CN103760689A - 基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法 - Google Patents

基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法 Download PDF

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CN103760689A CN201410021481.4A CN201410021481A CN103760689A CN 103760689 A CN103760689 A CN 103760689A CN 201410021481 A CN201410021481 A CN 201410021481A CN 103760689 A CN103760689 A CN 103760689A
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Abstract

发明属于应用光学和衍射光学交叉技术领域，具体是一种基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法，在基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置独立控制装置上，依据多组光束焦斑的三维位置在远场预期不同需求，产生相应的多个相位分布，多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而实现基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑的三维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制；本发明克服了“不想要的光斑”问题，同时由于对每组光束的控制只应用了一个相位分布，可以减少多个光束同步控制时的计算量。

Description

基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法
技术领域
发明属于应用光学和衍射光学交叉技术领域，主要涉及基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制技术，该技术发明依据光学相控阵的相位分布的调制可编程控制的优点，基于一种新的相位分布形成方法，分别依据多组光束远场焦斑位置的预期需求，产生相应的多个相位分布，多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而达到对预期多组束远场焦斑轴向位置以及每组光束中的多个光束焦斑二维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制。
背景技术
在激光雷达、激光武器、激光镊子、共焦显微镜、激光雕刻、激光加工等等领域，传统激光束扫描控制方式多采用电机控制机械装置扫描，存在机械惯量、控制复杂、体积较大等问题。基于光学相控阵的新型光束扫描控制技术很好的克服这些缺点，本人之前的发明专利，专利号为：20101061377.2，名称为：《一种基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法》就是为了克服以上缺点而提出发明的，但是其中的相位分布形成方法采用的都是直接解析求解方法，控制预期多光束时存在“不想要的光斑”。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明所要解决的技术问题是：如何实现对预期多组光束远场焦斑三维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制，同时消除“不想要的光斑”。
本发明所采用的技术方案是：基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法，其特征在于：在基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置独立控制装置上，依据多组光束焦斑的三维位置在远场预期不同需求，产生相应的多个相位分布，多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而实现基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑的三维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制：
基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置独立控制装置包括顺序排列的激光器、孔阑、准直扩束装置、偏振片、光学相控阵、透镜、远场多个平面； 
依据多组光束焦斑的三维位置在远场预期不同需求，产生相应的多个相位分布：
控制第                                               
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE002
组光束焦斑的相位分布形成过程：远场平面上预期的焦斑振幅分布为
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE004
，且
Figure 883920DEST_PATH_IMAGE004
在远场平面
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE006
个坐标点的强度为1，其他位置全为0，即
Figure 566574DEST_PATH_IMAGE006
多个光点，
Figure 158092DEST_PATH_IMAGE006
为自然数，相位分布迭代初值设为0，后续迭代中的相位分布可以由远场的傅立叶逆变换通过如下4个步骤确定，假定此时是第
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE008
次迭代，为自然数，则有：
步骤1：设定远场平面的预期的目标复振幅分布可以表达为:
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE012
 
