[发明专利]一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法

说明书

技术领域

本发明属于液晶相控阵领域，特别是涉及一种采用液晶相控阵进行波束方向控制的聚焦式相干合成方法。

背景技术

液晶相控阵技术是一种无惯性、快速的电控光束方向控制技术。液晶相控阵一般是由液晶移相单元组成的阵列，通过调节从各个移相单元辐射出的激光的相位之间的关系，使从各个移相单元辐射出来的激光在设定的方向上同相，产生彼此加强的干涉，于是液晶相控阵在此方向上辐射出一束高强度的激光。而在其他方向上，从各个移相单元辐射出的激光都不满足彼此同相，激光干涉的结果是彼此相消，在其它方向上激光的强度接近零。从而通过液晶相控阵实现了激光的方向控制。根据相控阵原理，激光通过液晶相控阵后可以偏转任意的角度。

在激光雷达、激光武器和激光切割等高强度激光应用领域，由于单束激光的输出强度有限，需要提升激光的光强。相干合成技术通过对相干激光进行相位锁定，能够将多束激光合成为一束高强度的激光，可以显著提升激光的光强。但是在现有的相干合成技术背景下，相干激光以平行的方式进行传播，经过衍射过程后只能够在远距离位置相遇，因此相干合成只能够在远场实现，这大大限制了相干合成技术的适用范围。

发明内容

本发明针对背景技术的不足提出一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法。通过液晶相控阵对入射激光进行相位调制，控制出射激光的传播方向。多个液晶相控阵按照一定的方式排列组成相干激光的方向控制阵列，每束激光对准一个液晶相控阵垂直入射。多束相干激光通过阵列后，分别偏转不同的角度，均传播到目标位置。多束相干激光在目标位置相遇，实现相干合成。由于相干激光不再以平行的方式传播，而是以聚焦的方式传播的目标位置，而目标位置可以在从近场到远场的范围内任意位置，因此通过基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法，能够在近场和远场实现相干合成，拓展了相干合成技术的使用范围。本发明为一种基于液晶相控阵的聚焦式相干合成方法，具体步骤包括：

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