專利名稱：電光控制二維激光光束掃描陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光光束掃描，特別是電光控制激光光束二維掃描陣列，主要由控 制陣列和發(fā)射陣列兩部分組成，通過調(diào)制陣列電壓，實現(xiàn)對入射信號光的分束定向 傳輸和電光控制發(fā)射。主要應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光通信、激光顯示、激光對抗、激 光跟瞄等信息領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光光束掃描系統(tǒng)在激光雷達(dá)、激光通信、激光顯示等方面有著重要的應(yīng)用。 例如激光雷達(dá)必須將激光束對特定探測空間進行有效的掃描，以獲取目標(biāo)的距離和 方位信息。
通常的二維光束掃描器大多采用機械掃描原理，可以實現(xiàn)寬范圍內(nèi)二維光束掃 描，缺點是受機械傳動精度影響，掃描精度有限，掃描速度慢，而且掃描系統(tǒng)往往 比較龐大，微小化程度低。
光學(xué)相控陣光束掃描器通過控制各相控單元的相位實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，是一種非機 械的高精度掃描器(參見P. F. Mcmanamon， T. A. Dorschner, D. L. Corkum, et al, Optical phased array technology, Proc. IEEE, 1996， 84, 268-298)，但是如要實現(xiàn)較大范 圍的高精度掃描，需要大量的移相器，而相控單元尺寸小，生產(chǎn)工藝難度大，成本 高，掃描范圍受限，更重要的是難以消除衍射所帶來的光學(xué)問題。萬玲玉等人采用 LiNd03晶體設(shè)計了一種多光束掃描的電光相控陣二維激光光束掃描器(參見萬玲玉 等，高速電光相控陣二維激光光束掃描器，發(fā)明專利，公開號CN 1554978A)它的 輸出口徑為7mmx7mm，最大掃描范圍為0.345mrad，具有并行掃描的特點，掃描速 率達(dá)到100ns/行，可以通過增大調(diào)制電壓，加長電極長度和改善切割方式提高晶體 電光系數(shù)等方法增大掃描范圍，但是掃描范圍仍然非常有限，限制了這種設(shè)計在二 維掃描中的應(yīng)用。
基于鐵電疇工程的電光掃描器(參見K. Gahagan, V Gopalan, J. M. Robinson， and Q. X. Jia, Integrated electro-optic lens/scanner in a LiTaO3 single crystal, Appl. Opt" 1999, 38， 1186-1190;和D. A. Scrymgeour, Y. Barad, V. Gopalan， K. T. Gahagan, Q. Jia, T. E. Mitchell, and J. M. Robinson, Large-angle electro-optic laser scanner on LiTaO3 fabricated by in situ monitoring of ferroelectric-domain micropatterning， App. Opt" 2001,40(34): 6236-6241)具有掃描速度快、精度高、沒有機械運動和集成度高的優(yōu)點，可 以實現(xiàn)二維掃描，很適合高精度的空間通信和跟瞄使用，但現(xiàn)有的器件大多為單光 束偏轉(zhuǎn)設(shè)計，通光口徑小，難以制作出大孔徑的掃描器。