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE014
                        (10)
其中，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE016
为远场平面的坐标，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE018
为第
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE020
次迭代的相位分布经傅立叶变换后在远场平面实际获得的复振幅分布，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE022
为该复振幅的相位分布；
步骤2：相位分布所在平面的复振幅分布
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE024
由远场平面的复振幅分布傅立叶逆变换获得，具体可以表达如下：
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE028
  (11)
其中，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE030
为相位分布所在平面的坐标，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE032
为此时相位分布所在平面光场的振幅分布，为此时相位分布所在平面光场的相位分布，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE036
为一个负透镜相位分布且,其中
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE040
为虚数单位，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE042
为光波长，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE044
为物透镜到相位分布所在平面的距离，为物透镜焦距, 
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE048
为移动后的迭代平面到参考平面的距离，依据移动后的迭代平面在参考平面的左边还是右边，
Figure 517322DEST_PATH_IMAGE048
可以取正号或负号；
步骤3：相位分布所在平面的复振幅分布
Figure 297059DEST_PATH_IMAGE024
中的相位分布
Figure 629952DEST_PATH_IMAGE034
保留，但振幅分布全部设置为1，获得新的复振幅分布
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE050
，其表达为：
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE052
                               (12)
步骤4：新的复振幅分布
Figure 637134DEST_PATH_IMAGE050
经傅立叶变换后获得的远场平面的复振幅
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE054
为：
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE056
 (13)
其中，
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE058
为正透镜相位分布且
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE060
；
上述4步骤反复迭代计算，直到逼近收敛于设定远场平面的预期的目标复振幅分布
Figure 788947DEST_PATH_IMAGE010
迭代完成，此时的
Figure 987847DEST_PATH_IMAGE034
即为对应所求解的控制第
Figure 843676DEST_PATH_IMAGE002
组光束焦斑的相位分布,为了更直观，其可表示为
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE062
;
对应于多组光束则需要迭代产生
Figure 529053DEST_PATH_IMAGE002
多个相位分布
Figure 2014100214814100002DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 718594DEST_PATH_IMAGE002
为自然数，光学相控阵通过
Figure 179663DEST_PATH_IMAGE002
多个相位分布
Figure 343928DEST_PATH_IMAGE064
可以实现对
Figure 772504DEST_PATH_IMAGE002
组光束远场焦斑位置控制。
作为一种优选方式：所述透镜的焦距大于0小于等于无穷大。
作为一种优选方式：所述光学相控阵为透射式光学相控阵或者反射式光学相控阵。
作为一种优选方式：驱动光学相控阵的复合相位分布形成方式为多个相位分拼接或者多个相位分叠加。
