤二：计算得到第一液晶透镜或液晶透镜阵列的初始相位图和第二液晶透镜或液晶透镜阵列与变周期或变闪耀的闪耀光栅的初始复合相位图，并其分别加载在第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵上，产生相应的第一液晶透镜或液晶透镜阵列、第二液晶透镜或液晶透镜阵列和变周期或变闪耀的闪耀光栅，所述的变周期或变闪耀的闪耀光栅位于第二液晶透镜或液晶透镜阵列的光束出射位置上；

步骤三：光束不偏转时，设定装置中透镜或透镜阵列、第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵的初始位置，

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，则满足f₀＝f₁＝f₂，其中透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列共焦，第一液晶透镜或液晶透镜阵列位于透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的共焦平面上；

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列为负透镜，则满足4f₁＝f₀＝f₂，其中透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列相隔一倍焦距放置，第一液晶透镜或液晶透镜阵列位于透镜或透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的中间位置上；

步骤四：光束偏转时，根据偏转角度θ计算所需的偏转相位图和偏转复合相位图，并其分别加载在第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵上，依据第一液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜还是负透镜分为两种偏转情况：

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，

第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的偏心量满足Δ₁＝Δ₂和偏心方向相同，第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵的相位图同方向偏离原始中心同步改变，从而来产生实际使用透镜时所需的偏心量；

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列为负透镜，

第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第二液晶透镜或液晶透镜阵列的偏心量满足关系2Δ₁＝Δ₂和偏心方向相反，第一液晶光学相控阵和第二液晶光学相控阵的相位图同步向相反方向偏离原始中心分别改变，从而来产生实际实现光束偏转时所需的偏心量；

步骤五：光束通过经过步骤四调整后的装置从而产生非机械无惯量光束偏转所需要的偏心量，以达到期望的光束指向。

本发明提出在光束出射的液晶光学相控阵上替加一个闪耀光栅相位来实现光束的连续偏转扫描，从而实现大角度连续光束扫描。本发明的目的是利用一层透镜或透镜阵列和两层液晶光学相控阵形成的液晶透镜或液晶透镜阵列实现大角度光束偏转扫描，然后，在光束出射的液晶光学相控阵上替加一个适当的闪耀光栅相位，实现连续光束偏转扫描，最终达到大角度连续光束偏转扫描。具有无机械惯量、可编程控制、保证角度分辨率很高的前提下实现大角度偏转扫描的特点。

本发明的优点是：

1、突破了液晶光学相控阵只能实现小角度光束扫描的瓶颈，保证角度分辨率很高的前提下实现大角度偏转扫描。

2、采用该方法继承了液晶光学相控阵光束偏转扫描的无机械惯量和随机可编程控制的特性，大大减轻了扫描装置的体积、重量和功耗。

3、采用一个透镜或透镜阵列10节省了成本。

附图说明

图1至图8为透镜或透镜阵列10与二个液晶光学相控阵通过相位调制形成的二个液晶透镜或液晶透镜阵列的示意图，其中，图1为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜时形成的三个液晶透镜的侧向示意图，图2为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜时形成的三个液晶透镜的轴向示意图，图3为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜时形成的三层液晶透镜的侧向示意图，图4为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜时形成的三层液晶透镜的轴向示意图，图5为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜阵列时形成的三个液晶透镜阵列的侧向示意图，图6为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜阵列时形成的三个液晶透镜阵列的轴向示意图，图7为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜阵列时形成的三层液晶透镜阵列的侧向示意图，图8为第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜阵列时形成的三层液晶透镜阵列的轴向示意图；图9为第一液晶光学相控阵11产生的第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜情况下，三个液晶光学相控阵形成的三个液晶透镜或液晶透镜阵列焦距满足f₀＝f₁＝f₂，正在进行光束扫描时候的示意图；图10为第一液晶光学相控阵11产生的第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜情况下，三个液晶光学相控阵形成的三个液晶透镜或液晶透镜阵列焦距满足4f₁＝f₀＝f₂，正在进行光束扫描时候的示意图；图11为分辨率为M*N的相移单元，其相移单元大小为d_x*d_y平方微米，其口径大小为M*d_x、N*d_y的液晶光学相控阵的结构示意图；图12为在液晶光学相控阵上形成一个预期焦距的透镜或透镜阵列的相位图，从而模拟出透镜或透镜阵列相位图的示意图，其中g为预期焦距的透镜或透镜阵列的相位图，h为模拟出透镜或透镜阵列相位图的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图12说明本实施方式，本实施方式是基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置依次沿垂直光轴方向平行放置有一个透镜或透镜阵列10、第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12，

