CN115639707A - 一种生成多光束的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种生成多光束的方法和装置，该方法包括：接收一束第一光束，根据振幅调制量对该第一光束进行调制，得到第二光束，该振幅调制量用于调制该第一光束的振幅，根据相位调制量对该第二光束进行调制，得到n束第三光束，该相位调制量用于调制该第二光束的相位，n为大于1的整数，其中，该振幅调制量与该相位调制量是基于预期的该n束第三光束的目标角度确定的，该目标角度为该预期的该n束第三光束在出射平面的角度。本申请提供的生成多光束的方法，可在出射光场生成不同数目和不同方向的多个光束，无需经过迭代和优化处理，能够快速地生成二维无损多光束，节约了系统的响应时间，具有实时性的优点。
Description
技术领域
本申请涉及光传输网络、光接入以及激光雷达等技术领域，尤其涉及一种生成多光束的方法和装置。
背景技术
随着液晶显示与超大规模集成电路技术的迅猛发展以及液晶材料的丰富，液晶空间光调制器(liquid crystal spatial light modulator，LCSLM)在波前校正、大气成像、光学滤波和光束整形等方面的应用日益受到关注，液晶空间光调制器，具有低功耗、小型化、成本低、无机械惯性、高空间分辨率、相移单元可编程等优点，在未来的激光雷达、空间激光通信、光通信网络等领域具有巨大的应用价值和前景。当前，在激光雷达、空间激光通信、光通信网络等应用中，多光束具有更广泛的用途，因此，如何利用液晶空间光调制器实现无损多光束的快速生成，是亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种生成多光束的方法和装置，能够快速地生成二维无损多光束，节约了系统的响应时间，具有实时性的优点。
第一方面，提供了一种产生多光束的方法，该方法包括：接收一束第一光束，根据振幅调制量对该第一光束进行调制，得到第二光束，该振幅调制量用于调制该第一光束的振幅，根据相位调制量对该第二光束进行调制，得到n束第三光束，该相位调制量用于调制该第二光束的相位，n为大于1的整数，其中，该振幅调制量与该相位调制量是基于预期的该n束第三光束的目标角度确定的，该目标角度为该预期的该n束第三光束在出射平面的角度。
该目标角度可以理解为，当要产生预期的n束第三光束时，每束光束对应的点的坐标与出射平面的两个坐标轴构成的夹角。
本申请提供的生成多光束的方法，根据振幅调制量和相位调制量对第一光束的振幅和相位进行调制，可在出射光场生成不同数目和不同方向的多个光束，且生成的多光束不仅只具有相位信息，还包括振幅信息。该方法利用振幅调制量和相位调制量能实时和灵活地根据需求产生多光束，无需经过迭代和优化处理，能够快速产生和控制多光束，节省了系统的时间，降低了系统的调制的时延。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，根据振幅调制量对该第一光束进行调制，得到第二光束，包括：通过第一偏振片对该第一光束进行处理以得到第一偏振光，通过第一液晶层对该第一偏振光进行处理以得到第四光束，通过第二偏振片对该第四光束进行处理以得到第二光束，根据相位调制量对该第二光束进行调制，得到n束第三光束，包括：通过第二液晶层对该第二光束进行处理以得到第三光束。其中，该第一偏振片和该第二偏振片的光轴互相正交，该第一液晶层的取向与该第一偏振片或该第二偏振片的光轴夹角为45°，该第二液晶层的取向与该第二偏振片的光轴平行。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第一液晶层的材料为扭曲向列型液晶或向列型液晶，该第二液晶层的材料为向列型液晶。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该振幅调制量满足：
该相位调制量满足：
其中，
和
分别表示出射光场平面上单独产生的第ξ个、第η个和第m个波束对应的点的相位值，该出射光场平面包括振幅调制单元对应的空间平面或相位调制单元对应的空间平面，该振幅调制量加载在该振幅调制单元上，该相位调制量加载在该相位调制单元上，
均满足：
θx是点(x,y)与x轴的夹角，θy点(x,y)与y轴的夹角，k0为该第一光束的波数。