本发明的有益效果是：本发明克服了“不想要的光斑”问题，同时由于对每组光束的控制只应用了一个相位分布，可以减少多个光束同步控制时的计算量。
附图说明
图1、是本发明透射式光学相控阵装置不带透镜的示意图；
图2、是本发明透射式光学相控阵装置带透镜的示意图；
图3、是本发明反射式光学相控阵装置带透镜的示意图；
图4、是本发明反射式光学相控阵装置不带透镜的示意图；
图5、是本发明复合相位分布形成方式为拼接的复合相位分布示意图；
图6、是本发明复合相位分布形成方式为叠加的复合相位分布示意图；
图7、为本发明图1和图4相位分布形成原理模型示意图；
图8、为本发明图2和图3相位分布形成原理模型示意图；
图9、为本发明用于预期某一组
Figure DEST_PATH_IMAGE066
多个光束远场焦斑位置二维扫描控制的相位分布示意图；
图10、为本发明预期单组多个光束远场焦斑的同步轴向移动示意图；
图11、为多组光束中的每组光束的远场焦斑位置的三维独立控制示意图；
图12、是串行迭代计算流程图；
图13、是并行迭代计算流程图；
其中1、激光器，2、孔阑，3、准直扩束装置，4、偏振片，5、光学相控阵，6、透镜，7、远场多个平面，8、焦斑，9、透镜焦平面，10、移动后的平面，11、透镜相位分布
Figure 375524DEST_PATH_IMAGE002
（
Figure 753415DEST_PATH_IMAGE002
为自然数），12、透镜相位分布1，13、移动后平面
Figure 541112DEST_PATH_IMAGE002
（
Figure 4454DEST_PATH_IMAGE002
为自然数），14、移动后平面1。
具体实施方式
本发明的目的是依据光学相控阵的相位分布的调制可编程控制的优点，基于一种新的相位分布形成方法，分别依据多组光束远场焦斑位置的预期需求，产生相应的多个相位分布，多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而实现对预期多组束远场焦斑轴向位置及每组光束中的多个光束焦斑二维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制。
本发明基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制技术主要涉基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制装置和方法。
基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制装置：具体实施装置原理图依据光学相控阵类型是反射式还是透射式：分为基于透射式光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制装置如图1或图2所示和基于反射式光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制装置如图3或图4所示，不带透镜的情况可以看作是带透镜的焦距无限大的一个特例。
（1）驱动光学相控阵的复合相位分布形成方式
对于多组光束的控制需要多个相位分布（每组光束对应一个相位分布），多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，因此，对于一个确定口径的光学相控阵，用于驱动光学相控阵的复合相位分布形成方式有两种：其一，多个相位分布拼接成一个光学相控阵口径大小的相位分布，即拼接的复合相位分布；其二，多个相位分布叠加成一个光学相控阵口径大小的相位分布，即叠加的复合相位分布。
图5是本发明复合相位分布形成方式为拼接的复合相位分布示意图，每个子相位分布对应一组远场被控光束焦斑。
图6是本发明复合相位分布形成方式为叠加的复合相位分布示意图，每个相位分布对应一组远场被控光束焦斑，每个相位分布大小都等于一个光学相控阵口径大小。
（2）用于预期某一组多个光束远场焦斑位置二维扫描控制的相位分布形成方式
依据傅立叶光学理论易知，相干光源照射下，一个衍射屏（相位分布）和该衍射屏对应远场的衍射图样（预期焦斑）互为傅立叶变换；该傅立叶变换的物理实现等价于在衍射屏（相位分布）和该衍射屏对应远场的衍射图样（预期焦斑）之间放置一个透镜，此时远场即对应为透镜的焦平面。
图1和图4所示基于光学相控阵预期多组光束远场焦斑位置控制装置所需的相位分布形成原理模型如图7所示，图2和图3所示基于光学相控阵预期多组光束远场焦斑位置控制装置所需的相位分布形成原理模型如图8所示，图7所示原理模型等价于图8所示原理模型中透镜的焦距非常大的情况，故图8所示原理模型更具一般性。
用于预期某一组
Figure DEST_PATH_IMAGE066A
多个光束远场焦斑位置二维扫描控制的相位分布形成：某远场平面（即透镜焦面）上预期的焦斑振幅分布为
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，且
Figure DEST_PATH_IMAGE068A
在远场平面
Figure DEST_PATH_IMAGE066AA
坐标点的强度为1，其他位置全为0,如图9所示，即
Figure DEST_PATH_IMAGE066AAA
多个光点。相位分布迭代初值设为0，后续迭代中的相位分布可以由远场的傅立叶逆变换通过如下4个步骤确定，假定此时是第
Figure DEST_PATH_IMAGE071
次迭代，则有：
步骤1：设定远场平面的预期的目标复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE073
可以表达为:
Figure DEST_PATH_IMAGE075
 