光折變3-D集成是通過全息記錄和固定的方法把多個光學(xué)組件集成在單塊晶體 內(nèi)以構(gòu)成可重構(gòu)的三維光子學(xué)系統(tǒng)。閻曉娜等利用分層結(jié)構(gòu)的光折變集成建立了單 級修正的Gamma網(wǎng)絡(luò)，利用分塊結(jié)構(gòu)的局域光折變體全息集成提出了光伏打2X2 直通交換光開關(guān)和電控制的2X2直通交換光開關(guān)(參見閻曉娜，劉波，劉立人，基 于層狀固定光折變?nèi)⒌膯螇K光學(xué)修正的gamma網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)學(xué)報，1998, 18(10), 1326-1331)。董前民等利用雙摻雜LiNb03晶體的光折變效應(yīng)，采用雙色光雙中心全 息記錄法，提出LiNb03晶體體全息光柵的光分插復(fù)用器(OADM)(參見董前民，劉 立人，劉德安，欒竹等，鈮酸鋰晶體體全息光柵的光分插復(fù)用器，發(fā)明專利，公開號 CN 1424601A)和40x40波長無阻塞光開關(guān)(參見董前民，劉立人，劉德安等,40x40 波長無阻塞光開關(guān)，發(fā)明專利，公開號:CN 1442727A)，用于實現(xiàn)波分復(fù)用信號的解 復(fù)用及信號光波之間的空間交換，以及40個波長信道的無阻塞路由交換。基于晶體 雙折射效應(yīng)和光折變效應(yīng)的3-D光學(xué)集成，具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，固態(tài)化，抗環(huán)境千 擾能力強等優(yōu)點，但是目前尚沒有應(yīng)用晶體雙折射效應(yīng)和光折變效應(yīng)的3-D光學(xué)集 成設(shè)計制作電光控制二維激光光束掃描陣列的報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服以上在先掃描技術(shù)的不足，基于晶體雙折射 效應(yīng)和光折變效應(yīng)的3-D光學(xué)集成，提供一種電光控制二維激光光束掃描陣列，該掃 描陣列應(yīng)具有是掃描速度快、精度高、無機械運動、控制簡單、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊
并具有一定的集成度的特點。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種電光控制二維激光光束掃描陣列，其特點是由控制陣列和發(fā)射陣列兩部分
組成，所述的控制陣列是單列的N個電光開關(guān)單元構(gòu)成，所述的發(fā)射陣列的結(jié)構(gòu)是 由NxM電光開關(guān)單元構(gòu)成的N行M列的矩陣結(jié)構(gòu)，形成N+NxM光束掃描陣列， 其中N和M是大于1的正整數(shù)，所述的電光開關(guān)單元由兩個光軸方向不同的第一晶 體和第二晶體組合而成入射光方向沿第一晶體的光軸前進，在第一晶體垂直于光
軸的兩相對的表面鍍金屬電極對，以便給該晶體施加橫向半波電壓；第二晶體為體
全息光柵。所述的電光開關(guān)單元由兩個光軸方向不同的鈮酸鋰第一晶體和第二組合而成， 第一晶體為表面鍍金屬電極對的純凈鈮酸鋰晶體，所述的第二晶體采用雙中心光固 定全息記錄法記錄了體全息光柵的高溫氧化處理的雙摻雜鈮酸鋰晶體，所述的第二 晶體的光軸與第一晶體的光軸偏轉(zhuǎn)45。。
所述的雙摻雜鈮酸鋰晶體是LiNb 03:Ce:Cu晶體、LiNb03:Ce:Mn晶體或
LiNb03:Fe:Mn晶體。
所述的發(fā)射陣列的第二晶體的出射面設(shè)置傾角e，則光束的輸出角度為《 ,:
6 。 , -arcsinl^sin"-^式中ne為晶體的非常光折射率。
單路信號光從控制陣列入射，控制陣列中每個單元都是一個獨立的1x2電光開 關(guān)，可以在電場控制下實現(xiàn)對光束方向的偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)分束和定向傳輸。信號光 進入發(fā)射陣列，在發(fā)射陣列中采用電光開關(guān)單元陣列結(jié)構(gòu)，每個電光開關(guān)單元都可 以在電場的作用下實現(xiàn)信號光束的發(fā)射。