第二方面，提供了一种生成多光束的装置，该装置包括：振幅调制单元，用于接收一束第一光束，并根据振幅调制量对该第一光束进行调制，得到第二光束，该振幅调制量用于调制该第一光束的振幅。相位调制单元，用于根据相位调制量对该第二光束进行调制，得到n束第三光束，该相位调制量用于调制该第二光束的相位，n为大于1的整数，其中，该振幅调制量与该相位调制量是基于预期的该n束第三光束的目标角度确定的，该目标角度为该预期的该n束第三光束在出射平面的角度。
基于上述方案，本申请提供的生成多光束的装置，通过设置振幅调制单元与相位调制单元，利用振幅调制量和相位调制量，可灵活快速的实现对输入光的振幅调制以及相位调制，从而可以任意定制输出的多光束的数目和位置，且能够任意调控波束的光强。该装置模块简单，操作方便，节约了系统生成多光束的时间。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该振幅调制单元包括第一偏振片、第二偏振片和第一液晶层，该第一偏振片和该第二偏振片的光轴互相正交，该第一液晶层的取向与该第一偏振片或该第二偏振片的光轴夹角为45°，该相位调制单元包括第二液晶层，该第二液晶层的取向与该第二偏振片的光轴平行。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该第一液晶层的材料为扭曲向列型液晶或向列型液晶，该第二液晶层的材料为向列型液晶。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该振幅调制单元的像素单元与该相位调制单元的像素单元一一对应。
基于上述方案，该装置能够生成没有高阶衍射级次的高质量多光束。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该振幅调制单元与该相位调制单元采用单片集成的方式。
基于该方案，该装置能够消除级联引入的空间衍射，并提升器件布局的紧凑度。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该振幅调制量满足：
该第二调制量满足：
其中，
和
分别表示出射光场平面上单独产生的第ξ个、第η个和第m个波束对应的点的相位值，该出射光场平面包括该振幅调制单元对应的空间平面或该相位调制单元对应的空间平面，该振幅调制量加载在该振幅调制单元上，该相位调制量加载在该相位调制单元上，
均满足：
θx是点(x,y)与x轴的夹角，θy点(x,y)与y轴的夹角，k0为该第一光束的波数。
第三方面，提供了一种装置，该装置用于执行上述第一方面提供的方法。具体地，该装置可以包括用于执行第一方面提供的方法的单元和/或模块，如处理模块和/或收发模块。
基于上述方案的有益效果，可以参考第一方面的相应描述，为了简洁，本申请在此不再赘述。
第四方面，提供一种装置，该装置包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行上述第一方面提供的方法。
第五方面，本申请提供一种处理器，用于执行上述各方面提供的方法。在执行这些方法的过程中，上述方法中有关发送上述信息和获取/接收上述信息的过程，可以理解为由处理器输出上述信息的过程，以及处理器接收输入的上述信息的过程。在输出上述信息时，处理器将该上述信息输出给收发器，以便由收发器进行发射。该上述信息在由处理器输出之后，还可能需要进行其他的处理，然后才到达收发器。类似的，处理器接收输入的上述信息时，收发器获取/接收该上述信息，并将其输入处理器。更进一步的，在收发器收到该上述信息之后，该上述信息可能需要进行其他的处理，然后才输入处理器。
对于处理器所涉及的发射、发送和获取/接收等操作，如果没有特殊说明，或者，如果未与其在相关描述中的实际作用或者内在逻辑相抵触，则均可以更加一般性的理解为处理器输出和接收、输入等操作，而不是直接由射频电路和天线所进行的发射、发送和接收操作。
在实现过程中，上述处理器可以是专门用于执行这些方法的处理器，也可以是执行存储器中的计算机指令来执行这些方法的处理器，例如通用处理器。上述存储器可以为非瞬时性(non-transitory)存储器，例如只读存储器(Read Only Memory，ROM)，其可以与处理器集成在同一块芯片上，也可以分别设置在不同的芯片上，本申请实施例对存储器的类型以及存储器与处理器的设置方式不做限定。
