一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法
【专利摘要】本发明属于衍射光学【技术领域】，特别是涉及一种可用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法。在经典GAA方法的基础上，于远场轴向引入多平面，建立了多平面GAA方法模型，设计用于驱动相控阵的多个相位分布，实现相控阵多个光束的三维扫描控制。本发明为相控阵多光束三维扫描控制提供一种新的相位分布设计方法，该方法较多平面GS方法提高了被控光束焦斑的均匀性。
【专利说明】一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于衍射光学【技术领域】，特别是涉及一种可用于相控阵多光束三维扫描的 相位分布设计方法。
【背景技术】
[0002] 相控阵是一种相位分布可编程控制的纯相位型衍射元件，其由一个个相控单元排 列组合而成，每个相控阵单元的相位延迟可编程控制，相控阵上的所有相位单元形成相位 分布。控制相控阵上的相位分布就可以达到对入射其上的光波的扫描控制，即相控阵光束 扫描技术。
[0003] 相控阵多光束扫描技术是实现激光雷达、激光武器、激光微细加工、激光雕刻、光 镊子等光学系统的重要途径，而基于相控阵的多光束扫描控制的核心是相控阵上的相位分 布设计。目前，现有的相位分布设计方法大多只适用于光束的二维扫描，典型代表主要有： 闪耀光栅方法、杨-顾方法以及GAA (Generalized Adaptive-Additive)方法等。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出发明一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计新方 法。即在经典GAA (Generalized Adaptive-Additive)方法的基础上，于远场轴向引入多平 面，建立了多平面GAA方法模型，基于该多平面GAA方法设计用于驱动相控阵的多个相位分 布，以实现相控阵多个光束的三维扫描控制。
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计 方法，在经典GAA方法的基础上，于远场轴向引入多平面，建立了多平面GAA方法模型，设计 用于驱动相控阵的多个相位分布，实现相控阵多个光束的三维扫描控制。
[0006] 作为一种优选方式：所述设计用于驱动相控阵的多个相位分布的步骤为： 步骤一，i多个光束焦斑的三维位置在远场产生相应的i多个相位分布，远场平面上预 期的焦斑振幅分布为|巩4蚣丨，且I巩4^1在远场平面坐标点(44的强度为1，其他 位置全为〇,相位分布迭代初值设为〇,后续迭代中的相位分布可以由远场的傅立叶逆变 换确定，假定此时是第》次迭代，则有：多平面GAA方法中远场目标复振幅分布为
【权利要求】
1. 一种用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法，其特征在于：在经典GAA方 法的基础上，于远场轴向引入多平面，建立了多平面GAA方法模型，设计用于驱动相控阵的 多个相位分布，实现相控阵多个光束的三维扫描控制。
2. 根据权利要求1所述的一种可用于相控阵多光束三维扫描的相位分布设计方法，其 特征在于：所述设计用于驱动相控阵的多个相位分布的步骤为： 步骤一，i多个光束焦斑的三维位置在远场产生相应的i多个相位分布，远场平面上预 期的焦斑振幅分布为丨1?(：4=^丨，且丨在远场平面坐标点的强度为1，其他位 置全为0,相位分布迭代初值设为0,后续迭代中的相位分布可以由远场的傅立叶逆变换确 定，假定此时是第》次迭代，则有：多平面GAA方法中远场目标复振幅分布.
为
(1)
其中，_为自然数， 需要在〇到1之间优化选取，一般优选为
〇. 5, 4'为第f个光束焦斑所在远场平面的坐标， 为第次迭代的相位分布经 傅立叶变换后在远场平面实际获得的复振幅分布， 为该复振幅的相位分布； 步骤二，相位分布所在平面的复振幅分布
由远场平面的复振幅分布
傅 立叶逆变换获得，具体可以表达如下：
(2) 其中，为相位分布所在平面的坐标，丨1；(1^)_为此时相位分布所在平面光场的振幅 分布，Kfcj)为此时相位分布所在平面光场的相位分布，
为一个负透镜相位分布 且J
，其中/为虚数单位，Jt为光波长，rf为 物透镜到相位分布所在平面的距离，/为物透镜焦距，_为移动后的平面到参考平面的 距离，依据移动后的平面在参考平面的左边还是右边，可以取正号或负号； 步骤三：相位分布所在平面的复振幅分布.
中的相位分布保留，但振幅 分布全部设置为1，获得新的复振幅分布
I，其表达为：
(3) 步骤四：复振幅分布
经傅立叶变换后获得的远场平面的复振幅
为： (4) 其中：
为一个正透镜相位分， 上述四步骤反复迭代计算，直到.
逼近收敛于设定远场平面的预期的目标， 复振幅分布.
迭代完成，此时的即为对应所求解的控制某第i个光束焦斑 的相位分布，为了表达更直观，其可表示为，多个光束控制需要多个相位分布，所 以，i多个光束控制需要的i个相位分布为
，多个相位分布叠加
形成复合相位分布载入相控阵，从而达到预期的控制。
【文档编号】G02B27/00GK104062757SQ201410298676
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】王东, 武钰丽, 靳宝全, 王云才, 蔡冬梅, 贾鹏, 杨毅彪 申请人:太原理工大学