所述的電光開關(guān)單元由兩個光軸方向不同的第一晶體和第二晶體組合而成第 一晶體的表面鍍金屬電極對，利用晶體的橫向電光效應(yīng)改變?nèi)肷涔庑盘柕钠駪B(tài)； 第二晶體中采用90°記錄的方法集成體全息光柵，利用布拉格光柵的衍射特性實現(xiàn) 光束的90°偏轉(zhuǎn)。電光開關(guān)單元設(shè)計思路是基于光折變?nèi)⒌难苌湫蕦τ涗浐妥x 出光束偏振方向的依賴關(guān)系。通過光折變效應(yīng)光折變晶體記錄全息光柵改變了晶體 的折射率，這種折射率的改變是與記錄介質(zhì)的性質(zhì)和記錄的結(jié)構(gòu)設(shè)置有關(guān)的。在讀 出光和衍射光弱耦合的近似情況下，衍射效率正比于改變的折射率，因此對于特定 的記錄介質(zhì)，衍射效率是偏振敏感的。對記錄于光折變晶體中的全息光柵分別用兩 種正交偏振的參考光來讀出，如果在這兩種情況下衍射效率相差很大，則通常的"開 關(guān)"功能就可以實現(xiàn)。因此可以利用電光晶體的橫向電光效應(yīng)改變?nèi)肷涔庑盘柕钠?振態(tài)，實現(xiàn)體全息光柵的電光開關(guān)作用。
沿著電光晶體的某一軸向施加橫向半波電壓R，表示為
式中A為入射波長， 為該波長下的尋常光折射率，y為晶體的電光系數(shù)，"為
電場方向的晶體厚度，/為光傳輸方向上的晶體長度。從上述公式看出，可以通過減 小d//來減小半波電壓。為了擴大發(fā)射陣列的掃描范圍，在出射面設(shè)置e的傾角，得到信號光輸出角《 ,
為
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在單元陣列的制作過程中，通過改變開關(guān)單元出射面的^傾角的設(shè)置，就可以靈活 地改變某一方向的掃描角度范圍。
電光開關(guān)加電極部分的功耗vv表示為
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其中z為容抗，c為電容，；i為入射波長，W。為該波長下的尋常光折射率，7為電
光系數(shù)，rf為電場方向的晶體厚度，；為光傳輸方向上的電極長度，fo為垂直于光傳 輸方向上的電極長度，s為晶體的相對介電常數(shù)，s。為真空中的介電常數(shù)，/為調(diào)
制頻率。
本發(fā)明具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、開關(guān)速度快、掃描精度高、掃描范圍 大、控制簡單等優(yōu)點，并可以通過改變出射面的傾角實現(xiàn)發(fā)射角度的改變，具有良 好的發(fā)展前景。


圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例1掃描陣列內(nèi)部電光開關(guān)的分布與光傳輸示意圖。
圖3是本發(fā)明實施例1矩陣型開關(guān)電路布置示意圖。
圖4是本發(fā)明實施例2內(nèi)部電光開關(guān)的分布與光傳輸示意圖。
圖5是本發(fā)明實施例2電光開關(guān)單元的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明實施例2發(fā)射陣列的集成制作示意圖。
具體實施方案
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的電光控制二維激光光束掃描陣列作進一步說 明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明電光控制二維激光光束掃描陣列實施例1的結(jié)構(gòu) 示意圖。本發(fā)明實施例1的N二IO， M=10，是一種10+10X10的鈮酸鋰電光開關(guān)陣列結(jié)構(gòu)，電光控制二維激光光束掃描陣列由控制陣列和發(fā)射矩陣兩部分組成，控 制陣列采用IO個鈮酸鋰晶體電光開關(guān)單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)(編號100—109)，每個單元可 以在電場控制下對光束方向的90°偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)分束和定向傳輸。在發(fā)射陣列中 采用10X10的電光開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)(編號200—299)，每個電光開關(guān)單元都可以在電 場的作用下實現(xiàn)信號光束的定向發(fā)射。