第六方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读介质存储用于设备执行的程序代码，该程序代码包括用于执行上述第一方面提供的方法。
第七方面，提供一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面提供的方法。
第八方面，提供一种芯片，该芯片包括处理器与通信接口，该处理器通过该通信接口读取存储器上存储的指令，执行上述第一方面提供的方法。
可选地，作为一种实现方式，该芯片还可以包括存储器，该存储器中存储有指令，该处理器用于执行该存储器上存储的指令，当该指令被执行时，该处理器用于执行上述第一方面提供的方法。
附图说明
图1示出了基于计算全息发产生的多光束的相位信息和远场衍射图案。
图2示出了本申请的生成多光束的装置200的结构性示意图。
图3示出了本申请实施例提供的生成多光束的装置300的示意图。
图4示出了本申请实施提供的产生二维多光束的方法的示意性原理图。
图5示出了本申请提供的计算振幅调制量和相位调制量的示意性流程图。
图6示出了本申请实施例提供的产生多光束的方法600的示意性框图。
图7示出了本申请实施例提供的生成多光束的方法产生两束光束的结果。
图8示出了本申请实施例提供的产生±2°范围内20×20点阵光束的结果。
图9示出了本申请实施例提供的产生±3°范围环状点阵光束的结果。
图10示出了本申请实施例提供的产生任意角度方向的光束的结果。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
随着激光雷达、空间激光通信、光通信网络等领域的飞速发展，与单光束相比，多光束的产生在这些领域具有更广泛的用途。
当前，多光束产生方案是基于计算全息(computer generated hologram，CGH)的方式，通过对出射光场的多光束图样进行反傅里叶变换得到初始近场相位，再使用一系列的迭代和优化算法对初始近场相位进行优化，得到理想的近场相位图样，再将优化后的相位图样加载到纯相位空间光调制器上。然而，为获得最佳的远场多光束分布，需要采用模拟退火(simulated annealing，SA)算法、遗传算法(genetic algorithm，GA)或者其他算法对初始近场相位进行大量的迭代和优化。因此，基于CGH产生多光束的方法需要耗费大量的计算时间，无法满足实际应用场景对快速、实时的多光束产生和信号处理的需求。此外，基于CGH产生多光束的方法仅将CGH得到的相位加载到空间光调制器上，丢失了光场的振幅信息，使得远场存在能量损失和串扰，例如图1所示的图中，为了产生两个光束，将CGH生成的相位图加载到空间光调制器上，从远场分布可以看出，双光束的其他位置出现了高阶的衍射级次，即说明了该方法会在远场产生额外的串扰，使得系统的能量受到损失。
针对上述问题，本申请实施例提供了一种产生多光束的方法，采用LCSLM对光场的幅度和相位两个部分都进行调制，且无需经过迭代和优化处理，从而能够快速地产生多光束。
为了使得本申请实施例更容易理解，下面首先对空间光调制器(spatial lightmodulator，SLM)进行简单介绍。
SLM是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件，能够实现对二维空间各点光强进行调制。SLM可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光转化成相干光。由于这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算和光学神经网络等系统中构造单元或关键的器件。近年来，液晶(liquid crystal，LC)作为电光效应材料，被广泛的应用于SLM上，LCSLM可以分为透射式LCSLM、反射式LCSLM。
需要说明的是，本申请实施例提供的生成多光束的方法，不仅适用于透射式LCSLM，反射式LCSLM，也适用于其他SLM，例如，基于超表面的偏振无关的SLM等，本申请对此不做限定。为了说明的简便性，本申请以透射式LCSLM为例对本申请提出的生成多光束的方法进行说明。
为了便于理解本申请实施例，作出以下说明。
在下文示出的实施例中，第一、第二、第三、第四以及各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请实施例的范围。例如，区分不同的步骤后光束的不同状态等。