Figure DEST_PATH_IMAGE076
       (1)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为远场平面的坐标，为第
Figure DEST_PATH_IMAGE082
次迭代的相位分布经傅立叶变换后在远场平面实际获得的复振幅分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
为该复振幅的相位分布。
步骤2：相位分布所在平面的复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE086
由远场平面的复振幅分布傅立叶逆变换获得，具体可以表达如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE090
         (2)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为相位分布所在平面的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为此时相位分布所在平面光场的振幅分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
为此时相位分布所在平面光场的相位分布。
步骤3：相位分布所在平面的复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE086A
中的相位分布保留，但振幅分布全部设置为1，获得新的复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE098
，其表达为：
                                  (3)
步骤4：新的复振幅分布经傅立叶变换后获得的远场平面的复振幅
Figure DEST_PATH_IMAGE103
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE105
        (4)
上述4步骤反复迭代计算，直到逼近收敛于设定远场平面的预期的目标复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE073A
迭代完成，此时的
Figure DEST_PATH_IMAGE096AA
即为所求解的相位分布。
（3）用于预期某一组多个光束远场焦斑位置轴向同步扫描控制的相位分布形成方式
对于轴向移动而言，实现预期单组多个光束远场焦斑的同步轴向移动（如图10所示）等价于实现包含焦斑的远场平面整体移动。为了方便，可以选择透镜焦平面为参考面，即实现预期单个或多个光束远场焦斑的同步轴向移动
Figure DEST_PATH_IMAGE108
等价于实现包含焦斑的远场平面整体移动
Figure DEST_PATH_IMAGE108A
，如图10所示。为了实现该目的，需要在前述光束远场焦斑位置二维扫描控制的相位分布形成计算过程的步骤4(即公式4)中引入一个透镜相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE110
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE112
为虚数单位，为光波长，
Figure DEST_PATH_IMAGE116
为引入透镜相位分布的焦距，其与物透镜构成一个类似于几何光学中的组合焦距镜组，达到迭代平面移动的目的。依据几何光学的组合焦距知识，透镜相位分布的焦距
Figure DEST_PATH_IMAGE118
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE120
为物透镜到相位分布所在平面的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE122
为物透镜焦距，如图10所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE116A
代入
Figure DEST_PATH_IMAGE125
表达式得：
Figure DEST_PATH_IMAGE126
                     (5)
其中的
Figure DEST_PATH_IMAGE128
为如图10所示的移动后的迭代平面到参考平面的距离，依据移动后的迭代平面在参考平面的左边还是右边，
Figure 46052DEST_PATH_IMAGE128
可以取正号或负号。
公式4中引入透镜相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE125A
后，表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE131
 (6)
相应地需要在前述光束远场焦斑位置二维扫描控制的相位分布形成计算过程的步骤2(即公式2)中引入一个负透镜相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE133
：
Figure DEST_PATH_IMAGE135
                      (7)
公式2中引入负透镜相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE136
后，表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE138
  (8)
（4）用于预期多组光束远场焦斑位置三维扫描控制的相位分布形成方式
基于光学相控阵的多组光束远场焦斑位置三维控制技术指的是：预期多组束远场焦斑轴向位置以及每组光束中的多个光束焦斑二维位置可以任意、独立、且无机械惯量编程控制，如图11所示。
为了实现图11所示多组光束中的每组光束的远场焦斑位置的三维独立控制，则每个移动平面上有一组多个光束焦斑，一组光束焦斑对应一个相位分布，多个光束分成多组，多组光束对应多个相位分布，多个相位分布形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而实现多个光束中每组光束的远场焦斑位置三维独立控制，即每组光焦斑中的任意单个光焦斑可以在该平面内任意二维移动，但是每组光焦斑只可轴向同步移动。
对应每组光束焦斑的相位分布形成过程如下：
以控制第
Figure 845162DEST_PATH_IMAGE002
组光束焦斑的相位分布形成为例：远场平面上预期的焦斑振幅分布为，且
Figure 554492DEST_PATH_IMAGE139
在远场平面
Figure 692081DEST_PATH_IMAGE006
个坐标点的强度为1，其他位置全为0，如图5所示，即
Figure 574586DEST_PATH_IMAGE006
多个光点，
Figure 864753DEST_PATH_IMAGE006
为自然数。相位分布迭代初值设为0，后续迭代中的相位分布可以由远场的傅立叶逆变换通过如下4个步骤确定，假定此时是第
Figure 807302DEST_PATH_IMAGE008
次迭代，
Figure 432187DEST_PATH_IMAGE008
为自然数，则有：
步骤1：设定远场平面的预期的目标复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE140
可以表达为:
 