其中第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12的相移单元的像素尺寸相同和填充系数相同，并且第一液晶光学相控阵11产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列21，第二液晶光学相控阵12产生第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和变周期或变闪耀的闪耀光栅23，

所述的透镜或透镜阵列10、第一液晶透镜或液晶透镜阵列21和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的有效口径相同且中心同轴；

透镜或透镜阵列10的焦距为f₀，第一液晶透镜或液晶透镜阵列21和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22焦距分别为f₁和f₂，

其中，

透镜或透镜阵列10，用于收集光束聚焦作用；

第一液晶透镜或液晶透镜阵列21，用于场镜作用，减少光束泄漏；

透镜或透镜阵列10的焦距f₁和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的焦距f₂相等，且透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜，

第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜或负透镜；

若第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜，则满足f₀＝f₁＝f₂，其中透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22共焦，第一液晶透镜或液晶透镜阵列21位于透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的共焦平面上；

若第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜，则满足4f₁＝f₀＝f₂，其中透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22相隔一倍焦距放置，第一液晶透镜或液晶透镜阵列21位于透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的中间位置上；

为了实现大角度偏转扫描的前提下保证角度分辨率能达到衍射极限甚至更高分辨率，变周期或变闪耀的闪耀光栅23设置在第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的光束出射位置上。

第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12为为分辨率为M*N的相移单元，其相移单元大小为d_x*d_y平方微米，其口径大小为M*d_x、N*d_y的液晶光学相控阵。

具体实施方式二：结合图1至图12说明本实施方式，本实施方式的步骤如下：

步骤一：先选择透镜或透镜阵列10，再选择产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列21的第一液晶光学相控阵11，以及产生第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和变周期或变闪耀的闪耀光栅23的第二液晶光学相控阵12，所选择的第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12的每个相移单元的像素尺寸相同和填充系数相同，并且能够产生与透镜或透镜阵列10的有效口径相同的第一液晶透镜或液晶透镜阵列21和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22；

步骤二：计算得到第一液晶透镜或液晶透镜阵列21的初始相位图和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22与变周期或变闪耀的闪耀光栅23的初始复合相位图，并其分别加载在第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12上，产生相应的第一液晶透镜或液晶透镜阵列21、第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和变周期或变闪耀的闪耀光栅23，所述的变周期或变闪耀的闪耀光栅23位于第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的光束出射位置上；

步骤三：光束不偏转时，设定装置中透镜或透镜阵列10、第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12的初始位置，

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜，则满足f₀＝f₁＝f₂，其中透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22共焦，第一液晶透镜或液晶透镜阵列21位于透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的共焦平面上；

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜，则满足4f₁＝f₀＝f₂，其中透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22相隔一倍焦距放置，第一液晶透镜或液晶透镜阵列21位于透镜或透镜阵列10和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的中间位置上；

步骤四：光束偏转时，根据偏转角度θ计算所需的偏转相位图和偏转复合相位图，并其分别加载在第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12上，

偏转相位图生成的第一液晶透镜或液晶透镜阵列21和偏转复合相位图中的透镜相位生成的第二液晶透镜或液晶透镜阵列22依赖于用于产生光束偏转所需要的偏心量；偏转复合相位图是由透镜相位和闪耀光栅相位线形替加复合而成；用于产生光束偏转所需要的偏心依据第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜还是负透镜分为两种偏转情况：

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜，

第一液晶透镜或液晶透镜阵列21和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的偏心量满足Δ₁＝Δ₂和偏心方向相同，第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12的相位图同方向偏离原始中心同步改变，从而来产生实际使用透镜时所需的偏心量；

当第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜，

第一液晶透镜或液晶透镜阵列21和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的偏心量满足关系2Δ₁＝Δ₂和偏心方向相反，第一液晶光学相控阵11和第二液晶光学相控阵12的相位图同步向相反方向偏离原始中心分别改变，从而来产生实际实现光束偏转时所需的偏心量；

步骤五：光束通过经过步骤四调整后的装置从而产生非机械无惯量光束偏转所需要的偏心量，以达到期望的光束指向。

具体实施方式三：结合图11和图12说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于所述初始相位图、初始复合相位图、偏转相位图和偏转复合相位图是通过相位函数所得到的；

首先，第一液晶透镜或液晶透镜阵列21和第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的偏心量的表达式为：