這樣的控制陣列和發(fā)射陣列組合就構(gòu)成了 10 + 10X10的鈮酸鋰電光開關(guān)陣列結(jié)構(gòu)，電光開關(guān)設(shè)計采用光折變體全息光柵電光開 關(guān)。當(dāng)光信號沿-x方向入射進入掃描陣列，入射光沿控制陣列中晶體的光軸方向傳 輸，如果對其中某一個單元，例如105號，施加半波電壓，則體光柵可以對入射光 產(chǎn)生衍射，衍射光相對于原入射光方向偏轉(zhuǎn)90。后進入發(fā)射陣列，在發(fā)射陣列中依 然沿電光開關(guān)單元250—259的光軸方向傳輸，如果對其中某一個單元，例如255號， 施加半波電壓，則該單元的體光柵對入射光產(chǎn)生衍射，衍射光在255號單元沿z軸 方向出射，以一定的發(fā)射角在自由空間傳輸。同一列中每個光開關(guān)單元的發(fā)射角度 是唯一確定的，通過改變出射面P傾角的設(shè)置，實現(xiàn)不同的光束出射角度，就可以 靈活地改變掃描范圍。
圖2給出實施例1內(nèi)部的電光開關(guān)分布和光傳輸示意圖?？刂脐嚵胁捎?0個電 光開關(guān)單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，發(fā)射陣列采用IOXIO的電光開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)，控制陣列和發(fā)射 陣列中的光開關(guān)單元為完全相同的結(jié)構(gòu)，而僅僅是尺寸和單元的排布方式不同，每 個單元由加金屬電極部分和體全息光柵部分組合而成?？刂脐嚵兄型ㄟ^電場的作用 實現(xiàn)光束的分束和定向傳輸，發(fā)射陣列中每個電光開關(guān)單元都可以在電場的作用下 實現(xiàn)光束的發(fā)射。
下面估算在發(fā)射陣列中光束在矩形陣列結(jié)構(gòu)的晶體單元中傳輸時受到的損耗。 這里為分析簡便起見，將控制陣列和發(fā)射矩陣中的單元視為完全相同的，不考慮各 個單元間的產(chǎn)生損耗以及反射損耗。顯然在這種結(jié)構(gòu)中第200號光開關(guān)單元的入射 光受到的損耗最小，第299號光開關(guān)單元的入射光受到的損耗最大。入射光強為/。， 單元尺寸為/ = 10附附，晶體的吸收系數(shù)為"=1%〃附，則第(10,10)號單元的入射光 強為-
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由此來看由于晶體吸收引入損耗造成第200號單元和第299號單元的入射光強相差 并不大，這里是可以接受的，主要損耗來源于電光開關(guān)的開關(guān)效率(衍射效率)。這種矩形結(jié)構(gòu)的一個很重要的優(yōu)點就是單元排布非常方便，可以做得非常緊湊，控制 算法簡單，大幅度降低設(shè)計和制作成本。
圖3是本發(fā)明實施例1矩陣型開關(guān)電路布置示意圖。根據(jù)陣列中電光開關(guān)的分 布特點，在開關(guān)電路的制作和排布上也使用了矩陣型結(jié)構(gòu)，即把控制陣列中水平一 組的背電極連在一起引出，稱之為行電極(300—309);把發(fā)射陣列中縱向一組正電 極連在一起引出，稱之為列電極(310—319)。在這種二維結(jié)構(gòu)中，如果要啟動第(x,一 號單元發(fā)射，需要同時啟動第x號和第y號的控制開關(guān)。例如在某一時刻同時在309 號行電極與318號列電極上施加電壓，就可以實現(xiàn)光束從298單元出射。電光陣列 掃描可以通過編程來實現(xiàn)。
實施例2
圖4是本發(fā)明實施例2內(nèi)部電光開關(guān)的分布與光傳輸示意圖。實施例2是5+5x20 掃描陣列。控制陣列采用5個鈮酸鋰晶體電光開關(guān)單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)(編號400—404)， 每個單元可以在電場控制下對光束方向的9(T偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)分束和定向傳輸。在 發(fā)射陣列中采用20X5的電光開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)(編號500—599)，每個電光開關(guān)單元 都可以在電場的作用下實現(xiàn)信號光束的定向發(fā)射。這樣的控制陣列和發(fā)射陣列組合 就構(gòu)成了 5+20X5的鈮酸鋰電光開關(guān)陣列結(jié)構(gòu)，