图2示出了本申请的生成多光束的装置200的结构性示意图，如图2所示，该装置200包括：振幅调制单元201和相位调制单元202。该装置200用于将单束光生成多束光，其中，可以是振幅调制单元先接收一束第一光束，并根据振幅调制量对该第一光束进行调制，得到第二光束，随后该第二光束从振幅调制单元输出，该第二光束被相位调制单元接收，该相位调制单元根据相位调制量对该第二光束进行相位调制，生成第三光束，该第三光束为多光束。
在本申请实施例中，为了便于区分和说明，第一光束可以是通过激光器产生的一束准直激光，该一束准直激光在本申请中的说明书的描述中，称为第一光束，该第一光束作为输入光输入至本申请提供的装置200中，并通过装置200生成n束光束。将通过振幅调制后的光束称为第二光束，将通过振幅调制和相位调制，即双重调制后的光束称为第三光束。即在本申请中，第三光束表示n束光信号。此外，在本申请中，光束可以等同于光信号，即光束中携带光的振幅和相位信息。
需要说明的是，本申请的生成多光束的装置200的结构不仅限于图2所示，即第一光束也可以先经过相位调制后，再经过振幅调制。在这种情况下时，相位调制单元接收到第一光束后，根据相位调制量该第一光束进行相位调制，得到相位调制后的光束，此时只经过相位调制后的光束，也可以称为第二光束，该第二光束被振幅调制单元接收，该振幅调制单元根据振幅调制量继续对该第二光束进行振幅调制，最终生成第三光束。
因此，在本申请实施例中，可以将只经过一次调制，即振幅调制或相位调制后的光束称为第二光束，将经过相位调制和经过振幅调制，即经过两次调制后产生的光束称为第三光束。本申请对振幅调制和相位调制的顺序并不限定。
在本申请中，上述振幅调制单元和/或相位调制单元的功能可以采用SLM来完成，在本申请中，振幅调制单元和/或相位调制单元可以采用透射式SLM、反射式SLM或者其他类型SLM，本申请不做限定。
接下来，以透射式LCSLM为例，对本申请的生成多光束的装置进行说明。
图3示出了本申请实施例提供的生成多光束的装置300的示意图。如图3所示，该装置300包括振幅调制SLM 310和相位调制SLM 320。
具体地，该振幅调制SLM 310和相位调制SLM 320都可以为二位维空间光调制器，可以在二维空间上实现对光场的振幅和相位的调制。
其中，振幅调制SLM 310用于根据振幅调制量对接收到的第一光束的振幅进行调制。该振幅调制SLM 310可以包括但不限于以下结构：
第一偏振片311，用于得到第一偏振光，具体地，第一偏振片311用于改变第一光束的偏振态，即第一光束透过第一偏振片后，只剩下振动方向与第一偏振片光轴平行的光。此外，该第一偏振片311还可以起到保护和封装第一液晶层314的作用，针对实际使用中光源的不同波长范围，该第一偏振片311还可以表面镀有相应波长范围的宽谱AR膜，可以大大减少反射光，提高系统效率。
第一像素基板312，与第一公共基板313一起在像素上形成控制第一液晶层314偏转的电场。其中，第一像素基板312可以是硅基背板上覆有透明导电的阵列电极(pixel)，第一公共基板313内部覆有分布整个面的透明电极(transparent electrode)，此外，第一像素基板312与第一公共基板313的电极侧还可以涂覆取向层(alignment film)。该第一像素基板312可以采用氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)引线或者薄膜晶体管(thin filmtransistor，TFT)驱动。该第一公共基板313可以采用ITO引线，加载有恒定的电压。该第一像素基板312与该第一公共基板313相对放置并形成一定的厚度，中间填充有第一液晶层314，该第一液晶层314的材料可以是扭曲向列型液晶、向列型液晶或其他液晶材料。
该第一液晶层314，用于对第一偏振光进行处理，以得到第四光束。具体地。该第一液晶层314由于施加的电场不同，可以引起液晶分子的排列方向的变化，从而引起其光学性质的变化，实现对第一偏振光的调制作用。
具体地，振幅调制SLM 310根据振幅调制量对光信号进行调制时，由于液晶空间光调制器的像素是独立编程控制的，因此，该过程是先将振幅调制曲线将振幅信息转化为灰度值，再将灰度图输入到振幅调制SLM 310的控制单元，控制单元将灰度图映射为驱动电压，该驱动电压控制第一液晶层的液晶分子的排列方向的变化，从而实现对输入光，即第一偏振光的调制。