Figure 243017DEST_PATH_IMAGE076
                        (10)
其中，
Figure 450007DEST_PATH_IMAGE016
为远场平面的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE142
为第
Figure 501140DEST_PATH_IMAGE020
次迭代的相位分布经傅立叶变换后在远场平面实际获得的复振幅分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE143
为该复振幅的相位分布；
步骤2：相位分布所在平面的复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE144
由远场平面的复振幅分布傅立叶逆变换获得，具体可以表达如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE146
    (11)
其中，
Figure 737955DEST_PATH_IMAGE030
为相位分布所在平面的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE147
为此时相位分布所在平面光场的振幅分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE148
为此时相位分布所在平面光场的相位分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE150
为一个负透镜相位分布且
Figure DEST_PATH_IMAGE151
,其中
Figure 86897DEST_PATH_IMAGE040
为虚数单位，
Figure 351656DEST_PATH_IMAGE042
为光波长，
Figure 370428DEST_PATH_IMAGE044
为物透镜到相位分布所在平面的距离，
Figure 969905DEST_PATH_IMAGE046
为物透镜焦距, 为移动后的迭代平面到参考平面的距离，依据移动后的迭代平面在参考平面的左边还是右边，
Figure 179487DEST_PATH_IMAGE048
可以取正号或负号；
步骤3：相位分布所在平面的复振幅分布
Figure 572422DEST_PATH_IMAGE144
中的相位分布
Figure 411194DEST_PATH_IMAGE148
保留，但振幅分布全部设置为1，获得新的复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE152
，其表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE153
                               (12)
步骤4：新的复振幅分布
Figure 914988DEST_PATH_IMAGE152
经傅立叶变换后获得的远场平面的复振幅
Figure DEST_PATH_IMAGE154
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE155
 (13)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
为正透镜相位分布且
Figure 341290DEST_PATH_IMAGE126
；
上述4步骤反复迭代计算，直到
Figure 154394DEST_PATH_IMAGE154
逼近收敛于设定远场平面的预期的目标复振幅分布
Figure 275934DEST_PATH_IMAGE140
迭代完成，此时的
Figure 583419DEST_PATH_IMAGE148
即为对应所求解的控制第
Figure 739593DEST_PATH_IMAGE002
组光束焦斑的相位分布,为了更直观，其可表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE157
;
对应于
Figure 723599DEST_PATH_IMAGE002
多组光束则需要迭代产生
Figure 270118DEST_PATH_IMAGE002
多个相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE158
，为自然数，光学相控阵通过
Figure 375663DEST_PATH_IMAGE002
多个相位分布
Figure 343619DEST_PATH_IMAGE158
可以实现对
Figure 377434DEST_PATH_IMAGE002
组光束远场焦斑位置控制。
多个相位分布的迭代方式有：串行迭代和并行迭代两种，串行迭代是先迭代计算相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE160
，然后是相位分布直到相位分布，如图12所示；并行迭代是相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE160A
，相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE162A
，…，相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE164A
一起并行迭代计算，如图13所示。
本发明的优点如下：
    1、对多组光束无机械惯量和随机可编程控制
2、多组光束的焦斑可以同步轴向移动
3、每组光束中的多个光束焦斑位置可以二维任意独立移动
4、克服了“不想要的光斑”问题
5、每组光束对应一个相位分布，减少多个光束同步控制时的计算量。

