PDF《纯相位空问光 调制 器 动态 控制光束偏转》

5 j .本 文设 计 了一 个 能够 发射 任意衍 射 点阵 图形 的系统装 置 .设 计 中的一个 核心 部件是液晶空问光 调制器(LCSIM) , 是美国BNS( B o u l d e r N o n l i n e a r S y s t e ms ) 公司的专利产品,是近 年发 展起 来 的微 电子 机械(ME MS ) 领域的最新 研 究成 果].该 系统采用液晶空 间光 调制器,通过对 一组激 光束的相 位进行控制和波 束合成,成收稿 日期 :

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收到修改稿 日期 :

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2 4 作者简介 : 刘伯 晗(

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7 7 ) , 男,吉林人 , 哈尔滨 工业大学博 士研究 生, 主要从 事光 电测 试、 间光信息 处理方面 的研 究. E― ma i l : hi t ― b o h a n l i u @ y a h o o . c o m. c n 导师简介 : 张健(1944),男,江苏无锡人 , 哈尔滨 工业大学 教授 , 博 士生导 师, 主要 从事光 电精 密测量及信 息处理方 面 的研 究.E―ma i l : z j l a b @ h i t . e d u . c n 维普资讯 http://www.cqvip.com 国激光功实 现快速 、 准确、无机械 动态 扫描 .

2 任意点阵衍 射 图形 的设计 原理 如图1所示的光学 系统 中,设平面单色 波 入射 , 调 制器 的透 射复 振 幅函数 为t(,r/)一 , - ( , r / ) e x p [ j ( , r / ) ] , (

1 ) 当r的模 值为

1 时,光学 元件 为纯 相位 光学 元件,只对入 射波 的相 位进行调 制 .纯相 位调制的优点是,通过调 制器后 出射 的光 强不损失,与一般 的 幅度 调 制相比, 其透射光强大大提高, 这有利于能量 的集中 和远距 离传 输 .如果 能够将 出射 光 束控制 成二 维阵列式 光束 , 就可 以将 一束入射光合 成二维阵列式多维光斑 ( 束),这对 于实 现多目标 同 时跟 踪有着重要 意义 .为此,本文尝 试采 用纯 相位调 制 方法 , 采用 纯 相位 衍射 光学 元件 发射出等 强度点阵(光束)图形,并以此来 逼 近远场 ( 期望 ) 图形 . 图1相位设计光学系统示意 图Fi g .

1 S c h e ma t i c d i a g r a m o f s y s t e m f o r p h a s e d e s i g n 为了产生规则或不规则等强度二维点阵, 假设 平 面单 色波 入射 到纯相位 空间光调 制器(SLM) 上,其透 射复振 幅 函数可 表征 为￡(,r/)一 e x p [ j g ( ~ , ) ] . 一 般情 况下 , 输入 函数 ￡ ( , r

1 )和输 出 函数 g ( x, )之间 的关 系可 表示为 g( x, )一H(x, Y, , 叩)￡(,r/),(2)式中H( x, Y, , )为空间传 递函数.二维输出光点阵列 对应于该二维空间光调制器的各衍射级.设A( m, )是 由整 数(,)表 征的各衍射级的复振幅,其中一一M , … , M , 一一 N, … , N , 总衍射 级数为(2M+1)* (

2 N +

1 ) . 故A( m, ) 可 通过 傅里叶变换 由整数 ( , )表征 为A( , )一l I e x p [ j g ( ~ , r / ) ]* e x p [ - -j

2 n ( m 8+ 叩)]d,(3)其中周期性 函数 ( ∈ + T ,

1 7 + T )一(,17),T和T分别 为沿 轴和叩轴方 向 的周期 . 在每 个 周期 内33卷 的矩形单元[ ￡ + 一￡, ~ ]中, 相位为常数值: ( ,

7 / )一,∈[0,2tO;

∈ [ ￡, ] , ∈ [ , 仉].这样 , ￡ ( , 叩 )由点阵化 的 表示 成t,g(x,)由A( m, ) 表示 成g…,由式 (

3 ) 可将 g … 表 示成 g … 一DF T{ r[ ( ,

7 / ) ] } , (

4 ) 其中 DFT 表示离散傅里叶变换,r为相位在[0,2tO内的量 化 函数 . 这 样就 可 以进 行离散点 阵优 化设 计.由此 可见 , 对 于远场 强度 图形 而言,远场 的强 度J(J―lAl)取决于每一点的相位值 . 如何选取 相位 , 的值, 使得 由该相位值获得 的远场衍射 图 更加逼 近所 期望 的 图形 , 是 一个 优化 逼近过 程:即如 何使 得11j1―1j11≤￡(5)表示 的误 差尽量 达 到全局 最小 . 其中,正数 e为一个 误差许可 阈值 , J 是J的估计值.以上过程是一个对 强度图形进行相位恢复过程, 可采用计算机进行相 位 优化 设计 .