第二偏振片315，用于改变第四光束的偏振态，具体地，该第二偏振片315用于改变经过第一液晶层调制后的光的偏振态。
需要说明的是，在本申请实施例中，第一偏振片和第二偏振片的光轴相互正交，该第一液晶层的取向与第一偏振片的光轴或第二偏振片的光轴夹角为45°。
应理解，当光通过第二偏振片后，该振幅调制SLM完成了对第一光束的振幅调制。
第二公共基板321，用于与第二像素基板322形成控制第二液晶层323的偏转电场，其内部覆有分布整个面的透明电极，第二像素基板322可以是硅基背板上覆有透明导电的阵列电极，该第二像素基板322可以采用ITO引线或者TFT驱动。该第二公共基板321可以采用ITO引线，加载有恒定的电压。该第二液晶层323的材料可以是向列型液晶或其他液晶材料。需要说明的是，该第二液晶层的取向与第二偏振片的光轴平行。
具体地，如同上述对振幅调制的过程一样，相位调制SLM 320根据相位调制量对振幅调制后的光束进行相位调制时，先将相位调制量按照相位调制特性曲线将相位信息转化为灰度值，再将该灰度图输入到相位调制SLM 320的控制单元，控制单元将灰度图映射为相位调制SLM 320的驱动电压，这样光束经过该相位调制SLM 320就会被相位调制，在偏转电场中实现对相位的调制，并在输出端输出经过相位调制后的第三光束。
需要说明的是，振幅调制SLM 310和相位调制SLM 320可以采用单片集成方式，第一像素基板与第二像素基板的二维像素单元一一对应。在这样的结构下，能够可消除级联引入的空间衍射，并提升器件布局紧凑度。
接下来，对加载于振幅调制SLM的振幅调制量和加载于相位调制SLM的相位调制量的计算进行说明。
在本申请实施例中，该振幅调制量可以表示为下式(1)：
该振幅调制量加载在上述图2所示的振幅调制单元上。
相位调制量可以表示为下式(2)：
该相位调制量加载在上述图2所示的相位调制单元上。
其中，单独产生特定方向的单个波束的相位值可以表示为下式(3)：
在上面的三个公式中，各个参数的含义具体为：
图4是本申请实施提供的产生二维多光束的方法的示意性原理图。在图4中，入射的单个光束，SLM调制后在出射光场的二维方向上生成任意n个光束。
具体的，系统中的出射光场一般位于透镜的后焦平面，即频谱面上。在理想情况下时，出射光场的光束可以看作是对应空间位置上的单位脉冲函数，用空间频率可以表示为：
δ(fx,y-fsn) (4)
其中，δ()为单位脉冲函数，fx,y为光波矢的空间频率，fsn为某一个出射光束的光波矢k的空间频率。
将所有光束的频率叠加，可以得到出射光场的空间频谱为：
接着，根据二维单位脉冲函数的性质，将二维单位脉冲函数在x和y方向分别展开，可得：
其中，
分别表示二维出射光场在x和y方向的空间频率，fx，fy分别表示某一出射光束的光波矢
在x和y方向的空间频率。
进一步地，出射光场的空间频谱又可以表示为：
将空间频率转换为空间角分量的形式，并结合出射光场和SLM调制后的光场满足夫琅禾费衍射关系，因此，可以通过傅里叶反变换计算出SLM调制后的光场的复振幅分布满足：
其中，第n个波束的光波矢
在x方向和y方向上的空间角分量为θxn和θyn与空间频率
满足：
和
λ为入射波的波长。
将空间频率
的波束对应的SLM面上的坐标点(x,y)的相位表示为
k0是入射波的波束，那么SLM的调制光场的表达式可以转化为：
其中，Re(x,y)为实部，j·Im(x,y)为虚部。
最终，可以将上述(9)式转化为光场的振幅和相位的形式，进一步地推导出近场光场的振幅调制量和相位调制量的表达式，即上式的式(1)和式(2)。因此，在本申请实施例提供的产生多光束的方法中，振幅调制量和相位调制量可直接由解析式(1)，(2)计算得到，无需迭代和优化。
图5示出了本申请提供的计算振幅调制量和相位调制量的示意性流程图。具体包括以下步骤：
S501，输入预期的第三光束的数目n和每个子光束对应的目标角度。
具体地，根据对产生的第三光束的需求，输入每个子光束的目标角度，以及第三光束包含的子光束的数目n，其中n为正整数，该目标角度的定义可参考图3描述或图4所示，在此不再赘述。
S502，单独计算每个子光束的相位调制量。
具体地，根据每个子光束的角度，并结合公式(3)计算出每个子光束的在特定方向上的相位调制量。
S503，计算第三光束的振幅调制量和相位调制量。