Δ(x，y)＝(Δ(x)，Δ(y))＝(x·d_x，y·d_y)0≤x≤M/2，0≤y≤N/2

其中，x，y分别为X，Y两个方向的移动步数；M，N分别为相控阵的X，Y两个方向相移单元个数；d_x，d_y液晶相控阵的相移单元尺寸；

第一液晶光学相控阵11的相位图的相位函数为：

其中，

f₁为透镜的焦距，C为常数；

在第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为正透镜时：Δ₁(x，y)＝Δ₂(x，y)；

在第一液晶透镜或液晶透镜阵列21为负透镜时：负号表示偏心方向相反；

第二液晶光学相控阵12的复合相位图的复合相位函数为：

为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的相位函数为：

其中

f₂为透镜的焦距，C为常数；

为变周期或变闪耀的闪耀光栅23的相位函数为：

(1≤Λ_x≤M，1≤Λ_y≤N)

θ_x为X方向的光束偏转角，Λ_x为X方向的光栅周期；θ_y为X方向的光束偏转角，Λ_y为Y方向的光栅周期；(n-1)D为光束通过厚度为D的液晶光学相控阵的光程差；d_x，d_y液晶光学相控阵的相移单元尺寸；λ为光波长；

然后，第一液晶光学相控阵11的相位图依据相位函数生成；第二液晶光学相控阵12的相位图依据复合相位函数

生成；其它步骤与具体实施方式二相同。

本发明根据液晶光学相控阵的相位调制特性形成偏心液晶透镜或透镜阵列相位分布实现大角度光束偏转，在光束出射的液晶光学相控阵上替加一个适当的闪耀光栅相位来实现光束的连续偏转扫描，从而实现光束的大角度连续扫描指向的目的。透镜或透镜阵列10没有偏心量因而采用了物理透镜或透镜阵列，节省了其装置的成本；第一液晶透镜或液晶透镜阵列21的偏心量同第二液晶透镜或液晶透镜阵列22有一定的数学关系，也就是只要确定了第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的偏心量就能够确定第一液晶透镜或液晶透镜阵列21的偏心量，从而确定其大偏转角度。第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的偏心量是通过预期的大偏转角度来确定的，这是人为给定一个角度，就对应一个第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的偏心量。由透镜的偏心量实现的离散较大范围偏转角度为：

$({Q^{\′}}_x,{Q^{\′}}_y)=\arctan \frac{{\mathrm{\Δ}}_2(x,y)}{f_2}=[\frac{\arctan (x\·d_x)}{f_2},\frac{\arctan (y\·d_y)}{f_2}]$

θ′_x为X方向的偏转角度，θ′_y为Y方向的偏转角度；θ′_x，θ′_y分别代入斜入射一级闪耀光栅方程的入射角度；斜入射一级闪耀光栅方程为：

Λ(sini+sinθ)＝λ

其中，Λ为光栅周期，i为光束入射角度，θ为光栅的出射闪耀角度，上述θ′_x，θ′_y带入到此参量中；

在实现大角度偏转扫描的前提下，还要保证角度分辨率能达到衍射极限甚至更高分辨率，因此获得本发明提出的连续高分辨较大范围偏转角度表达为：

$({\mathrm{\θ}}_x,{\mathrm{\θ}}_y)=[\arcsin (\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\Λ}}_x}-\sin {{\mathrm{\θ}}^{\′}}_x),\arcsin (\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\Λ}}_y}-\sin {{\mathrm{\θ}}^{\′}}_y)]$

$=\left\{\arcsin \right[\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\Λ}}_x}-\sin \left(\frac{\arctan (x\·d_x)}{f_2}\right)],\arcsin [\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\Λ}}_y}-\sin \left(\frac{\arctan (y\·d_y)}{f_2}\right)\left]\right\}$

其中，依据以上表达式获得两个方向的最大偏转角度为：

$\max (\±{\mathrm{\θ}}_x,\±{\mathrm{\θ}}_y)=[\frac{\arctan (\frac{M}{2}\·d_x)}{f_2},\frac{\arctan (\frac{N}{2}\·d_y)}{f_2}]$

本发明内容不仪限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

Claims (4)

1.基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置，其特征在于它依次沿垂直光轴方向平行放置有一个透镜或透镜阵列(10)、第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)，其中第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)的相移单元的像素尺寸相同和填充系数相同，并且第一液晶光学相控阵(11)产生第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)，第二液晶光学相控阵(12)产生第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)和变周期或变闪耀的闪耀光栅(23)，所述的透镜或透镜阵列(10)、第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的有效口径相同且中心同轴；透镜或透镜阵列(10)的焦距为f₀，第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的焦距分别为f₁和f₂，其中，透镜或透镜阵列(10)的焦距f₀和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的焦距f₂相等，且透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)均为正透镜，

第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为正透镜或负透镜；

若第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为正透镜，则满足f₀=f₁=f₂，其中透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)共焦，第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)位于透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的共焦平面上；

