[发明专利]一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法

权利要求书

1.一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法，该方法包括：

步骤1：初始化液晶相控阵参数

为了进行聚焦式相干合成处理，需要提供如下参数，包括：激光工作波长，记做λ；液晶相控阵包含的移相单元数量M，相邻移相单元之间的间距d；激光满足相干条件，即频率f相同，相位差φ恒定，偏振方向κ相同；为了保证N束激光经过阵列后仍然满足相干条件，设置激光的初始偏振方向与液晶的光轴方向一致；

步骤2：基于N个液晶相控阵建立1×N阵列

N个液晶相控阵按照一维矩阵排列组成1×N阵列，相邻液晶相控阵之间的中心距离为h，作为相干激光的方向控制阵列；液晶相控阵依次编号为C₁,C₂,...,C_n,...,C_N，相干激光依次编号为L₁,L₂,...,L_n,...,L_N；在阵列所在平面建立直角坐标系x₀-y₀，原点设为O₀，在目标位置所在平面建立坐标系x-y，原点设为O；x-y平面与x₀-y₀平面之间的距离为z，即为相干激光的传播距离，C₁的对称中心与O₀重合，1×N阵列沿x₀方向排列；

步骤3：选取相干合成的目标位置P

确定相干合成的目标位置，包括传播距离z以及在x-y平面内的目标位置坐标P(x,y)；

步骤4：确定每束激光通过相应液晶相控阵后的偏转角度θ_n

在x₀-y₀平面内1×N阵列中第n个液晶相控阵C_n的中心位置坐标为(x_n,0)，其中x_n＝(N-1)·h，根据聚焦式传播过程，L_n通过C_n后传播到目标位置，根据目标位置坐标得到L_n通过C_n后的偏转角度θ_n，其计算公式为由此可得，相干激光L₁,L₂,...,L_n,...,L_N通过1×N阵列C₁,C₂,...,C_n,...,C_N后的偏转角度依次为θ₁,θ₂,...,θ_n,...,θ_N；

步骤5：确定每个液晶相控阵的调制相位面φ_n

根据相控阵原理，对于1×N阵列中第n个液晶相控阵C_n来说，当相邻移相单元的调制相位差恒定时，L_n通过C_n后的偏转角度为θ_n，其中与θ_n满足公式由此可得C_n中所有移相单元T_n＝[t₁,t₂,...,t_n,...,t_M]实现的调制相位量为；

其中M为C_n中包含的移相单元数量，在x₀-y₀平面内L_n通过C_n后的激光复振幅的数学表达式为；

其中x₀为液晶相控阵的孔径，L为1×N阵列的长度，D为液晶相控阵的长度，d为相邻移相单元的间距，k为移相单元的编号；步骤6：聚焦式空间传播过程

为了使方法的结果尽量精确，利用基尔霍夫衍射公式描述相干激光通过阵列后的传播过程；L_n的复振幅平面传播到x-y平面，P(x,y)是相干合成的目标位置，在x-y平面内；在P(x,y)处激光的复振幅表达式为ULn(x,y)=1iλ∫∫ΣELn(x0,y0)exp(ikz)z·cosθn+12dx0dy0,]]>其中z代表x₀-y₀平面与x-y平面的距离，θ_n代表L_n通过C_n后的偏转角度；

步骤7：在目标位置进行相干合成

N束激光L₁,L₂,...,L_n,...,L_N通过1×N阵列C₁,C₂,...,C_n,...,C_N后均传播到目标位置P(x,y)；根据相干合成公式得到N束激光在目标位置P(x,y)进行相干合成后，合成激光的复振幅表达式为U_co(x,y)，合成光强表达式为I_co＝U_co(x,y)·U_co(x,y)^*；

步骤8：改变目标位置坐标P(x,y)，返回步骤3，重复步骤3～步骤8，完成其它角度的激光相干合成。