具体地，将步骤502的计算结果带入公式(1)和公式(2)分别计算得到产生第三光束在输入平面上的振幅调制量和相位调制量。
基于上述方案，本申请提供的产生多光束的装置，可以根据需求灵活定制生成对应的多光束，支持同时加载完整的振幅和相位信息，能够实现子波束光强的任意强度调控，出射光场点阵光强的均匀分布。使得输出的多光束无高阶衍射损耗，且计算过程无需复杂的迭代，提升了产生多光束的运算速度，简化了运算过程。
图6示出了本申请实施例提供的产生多光束的方法600的示意性框图，如图6所示，该方法具体包括：
S601，接收一束第一光束。
具体地，振幅调制单元接收一束第一光束。
需要说明的是，在一种实现方式中，第一光束可以先经过相位调制，得到第二光束，再经过相位调制，得到第三光束。此时，相位调制单元用于接收一束第一光束，为了说明的简便性，本实施例仅以第一光束先经过振幅调制，得到第二光束，再经过相位调制来产生第三光束为例进行说明。
S602，根据振幅调制量对第一光束进行调制，得到第二光束。
具体地，可以是振幅调制单元根据振幅调制量对第一光束进行调制，得到振幅调制后的光束，即第二光束。
S603，根据相位调制量对第二光束进行调制，得到n束第三光束。
具体地，可以是相位调制单元根据振幅调制量对第二光束进行调制，得到相位调制后的光束，即第三光束。
应理解，其中，该振幅调制量与该相位调制量是基于预期的该n束第三光束的目标角度确定的，该目标角度为该预期的该n束第三光束在出射平面的角度。该目标角度的计算可参考对图3的说明，在此不再赘述。
基于本申请生成多光束的方法，可以根据需求灵活设置振幅调制量和相位调制量，使得生成对应的多光束，能够实现子波束光强的任意强度调控，出射光场点阵光强的均匀分布。
图7示出了利用本申请生成多光束的方法产生两束光束的结果，即将输入的单光束分束为两个通道的光束，目标分光比为1:1。
具体地，垂直输入单光束，输出两个目标子光束，子光束1出射方向为(1°，0°)，子光束2出射方向为(2.5°，0°)。
根据公式(3)分别计算出单独产生子光束1和子光束2时的相位调制量
和
分别如图7(a1)和图7(a2)所示。对应地，图7(b1)和图7(b2)为子光束1和子光束2仅经过相位调制量
和
所实现的远场。图7(a3)为根据本申请中的公式(1)和公式(2)计算的产生两个光束时的振幅调制量A(x,y)和相位调制量φ(x,y)，当采用如图2所示的本申请的装置时，入射光经过振幅调制和相位调制后，最终获得远场光斑分布图样，如图7(b3)所示。
可以与图1相比，本申请提供的生成多光束的方法，产生的远场无衍射损耗。且本申请没有对调制量进行优化处理，而是直接产生的。
图8、图9以及图10分别示出了利用本申请产生不同角度，不同数量的多光束的结果。
图8示出了利用本申请提供的生成多光束的方法和装置，产生±2°范围内20×20点阵光束。
其中，图8(a)为利用公式(1)计算的振幅调制图，图8(b)为利用公式(2)计算的相位调制图。在本申请提供的生成多光束的装置(例如图2或图3所示的装置)中，将上述图8(a)和图8(b)分别加载到对应的振幅调制单元和相位调制单元上，可以得到如图8(c)所示的出射光场，即实现了产生20×20点阵光束的效果，可以看到在图8(c)中，目标光束之外并不存在衍射的其他级次。
图9示出了利用本申请提供的生成多光束的方法和装置，产生±3°范围环状点阵光束。
其中，图9(a)为利用公式(1)计算的振幅调制图，图9(b)为利用公式(2)计算的相位调制图。在本申请提供的生成多光束的装置(例如图2或图3所示的装置)中，将上述图9(a)和图9(b)分别加载到对应的振幅调制单元和相位调制单元上，可以得到如图9(c)所示的出射光场，即实现了产生±3°范围环状点阵光束的效果，可以看到在图9(c)中，目标光束之外并不存在衍射的其他级次。
图10示出了利用本申请提供的生成多光束的方法和装置，产生任意角度方向的光束。
其中，图10(a)为利用公式(1)计算的振幅调制图，图10(b)为利用公式(2)计算的相位调制图。在本申请提供的生成多光束的装置(例如图2或图3所示的装置)中，将上述图10(a)和图10(b)分别加载到对应的振幅调制单元和相位调制单元上，可以得到如图10(c)所示的出射光场，即实现了产生任意角度方向光束的效果，可以看到在图10(c)中，目标光束之外并不存在衍射的其他级次。
