[发明专利]多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器

说明书

一种多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器，构成是：沿入射光方向依次是第1块复用体布拉格光栅的前表面的第1增透膜、第1块复用透射式体布拉格光栅、第2块复用透射式体布拉格光栅、…、第N块复用透射式体布拉格光栅和第N块复用透射式体布拉格光栅的后表面的第2增透膜，N为2以上的正整数。所包含的所有光栅通道的最小偏转角度从小到大依次级联。本发明提高了入射光束的绝对衍射效率，具有性能优越，结构简单，可大批量生产，在激光光束扫描技术领域具有重要的实用前景。

技术领域

本发明涉及激光光束扫描，特别是一种多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器。

背景技术

传统的光束扫描装置通常是采用机械运动的方法实现的，这种实现方式存在扫描速度和精度相对较低且体积非常庞大、重、昂贵和易受机械振动影响等缺点。随着相关技术的突破，近年来，光学相控阵技术得到了较快的发展，可以较为方便和快速的对激光光束进行非机械式二维扫描。光学相控阵不仅使相控阵激光雷达系统成为可能，而且在目标捕获、高精度瞄准、高分辨率成像、通信链接、定向红外反侦查和自适应光学系统等方面有广阔的应用。但是，受到各种因素的制约，目前光学相控阵的光束角度偏转能力有限(典型的为±3°～5°)，难以满足实际应用中大角度偏转范围的需求，因此需要将光学相控阵与其他大角度光束偏转技术相结合。

记录在光热敏折变玻璃内的体布拉格光栅可以实现大角度的光束偏转，同时具有高的衍射效率、极低的散射损耗、吸收损耗和良好的高功率耐受性，使其成为理想的多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器之一。通过设计体布拉格光栅的周期和条纹倾斜角参数，可以实现光束的小角度入射和大角度偏转出射，在体布拉格光栅前级使用光学相控阵来调制通过体布拉格光栅的光束角度，可以实现光束的偏转或不偏转。当光束的入射角度调节至多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器各个光栅通道对应的入射角度时，光束会被不同光栅通道选择性的大角度衍射出去，再通过多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器之后的精调相控阵对特定角度出射的光束进行精细控制和填充，最终可实现大角度范围内的准连续光束角度控制。所需的大角度偏转范围和精调相控阵的角度调节范围共同决定了多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器的通道数量。受限于光热敏折变玻璃的折射率调制范围(2×10^-3)以及相邻通道之间的串扰影响，当在一块玻璃内复写太多组光栅(如10路以上)时，玻璃需要具有较大的厚度，以满足实现高衍射效率的条件。而当厚度较大时，体布拉格光栅的角度选择半宽较小(毫弧度量级)，此时激光束的发散特性会大大降低入射光束最终的衍射效率，如图2所示。此外，在一块玻璃内复写太多组光栅，给光栅制备工艺带来了极大的挑战，成品率低、成本高且耗时费力。而通过多个单路体布拉格光栅的级联使用，虽然可以避免复用体布拉格光栅中相邻通道的串扰效应和获得较高的衍射效率，但该方法会增加系统所需的孔径大小、元件数量以及系统复杂性，使得光束扫描系统难以实用化。目前，尚未见有相关文献或专利给出较好的解决方案。

发明内容

为了使光束扫描系统更加小型化、轻量化和尽可能获得高的最终衍射效率，本发明提出一种多块复用体布拉格光栅级联角度偏转器。该角度偏转器，记录在光敏材料(特别是光热敏玻璃)内的体布拉格光栅具有入射角度和出射角度设计灵活、优异的角度选择性以及良好的复用特性。

本发明的技术解决方案如下：

一种多块多通道复用体布拉格光栅级联角度偏转器，特点在于其构成是：沿入射光方向依次是第1块复用体布拉格光栅的前表面的第1增透膜、第1块复用透射式体布拉格光栅、第2块复用透射式体布拉格光栅、…、第N块复用透射式体布拉格光栅和第N块复用透射式体布拉格光栅的后表面的第2增透膜，所述的第1块复用透射式体布拉格光栅、第2块复用透射式体布拉格光栅、…、第N块复用透射式体布拉格光栅的光栅通道的最小出射角从小到大依次排列，所述的复用透射式体布拉格光栅通过折射率匹配液贴合成一个整体，每一块复用体布拉格光栅的各路光栅通道对应着特定的入射角和出射角，N为2以上的正整数。