圖5是本發(fā)明實施例2電光開關(guān)單元的原理結(jié)構(gòu)示意圖。體全息電光開關(guān)包含 鍍在鈮酸鋰晶體表面上的金屬電極和記錄在鈮酸鋰晶體中的體全息光柵兩部分，利 用鈮酸鋰晶體的橫向電光效應(yīng)和體光柵的布拉格衍射特性實現(xiàn)體全息電光開關(guān)的光 信號切換作用。體全息電光開關(guān)具有微秒級的交換速度和低損耗特性，其體積較小， 可以容易集成為大規(guī)模的電光開關(guān)矩陣。
電光開光單元分為兩部分第一部分601為加金屬電極部分，晶體的光軸c平行 于z方向。金屬電極對稱地加在鈮酸鋰晶體平行于坐標(biāo)面w的兩個相對側(cè)面上，沿 著鈮酸鋰晶體x方向施加橫向半波電壓t^，將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90。。第二部 分602為體全息光柵部分，晶體的光軸沿45。方向傾斜，體光柵的存在對沿著晶體光 軸方向傳播、波長為A且光波振動方向平行于坐標(biāo)y方向的光信號產(chǎn)生衍射，衍射 光波沿著坐標(biāo)y方向傳播且光波振動方向平行于光軸，體全息光柵對不符合上述條 件的信號光則是透明的。入射信號光乙t是尋常偏振光，而衍射的信號光是非常偏振 光，二者波矢大小略有不同而方向相互垂直。電光開關(guān)單元工作過程如下-
波長為A 、振動方向平行于坐標(biāo)X方向的信號光/int沿著晶體光軸方向進入體全 息電光開關(guān)，如果在金屬電極部分601不加橫向半波電壓，則光信號/int到達(dá)體全息 光柵時振動方向不變，因而直接通過光柵繼續(xù)沿著晶體光軸方向傳輸，記作/。 ,(0)， 這對應(yīng)體全息電光開關(guān)的直通狀態(tài)；如果在金屬電極部分對鈮酸鋰晶體加橫向半波 電壓(沿X方向)，由于鈮酸鋰晶體的橫向電光效應(yīng)而使得其感應(yīng)主軸沿Z軸轉(zhuǎn)動了
45° ，光信號到達(dá)體全息光柵602時，振動方向變?yōu)槠叫杏谧鴺?biāo)y方向，此時體全息 光柵對光信號產(chǎn)生衍射，衍射后的信號光沿著坐標(biāo)y方向傳播且振動方向平行于晶 體的光軸，記作/。
，這對應(yīng)電光開關(guān)單元的切換狀。采用90°記錄的方式可以 在鈮酸鋰晶體中記錄衍射布拉格光柵，實現(xiàn)光束的垂直于z軸方向出射。
由于布拉格光柵對信號光的衍射角度是90。，如果晶體的出射面不設(shè)置傾角， 發(fā)射的信號光束將垂直于晶體的出射面。為了擴大發(fā)射陣列的掃描范圍，在出射面
設(shè)置傾角^，可以得到輸出角度《 ,:
《K, = arcsin—1 (we sin - ^
通過改變出射面e傾角的設(shè)置，就可以靈活地實現(xiàn)某個單元發(fā)射角度的改變。如果 設(shè)置沿某一方向(例如垂直、水平或者任意角度)的單元出射角相同，就可以改變 與之相聯(lián)系的某一方向的掃描范圍。
在10xlO的發(fā)射陣列中，可以設(shè)置每一列的傾角相同，水平方向的掃描角度范圍 為一5.75° ~+5.75° 。這里取"￡=2.14， ^角可以具體設(shè)置如下
第一列，6 =_5°，《9,-5.75°
第二列，_4°，《9w = -4.58°
第三列，^ =一3°，《9",=-3.43°
第四列，6 =-2°，《9w = -2.28°
第五列，6 =_1°，《9
第六列，<9 =r，=1.14°
第七列，夕=2°，=2.28°
第八列，^ =3°，l,=3.43°第九列，6 = 4°， >9。 , =4.58° 第十列，^ = 5°， 《9。 ,=5.75°
在20x5的發(fā)射陣列中，可以設(shè)置每一行的傾角相同，垂直方向的掃描角度范圍
為一11.81° ~+11.81°。這里仍取 =第一行，6=一10° ，(=_11.81°