本申请实施例还提供了一种装置，包括处理器和接口。所述处理器可用于执行上述方法实施例中的方法。
应理解，上述处理装置可以是一个芯片。例如，该处理装置可以是现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)，可以是专用集成芯片(applicationspecific integrated circuit，ASIC)，还可以是系统芯片(system on chip，SoC)，还可以是中央处理器(central processor unit，CPU)，还可以是网络处理器(networkprocessor，NP)，还可以是数字信号处理电路(digital signal processor，DSP)，还可以是微控制器(micro controller unit，MCU)，还可以是可编程控制器(programmable logicdevice，PLD)或其他集成芯片。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解，本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rateSDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(directrambus RAM，DR RAM)。应注意，本文描述的系统和方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
根据本申请实施例提供的方法，本申请还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括：计算机程序代码，当该计算机程序代码在计算机上运行时，使得该计算机执行图4至图6所示实施例中任意一个实施例的方法。
根据本申请实施例提供的方法，本申请还提供一种计算机可读介质，该计算机可读介质存储有程序代码，当该程序代码在计算机上运行时，使得该计算机执行图4至图6所示实施例中任意一个实施例的方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，高密度数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disc，SSD))等。
在本说明书中使用的术语“部件”、“模块”、“系统”等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。通过图示，在计算设备上运行的应用和计算设备都可以是部件。一个或多个部件可驻留在进程和/或执行线程中，部件可位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些部件可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。部件可例如根据具有一个或多个数据分组(例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一部件交互的二个部件的数据，例如通过信号与其它系统交互的互联网)的信号通过本地和/或远程进程来通信。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)和步骤(step)，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在上述实施例中，各功能单元的功能可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令(程序)。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令(程序)时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种生成多光束的方法，其特征在于，包括：
接收一束第一光束；
根据振幅调制量对所述第一光束进行调制，得到第二光束，所述振幅调制量用于调制所述第一光束的振幅；
根据相位调制量对所述第二光束进行调制，得到n束第三光束，所述相位调制量用于调制所述第二光束的相位，n为大于1的整数，
