CN102122096A - 基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转装置及其偏转方法 - Google Patents

Abstract

基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转装置及其偏转方法，本发明属于液晶光学、应用光学和衍射光学交叉技术领域，它的目的是用液晶光学相控阵产生偏心液晶透镜或液晶透镜阵列实现大角度光束偏转，具有无机械惯量、可编程控制的特点。本发明是通过液晶光学相控阵产生偏心液晶透镜或液晶透镜阵列组成的光束扫描装置来实现大角度无机械惯量可编程控制光束偏转。本发明采用液晶光学相控阵实现无机械惯量、可编程控制的大角度光束偏转技术，该项技术发明根据液晶光学相控阵的特性形成偏心液晶透镜或液晶透镜阵列实现大角度光束偏转，通过编程控制各个液晶光学相控阵的相位分布产生光束偏转所需要的偏心量，以实现期望的光束指向。

Description

基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转装置及其偏转方法

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大角度光束偏转技术，在自由空间光通信、激光雷达、光互联、投影显示、光信息存储等领域有着广泛应用。其中，在激光雷达应用中，对于大角度光束偏转需求迫切。目前现有实现大角度光束偏转的方法主要采用：机械驱动的万向反射镜或棱镜、机械驱动的三透镜扫描装置、机械驱动的微透镜或棱镜阵列，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，还有用液晶光学相控阵产生动态光栅实现光束偏方法，但该种方法受相移单元尺寸限制，一般光束偏转角度范围较小只有几度，例如：口径为7.68毫米，相移单元尺寸为15微米的液晶光学相控阵，在入射波长为632.8纳米的情况下，最大偏转角为正负1.2度。

发明内容

本发明的目的是用液晶光学相控阵产生偏心液晶透镜或液晶透镜阵列实现大角度光束偏转，具有无机械惯量、可编程控制的特点。

基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转装置包括第一液晶光学相控阵、第二液晶光学相控阵和第三液晶光学相控阵；

采用第一液晶光学相控阵、第二液晶光学相控阵和第三液晶光学相控阵分别产生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第三液晶透镜或液晶透镜阵列；

所述三个液晶透镜或液晶透镜阵列焦距分别为f₁、f₂、f₃，其有效口径相同，有效口径的中心位于同一条直线上，且沿垂直光轴方向平行放置；

第一液晶透镜或液晶透镜阵列的焦距f₁和第三液晶透镜或液晶透镜阵列的焦距f₃相等，且第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，

第二液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜或负透镜；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，则满足f₁＝f₂＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列共焦，第二液晶透镜或液晶透镜阵列位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列第三液晶透镜或液晶透镜阵列的共焦平面上；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列为负透镜，则满足4f₂＝f₁＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列相隔一倍焦距放置，第二液晶透镜或液晶透镜阵列位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列第三液晶透镜或液晶透镜阵列的中间位置上。

基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转方法步骤如下：

步骤一：选择产生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第三液晶透镜或液晶透镜阵列的第一液晶光学相控阵、第二液晶光学相控阵和第三液晶光学相控阵，第一液晶光学相控阵、第二液晶光学相控阵和第三液晶光学相控阵的每个相移单元的像素尺寸相同、填充系数相同、有效口径相同；

步骤二：计算得到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第三液晶透镜或液晶透镜阵列的三个初始相位图，即第一初始相位图、第二初始相位图和第三初始相位图，分别向第一液晶光学相控阵、第二液晶光学相控阵和第三液晶光学相控阵加载第一初始相位图、第二初始相位图和第三初始相位图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第三液晶透镜或液晶透镜阵列；

步骤三：光束不偏转时，设定装置中第一液晶光学相控阵、第二液晶光学相控阵和第三液晶光学相控阵的初始位置，

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，则满足f₁＝f₂＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列共焦，第二液晶透镜或液晶透镜阵列位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列的共焦平面上；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列为负透镜，则满足4f₂＝f₁＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列相隔一倍焦距放置，第二液晶透镜或液晶透镜阵列位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列和第三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，计算所需的第一偏转相位图、第二偏转相位图和第三偏转相位图分别送到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第三液晶透镜或液晶透镜阵列中，第一偏转相位图在不需要改变焦距和口径的情况下，不需要重新送入新的相位图；第二偏转相位图和第三偏转相位图随着预期要偏转的角度改变需要重新写入，相位图改变依赖于偏心量的改变；分为两种偏转情况：

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列为正透镜，

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的相位图不变，第二液晶光学相控阵和第三液晶光学相控阵的相位图同方向偏离原始中心同步改变，第二液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列的偏心量满足Δ₂＝Δ₃和偏心方向相同，从而来产生实际使用透镜时所需的偏心量；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列为负透镜，