Claims (4)

1.基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法，其特征在于：在基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置独立控制装置上，依据多组光束焦斑的三维位置在远场预期不同需求，产生相应的多个相位分布，多个相位分形成复合相位分布用于驱动光学相控阵，从而实现基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑的三维位置的任意、独立、且无机械惯量编程控制：
基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置独立控制装置包括顺序排列的激光器、孔阑、准直扩束装置、偏振片、光学相控阵、透镜、远场多个平面； 
依据多组光束焦斑的三维位置在远场预期不同需求，产生相应的多个相位分布：
控制第                                               组光束焦斑的相位分布形成过程：远场平面上预期的焦斑振幅分布为
Figure 2014100214814100001DEST_PATH_IMAGE004
，且
Figure 559146DEST_PATH_IMAGE004
在远场平面
Figure 2014100214814100001DEST_PATH_IMAGE006
个坐标点的强度为1，其他位置全为0，即
Figure 362017DEST_PATH_IMAGE006
多个光点，
Figure 500874DEST_PATH_IMAGE006
为自然数，相位分布迭代初值设为0，后续迭代中的相位分布可以由远场的傅立叶逆变换通过如下4个步骤确定，假定此时是第
Figure 2014100214814100001DEST_PATH_IMAGE008
次迭代，
Figure 271253DEST_PATH_IMAGE008
为自然数，则有：
步骤1：设定远场平面的预期的目标复振幅分布
Figure 2014100214814100001DEST_PATH_IMAGE010
可以表达为:
Figure 2014100214814100001DEST_PATH_IMAGE012
                         (10)
其中，
Figure 2014100214814100001DEST_PATH_IMAGE016
为远场平面的坐标，为第
Figure DEST_PATH_IMAGE020
次迭代的相位分布经傅立叶变换后在远场平面实际获得的复振幅分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为该复振幅的相位分布；
步骤2：相位分布所在平面的复振幅分布由远场平面的复振幅分布傅立叶逆变换获得，具体可以表达如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
  (11)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为相位分布所在平面的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为此时相位分布所在平面光场的振幅分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为此时相位分布所在平面光场的相位分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为一个负透镜相位分布且
Figure DEST_PATH_IMAGE038
,其中
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为虚数单位，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为光波长，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
为物透镜到相位分布所在平面的距离，为物透镜焦距, 为移动后的迭代平面到参考平面的距离，依据移动后的迭代平面在参考平面的左边还是右边，
Figure 353260DEST_PATH_IMAGE048
可以取正号或负号；
步骤3：相位分布所在平面的复振幅分布
Figure 72954DEST_PATH_IMAGE024
中的相位分布
Figure 382712DEST_PATH_IMAGE034
保留，但振幅分布全部设置为1，获得新的复振幅分布
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，其表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
                               (12)
步骤4：新的复振幅分布
Figure 578070DEST_PATH_IMAGE050
经傅立叶变换后获得的远场平面的复振幅
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
 (13)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为正透镜相位分布且
Figure DEST_PATH_IMAGE060
；
上述4步骤反复迭代计算，直到
Figure 756111DEST_PATH_IMAGE054
逼近收敛于设定远场平面的预期的目标复振幅分布
Figure 782842DEST_PATH_IMAGE010
迭代完成，此时的
Figure 263502DEST_PATH_IMAGE034
即为对应所求解的控制第
Figure 759205DEST_PATH_IMAGE002
组光束焦斑的相位分布,为了更直观，其可表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE062
;对应于
Figure 537674DEST_PATH_IMAGE002
多组光束则需要迭代产生
Figure 169644DEST_PATH_IMAGE002
多个相位分布
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，为自然数，光学相控阵通过
Figure 71050DEST_PATH_IMAGE002
多个相位分布可以实现对组光束远场焦斑位置控制。
2.根据权利要求1所述的基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法，其特征在于：所述透镜的焦距大于0小于等于无穷大。
3.根据权利要求1所述的基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法，其特征在于：所述光学相控阵为透射式光学相控阵或者反射式光学相控阵。
4.根据权利要求1所述的基于光学相控阵的预期多组光束远场焦斑位置控制方法，其特征在于：驱动光学相控阵的复合相位分布形成方式为多个相位分拼接或者多个相位分叠加。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104062757A (zh) * 2014-06-30 2014-09-24 太原理工大学 一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法
CN105652553A (zh) * 2016-03-25 2016-06-08 太原理工大学 基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置及转换方法
WO2019028948A1 (zh) * 2017-08-11 2019-02-14 深圳力策科技有限公司 一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线及测距方法
JP2019219618A (ja) * 2018-06-22 2019-12-26 国立大学法人大阪大学 光渦発生方法及び光渦発生装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006339783A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Mitsubishi Electric Corp フーリエ変換光学装置及び光制御型フェーズドアレイアンテナ装置
CN101881663A (zh) * 2009-12-29 2010-11-10 南京邮电大学 相位调制阵列微型光谱仪光谱复原方法
CN102122089A (zh) * 2010-12-29 2011-07-13 哈尔滨工业大学 基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法
CN102323678A (zh) * 2011-07-29 2012-01-18 哈尔滨工业大学 基于纯相位液晶光学相控阵的任意波前复振幅无散斑实时精确变换方法及装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006339783A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Mitsubishi Electric Corp フーリエ変換光学装置及び光制御型フェーズドアレイアンテナ装置
CN101881663A (zh) * 2009-12-29 2010-11-10 南京邮电大学 相位调制阵列微型光谱仪光谱复原方法
CN102122089A (zh) * 2010-12-29 2011-07-13 哈尔滨工业大学 基于液晶光学相控阵的光束焦点三维独立控制的方法
CN102323678A (zh) * 2011-07-29 2012-01-18 哈尔滨工业大学 基于纯相位液晶光学相控阵的任意波前复振幅无散斑实时精确变换方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张珊珊: "基于相位加权方法消除光学相控阵中的栅瓣", 《哈尔滨工业大学硕士论文》 *
蒋宏彬，刘广智，杨筱舟2: "基于光学相控阵器研究中的特性与实现", 《绵阳师范学院学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104062757A (zh) * 2014-06-30 2014-09-24 太原理工大学 一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法
CN104062757B (zh) * 2014-06-30 2016-04-13 太原理工大学 一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法
CN105652553A (zh) * 2016-03-25 2016-06-08 太原理工大学 基于光学相控阵的光纤空间传输模式转换装置及转换方法
WO2019028948A1 (zh) * 2017-08-11 2019-02-14 深圳力策科技有限公司 一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线及测距方法
US11573298B2 (en) 2017-08-11 2023-02-07 Shenzhen Litra Technology Co., Ltd. OPA-based laser radar transceiver antenna and distance measurement method
JP2019219618A (ja) * 2018-06-22 2019-12-26 国立大学法人大阪大学 光渦発生方法及び光渦発生装置
JP7126689B2 (ja) 2018-06-22 2022-08-29 国立大学法人大阪大学 光渦発生方法及び光渦発生装置

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