其中，所述振幅调制量与所述相位调制量是基于预期的所述n束第三光束的目标角度确定的，所述目标角度为所述预期的所述n束第三光束在出射平面的角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
根据振幅调制量对所述第一光束进行调制，得到第二光束，包括：
通过第一偏振片对所述第一光束进行处理以得到第一偏振光；
通过第一液晶层对所述第一偏振光进行处理以得到第四光束；
通过第二偏振片对所述第四光束进行处理以得到第二光束；
根据相位调制量对所述第二光束进行调制，得到n束第三光束，包括：
通过第二液晶层对所述第二光束进行处理以得到第三光束，
其中，所述第一偏振片和所述第二偏振片的光轴互相正交，所述第一液晶层的取向与所述第一偏振片或所述第二偏振片的光轴夹角为45°，所述第二液晶层的取向与所述第二偏振片的光轴平行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述第一液晶层的材料为扭曲向列型液晶或向列型液晶；
所述第二液晶层的材料为向列型液晶。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述振幅调制量满足：
所述相位调制量满足：
其中，
和
分别表示出射光场平面上单独产生的第ξ个、第η个和第m个波束对应的点的相位值，所述出射光场平面包括振幅调制单元对应的空间平面或相位调制单元对应的空间平面，所述振幅调制量加载在所述振幅调制单元上，所述相位调制量加载在所述相位调制单元上，
均满足：
θx是点(x,y)与x轴的夹角，θy点(x,y)与y轴的夹角，k0为所述第一光束的波数。
5.一种生成多光束的装置，其特征在于，包括：
振幅调制单元，用于接收一束第一光束，并根据振幅调制量对所述第一光束进行调制，得到第二光束，所述振幅调制量用于调制所述第一光束的振幅；
相位调制单元，用于根据相位调制量对所述第二光束进行调制，得到n束第三光束，所述相位调制量用于调制所述第二光束的相位，n为大于1的整数，
其中，所述振幅调制量与所述相位调制量是基于预期的所述n束第三光束的目标角度确定的，所述目标角度为所述预期的所述n束第三光束在出射平面的角度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述振幅调制单元包括第一偏振片、第二偏振片和第一液晶层，所述第一偏振片和所述第二偏振片的光轴互相正交，所述第一液晶层的取向与所述第一偏振片或所述第二偏振片的光轴夹角为45°；
所述相位调制单元包括第二液晶层，所述第二液晶层的取向与所述第二偏振片的光轴平行。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第一液晶层的材料为扭曲向列型液晶或向列型液晶；
所述第二液晶层的材料为向列型液晶。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的装置，其特征在于，
所述振幅调制单元的像素单元与所述相位调制单元的像素单元一一对应。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，
所述振幅调制单元与所述相位调制单元采用单片集成的方式。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，
所述振幅调制量满足：
所述第二调制量满足：
其中，
和
分别表示出射光场平面上单独产生的第ξ个、第η个和第m个波束对应的点的相位值，所述出射光场平面包括所述振幅调制单元对应的空间平面或所述相位调制单元对应的空间平面，所述振幅调制量加载在所述振幅调制单元上，所述相位调制量加载在所述相位调制单元上，
均满足：
θx是点(x,y)与x轴的夹角，θy点(x,y)与y轴的夹角，k0为所述第一光束的波数。
11.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品在计算机上执行时，
使得所述计算机执行如权利要求1至4中任意一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有指令，所述指令在计算机上执行时，使得所述计算机执行如权利要求1至4中任意一项所述的方法。
Priority Applications (1)
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