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的相位图不变，第二液晶光学相控阵和第三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，第二液晶透镜或液晶透镜阵列和第三液晶透镜或液晶透镜阵列的偏心量满足关系Δ₃＝2Δ₂和偏心方向相反，从而来产生实际实现光束偏转时所需的偏心量。

步骤五：光束通过各个液晶光学相控阵的相位分布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。

本发明是通过液晶光学相控阵产生偏心液晶透镜或液晶透镜阵列组成的光束扫描装置来实现大角度无机械惯量可编程控制光束偏转。本发明采用液晶光学相控阵实现无机械惯量、可编程控制的大角度光束偏转技术，该项技术发明根据液晶光学相控阵的特性形成偏心液晶透镜或液晶透镜阵列实现大角度光束偏转，通过编程控制各个液晶光学相控阵的相位分布产生光束偏转所需要的偏心量，以实现期望的光束指向。

本发明的优点是：

1、采用该方法继承了传统宏观三透镜扫描机构的大角度光束偏转扫描特性，使液晶光学相控阵可以实现大角度光束偏转扫描，推进了液晶光学相控阵在激光雷达等对大角度扫描场合的的应用。

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、该方法也为大角度光束扫描光学相控阵的设计提供了技术方案的参考。

附图说明

图1至图8为三个液晶光学相控阵通过相位调制形成的三个液晶透镜或液晶透镜阵列的示意图，其中，图1为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜时形成的三个液晶透镜的侧向示意图，图2为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜时形成的三个液晶透镜的轴向示意图，图3为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为负透镜时形成的三层液晶透镜的侧向示意图，图4为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为负透镜时形成的三层液晶透镜的轴向示意图，图5为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22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为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22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为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22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为第二液晶透镜或液晶透镜阵列22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和图10为三个液晶光学相控阵通过相位调制方式形成的三个液晶透镜或液晶透镜阵列没有偏转扫描情况下的示意图，其中，图9为第二液晶光学相控阵21产生的第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜情况，e为共焦平面，图10为第二液晶光学相控阵21产生的第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为负透镜情况；图11和图12为第二液晶光学相控阵21产生的第二液晶透镜或液晶透镜阵列22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f₁＝f₂＝f₃，正在进行光束扫描时候的示意图，其中，图11为液晶光学相控阵产生单个液晶透镜情况，图12为液晶光学相控阵产生液晶透镜阵列情况；图13和图14为第二液晶光学相控阵21产生的第二液晶透镜或液晶透镜阵列22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4f₂＝f₁＝f₃，正在进行光束扫描时候的示意图，其中，13为液晶光学相控阵产生单个液晶透镜情况，图14为液晶光学相控阵产生液晶透镜阵列情况；图15为M*N个相移单元分辨率、相移单元尺寸为dx*dy平方微米的液晶光学相控阵的结构示意图；图16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；图17为偏心量i示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图说明本实施方式，本实施方式是基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转装置，它采用三个有效口径相同、相移单元的像素尺寸相同、填充系数相同的液晶光学相控阵分别产生三个相应液晶透镜或液晶透镜阵列，即它包括第一液晶光学相控阵11、第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31；采用第一液晶光学相控阵11、第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31分别产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列12、第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32；

所述三个液晶透镜或液晶透镜阵列焦距分别为f₁、f₂、f₃，其有效口径相同，有效口径的中心位于同一条直线上，且沿垂直光轴方向平行放置；

其中，

第一液晶透镜或液晶透镜阵列12，用于收集光束聚焦作用；

第二液晶透镜或液晶透镜阵列22，用于场镜作用，减少光束泄漏；

第一液晶透镜或液晶透镜阵列12的焦距f₁和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的焦距f₃相等，且第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32为正透镜，

第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜或负透镜；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜，则满足f₁＝f₂＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32共焦，第二液晶透镜或液晶透镜阵列22位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的共焦平面上；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为负透镜，则满足4f₂＝f₁＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32相隔一倍焦距放置，第二液晶透镜或液晶透镜阵列22位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的中间位置上。

具体实施方式二：结合图说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于第一液晶光学相控阵11、第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31为M*N个相移单元分辨率、相移单元尺寸为dx*dy平方微米的液晶光学相控阵。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图说明本实施方式，本实施方式的步骤如下：

步骤一：选择产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列12、第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的第一液晶光学相控阵11、第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31，第一液晶光学相控阵11、第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31的每个相移单元的像素尺寸相同、填充系数相同、有效口径相同；