若第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为负透镜，则满足4f₁=f₀=f₂，其中透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)相隔一倍焦距放置，第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)位于透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的中间位置上；

变周期或变闪耀的闪耀光栅(23)设置在第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的光束出射位置上。

2.根据权利要求1所述的基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描装置，其特征在于第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)为分辨率为M*N的相移单元，其相移单元大小为d_x*d_y平方微米，其口径大小为M*d_x、N*d_y的液晶光学相控阵，其中M*N为液晶光学相控阵的相移单元的分辨率，d_x*d_y是其相移单元，大小为平方微米，M*d_x、N*d_y为其口径大小，M、N分别为相控阵的X、Y两个方向相移单元个数；d_x、d_y液晶相控阵的相移单元尺寸。

3.根据权利要求1所述装置的基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描方法，其特征在于它步骤如下：

步骤一：先选择透镜或透镜阵列(10)，再选择产生第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)的第一液晶光学相控阵(11)，以及产生第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)和变周期或变闪耀的闪耀光栅(23)的第二液晶光学相控阵(12)，所选择的第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)的每个相移单元的像素尺寸相同和填充系数相同，并且能够产生与透镜或透镜阵列(10)的有效口径相同的第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)；

步骤二：计算得到第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)的初始相位图和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)与变周期或变闪耀的闪耀光栅(23)的初始复合相位图，并且分别加载在第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)上，产生相应的第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)、第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)和变周期或变闪耀的闪耀光栅(23)，所述的变周期或变闪耀的闪耀光栅(23)位于第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的光束出射位置上；

步骤三：光束不偏转时，设定装置中透镜或透镜阵列(10)、第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)的初始位置，

当第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为正透镜，则满足f₀=f₁=f₂，其中透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)共焦，第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)位于透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的共焦平面上；

当第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为负透镜，则满足4f₁=f₀=f₂，其中透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)相隔一倍焦距放置，第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)位于透镜或透镜阵列(10)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的中间位置上；

步骤四：光束偏转时，根据偏转角度θ计算所需的偏转相位图和偏转复合相位图，并且分别加载在第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)上，依据第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为正透镜还是负透镜分为两种偏转情况：

当第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为正透镜，

第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的偏心量满足Δ₁=Δ₂和偏心方向相同，第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)的相位图同方向偏离原始中心同步改变，从而来产生实际使用透镜时所需的偏心量；

当第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为负透镜，

第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的偏心量满足关系2Δ₁=Δ₂和偏心方向相反，第一液晶光学相控阵(11)和第二液晶光学相控阵(12)的相位图同步向相反方向偏离原始中心分别改变，从而来产生实际实现光束偏转时所需的偏心量；

步骤五：光束通过经过步骤四调整后的装置从而产生非机械无惯量光束偏转所需要的偏心量，以达到期望的光束指向。

4.根据权利要求3所述的基于液晶光学相控阵的大角度连续高分辨光束偏转扫描方法，其特征在于初始相位图、初始复合相位图、偏转相位图和偏转复合相位图是通过相位函数所得到的；

首先，第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)和第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的偏心量的表达式为：

Δ(x,y)=(Δ(x),Δ(y))=(x·d_x,y·d_y)0≤x≤M/2,0≤y≤N/2

其中，x，y分别为X,Y两个方向的移动步数；M，N分别为相控阵的X,Y两个方向相移单元个数；d_x，d_y液晶相控阵的相移单元尺寸；

第一液晶光学相控阵(11)的相位图的相位函数为：

其中，

f₁为透镜的焦距，C为常数；在第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为正透镜时：Δ₁(x,y)=Δ₂(x,y)；

在第一液晶透镜或对应的第一液晶透镜阵列(21)为负透镜时：负号表示偏心方向相反；

第二液晶光学相控阵(12)的复合相位图的复合相位函数为：

为第二液晶透镜或对应的第二液晶透镜阵列(22)的相位函数为：

其中f₂为透镜的焦距，C为常数；

为变周期或变闪耀的闪耀光栅(23)的相位函数为：

(1≤Λ_x≤M,1≤Λ_y≤N)

θ_x为X方向的光束偏转角，Λ_x为X方向的光栅周期；θ_y为Y方向的光束偏转角，Λ_y为Y方向的光栅周期，(n-1)D为光束通过厚度为D的液晶光学相控阵的光程差，其中n是液晶的等效折射率，d_x、d_y液晶光学相控阵的相移单元尺寸，λ为光波长；

然后，第一液晶光学相控阵(11)的相位图依据相位函数

生成；第二液晶光学相控阵(12)的相位图依据复合相位函数

生成。

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