步骤二：计算得到第一液晶透镜或液晶透镜阵列12、第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的三个初始相位图，即第一初始相位图10、第二初始相位图20和第三初始相位图30，分别向第一液晶光学相控阵11、第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31加载第一初始相位图10、第二初始相位图20和第三初始相位图30产生相应的第一液晶透镜或液晶透镜阵列12、第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32；

步骤三：光束不偏转时，设定装置中第一液晶光学相控阵11、第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31的初始位置，

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜，则满足f₁＝f₂＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32共焦，第二液晶透镜或液晶透镜阵列22位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的共焦平面上；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为负透镜，则满足4f₂＝f₁＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32相隔一倍焦距放置，第二液晶透镜或液晶透镜阵列22位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列12和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的中间位置上；

步骤四：光束偏转时，计算所需的第一偏转相位图13、第二偏转相位图23和第三偏转相位图33分别送到第一液晶透镜或液晶透镜阵列12、第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32中，第一相偏转位图13在不需要改变焦距和口径的情况下，不需要重新送入新的相位图；第二相偏转位图23和第三偏转相位图33随着预期要偏转的角度改变需要重新写入，相位图改变依赖于偏心量的改变；分为两种偏转情况：

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜，

产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列12的第一液晶光学相控阵11的相位图不变，第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31的相位图同方向偏离原始中心同步改变，第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的偏心量满足Δ₂＝Δ₃和偏心方向相同，从而来产生实际使用透镜时所需的偏心量；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为负透镜，

产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列12的第一液晶光学相控阵11的相位图不变，第二液晶光学相控阵21和第三液晶光学相控阵31的相位图同步向相反方向偏离原始中心分别改变，第二液晶透镜或液晶透镜阵列22和第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的偏心量满足关系Δ₃＝2Δ₂和偏心方向相反，从而来产生实际实现光束偏转时所需的偏心量；

步骤五：光束通过各个液晶光学相控阵的相位分布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。

具体实施方式四：结合图说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述相位图是通过透镜相位光栅相位函数得到的，其每个液晶透镜或液晶透镜阵列的透镜相位光栅相位函数为：

第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的透镜相位光栅相位函数表示为：

其中，

f为透镜的焦距，C为常数；第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的偏心量的表达式为：

Δ₃(x，y)＝(Δ₃(x)，Δ₃(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；

第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的透镜相位光栅相位函数表示为：

其中，

f为透镜的焦距，C为常数；在第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为正透镜时：Δ₂(x，y)＝Δ₃(x，y)；在第二液晶透镜或液晶透镜阵列22为负透镜时：

负号表示偏心方向相反；

由于第一液晶透镜或液晶透镜阵列12没有偏心量，因此第一液晶透镜或液晶透镜阵列12的透镜相位光栅相位函数表示为：

其中，

f为透镜的焦距，C为常数；

然后，分别依据以上各个透镜相位光栅相位函数生成所需要的相位图；液晶光学相控阵上形成一个透镜相位，如图6所示。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

本发明的目的是用液晶光学相控阵产生偏心液晶透镜或液晶透镜阵列实现大角度光束偏转。第一液晶透镜或液晶透镜阵列12与第三液晶透镜或液晶透镜阵列32组成一对偏心透镜起光束偏转作用，如图7所示。第一液晶透镜或液晶透镜阵列12没有偏心量；第二液晶透镜或液晶透镜阵列22的偏心量同第三液晶透镜或液晶透镜阵列32有一定的数学关系；也就是只要确定了第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的偏心量就全部变量都确定下来。而第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的偏心量是通过预期的偏转角度来确定的，这是人为给定一个角度，就对应一个第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的偏心量。当给定偏转角度后偏转角度可以表达为：

$({\mathrm{\θ}}_x,{\mathrm{\θ}}_y)=\arctan \frac{{\mathrm{\Δ}}_3(x,y)}{f_3}=[\frac{\arctan (x\·d_x)}{f_3},\frac{\arctan (y\·d_y)}{f_3}]$

θ_x，θ_y分别对应X，Y两个方向的偏转角度。

依据以上表达式可以获得两个方向的最大偏转角度为：

$({\±\mathrm{\θ}}_x,\±{\mathrm{\θ}}_y)=[\frac{\arctan (\frac{M}{2}\·d_x)}{f_3},\frac{\arctan (\frac{N}{2}\·d_y)}{f_3}]$

第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的偏心量Δ₃的改变起到光束偏转的作用，扫描角度为：

$\mathrm{\θ}\∞\frac{{\mathrm{\Δ}}_3}{f_3}---\left(1\right)$

扫描角度与第三液晶透镜或液晶透镜阵列32相对于偏心量成正比，与第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的焦距成反比。其中最大扫描范围表达为：

${\mathrm{\θ}}_{\max }=\arctan \frac{D_3}{2f_3}---\left(2\right)$

其中，D₃/f₃为第三液晶透镜或液晶透镜阵列32的相对孔径，f/D为液晶透镜或液晶透镜阵列的F数。例如，对于液晶透镜或液晶透镜阵列3的F数为0.5时，代入公式(2)可以知道最大偏转扫描角为正负45度。

本发明内容不仅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实现大角度光束偏转装置，其特征在于它包括第一液晶光学相控阵(11)、第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)；

采用第一液晶光学相控阵(11)、第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)分别产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)、第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)；

所述三个液晶透镜或液晶透镜阵列焦距分别为f₁、f₂、f₃，其有效口径相同，有效口径的中心位于同一条直线上，且沿垂直光轴方向平行放置；

第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)的焦距f₁和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的焦距f₃相等，且第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)为正透镜，

第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为正透镜或负透镜；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为正透镜，则满足f₁＝f₂＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)共焦，第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的共焦平面上；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为负透镜，则满足4f₂＝f₁＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)相隔一倍焦距放置，第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的中间位置上。

2.根据权利要求1所述的基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转装置，其特征在于第一液晶光学相控阵(11)、第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)为M*N个相移单元分辨率，每个相移单元为dx*dy平方微米的液晶光学相控阵。

3.基于液晶光学相控阵实现大角度光束偏转方法，其特征在于它步骤如下：

步骤一：选择产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)、第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的第一液晶光学相控阵(11)、第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)，第一液晶光学相控阵(11)、第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)的每个相移单元的像素尺寸相同、填充系数相同、有效口径相同；

步骤二：计算得到第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)、第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的三个初始相位图，即第一初始相位图(10)、第二初始相位图(20)和第三初始相位图(30)，分别向第一液晶光学相控阵(11)、第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)加载第一初始相位图(10)、第二初始相位图(20)和第三初始相位图(30)产生相应的第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)、第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)；

步骤三：光束不偏转时，设定装置中第一液晶光学相控阵(11)、第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)的初始位置，

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为正透镜，则满足f₁＝f₂＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)共焦，第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的共焦平面上；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为负透镜，则满足4f₂＝f₁＝f₃，其中第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)相隔一倍焦距放置，第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)位于第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的中间位置上；

步骤四：光束偏转时，计算所需的第一偏转相位图(13)、第二偏转相位图(23)和第三偏转相位图(33)分别送到第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)、第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)中，第一偏转相位图(13)在不需要改变焦距和口径的情况下，不需要重新送入新的相位图；第二偏转相位图(23)和第三偏转相位图(33)随着预期要偏转的角度改变需要重新写入，相位图改变依赖于偏心量的改变；分为两种偏转情况：

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为正透镜，

产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)的第一液晶光学相控阵(11)的相位图不变，第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)的相位图同方向偏离原始中心同步改变，第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的偏心量满足Δ₂＝Δ₃和偏心方向相同，从而来产生实际使用透镜时所需的偏心量；

当第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为负透镜，

产生第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)的第一液晶光学相控阵(11)的相位图不变，第二液晶光学相控阵(21)和第三液晶光学相控阵(31)的相位图同步向相反方向偏离原始中心分别改变，第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)和第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的偏心量满足关系Δ₃＝2Δ₂和偏心方向相反，从而来产生实际实现光束偏转时所需的偏心量；

步骤五：光束通过各个液晶光学相控阵的相位分布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实现大角度光束偏转方法，其特征在于所述相位图是通过透镜相位光栅相位函数得到的，其每个液晶透镜或液晶透镜阵列的透镜相位光栅相位函数为：

第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的透镜相位光栅相位函数表示为：

其中，

f为透镜的焦距，C为常数；第三液晶透镜或液晶透镜阵列(32)的偏心量的表达式为：

Δ₃(x，y)＝(Δ₃(x)，Δ₃(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；

第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)的透镜相位光栅相位函数表示为：

其中，f为透镜的焦距，C为常数；在第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为正透镜时：Δ₂(x，y)＝Δ₃(x，y)；在第二液晶透镜或液晶透镜阵列(22)为负透镜时：

负号表示偏心方向相反；

第一液晶透镜或液晶透镜阵列(12)的透镜相位光栅相位函数表示为：

其中，f为透镜的焦距，C为常数；

然后，分别依据以上各个透镜相位光栅相位函数生成所需要的相位图。

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