第二行，^=_9° ，》。"(=-10.56°
第三行，^=一8°，=一9.33°
第四行，^=-7° ，S。W=-8.12°
第五行，P=一6° ，^L(=_6.93°
第六行，6>=-5。，A",=-5.75°
第七行，汐=一4°，Aw=_4.58°
第八行，6=-3°，A",=-3.43°
第九行，6=一2°，=-2.28°
第十行，^=一1° ，=_1.14°
第十一行，(9 = 1°,,=1.14°
第十二行，6 = 2°，(=2.28°
第十三行，0 = 3°，,=3.43°
第十四行，6 = 4°, 9"=4.58°
第十五行，0 = 5°， 9f = 5.75°
第十六行，S = 6° ，f = 6.93°
第十七行，,=8.12°
第十八行，6 = 8°，,=9.33°
第十九行，^ = 9°，,=10.56°
第二十行，^ = 10°，《11.81。
圖6給出10X 10發(fā)射陣列的集成鈮酸鋰晶體，需要記錄晶體選擇通過高溫氧化處理的LiNb03:Ce:Cu晶體，控制陣列中每個開關(guān)單元的尺寸為5X2.5X2.5mm3，發(fā)射陣列中每個開關(guān)單元的尺寸為10X 5X5mm3，晶體的所有表面都經(jīng)過了光學(xué)拋光，相鄰單元可以通過透明絕緣膠粘結(jié) 在一起，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的緊湊化，陣列的最外層可以加裝高透過率的玻璃保護層?？偟?平板掃描陣列的尺寸約為110X60X5mm3。由于加金屬電極部分與體全息光柵部分 的光軸方向不同，因此無法在一塊鈮酸鋰晶體中制作，可以采取兩部分分別制作， 然后將兩部分粘結(jié)在一起，這里需要采用折射率匹配的粘合劑。在發(fā)射陣列的制作 過程中，可以采用在一塊鈮酸鋰晶體中集成的方式。左邊為金屬電極部分，在一個 60x5x5mm3的鈮酸鋰晶體表面制作10個完全相同的金屬電極，金屬電極為濺射制 作的Au/Cr薄層，厚度為0.1戶，金屬電極之間為1毫米厚的絕緣層；右邊為體全 息光柵部分，在50x5x5mmS的鈮酸鋰晶體中集成IO個等同的體全息光柵。然后將 左右兩部分粘合在一起，就構(gòu)成了 1x10的矩陣，將IO個這樣的lxlO矩陣粘合在一 起，就構(gòu)成10x10的發(fā)射矩陣。控制矩陣和發(fā)射矩陣的功耗也由控制方式來決定， 在一定的調(diào)制頻率下，某一時刻啟動的控制開關(guān)有兩個，因此總的功耗為兩個單元 的功耗之和。如果取調(diào)制頻率為/ = 104，得到的功耗m^10『；如果取調(diào)制頻率為 / = 105，得到的功耗^<100『。
鈮酸鋰晶體對光通訊近紅外波段的光波不敏感，因而不能用近紅外光來記錄全 息光柵。采用雙波長法可以解決這問題，即用晶體敏感的可見波段的光來記錄體光 柵，用光通訊近紅外波段的光來讀出體光柵，這樣讀出光不會對記錄的體光柵產(chǎn)生 破壞，從而保持了體光柵的長期穩(wěn)定性。要實現(xiàn)最佳的全息讀出，記錄光和讀出光 必須同時滿足體光柵的布拉格條件。純凈的鈮酸鋰晶體由于缺陷很少，難以在其中 記錄高衍射效率的體光柵。過渡金屬(Fe、 Mn等)單一摻雜的鈮酸鋰晶體，盡管可 以實現(xiàn)高衍射效率的全息記錄，但存在揮發(fā)性和散射噪聲放大的問題。采用記錄過 程中加熱(熱固定)或加電(電固定)的手段，克服了揮發(fā)性的問題，但由于操作 復(fù)雜，且精度較低，限制了它們在實際中的應(yīng)用。采用雙中心全息記錄方案，即采 用雙色光在雙摻雜鈮酸鋰晶體中記錄非揮發(fā)局域體光柵，具有高衍射效率、低散射 噪聲和實時處理等特點，為全光化、集成化器件設(shè)計提供了重要的可能性和技術(shù)手
段，是目前最有應(yīng)用前景的光折變體光柵固定方案。因此這里選取雙摻雜 LiNb03:Ce:Cu晶體、LiNb03:Ce:Mn晶體或LiNb03:Fe:Mn晶體作體全息光柵，并采用 雙中心光固定全息記錄法。用波長為632.8 nm的正弦調(diào)制紅光作為記錄光，用波長為365 nm的均勻紫外光作為敏化光，實現(xiàn)了全息的非揮發(fā)性存儲，讀出時體光柵不 會被擦除，從而保持了器件的長期穩(wěn)定性。記錄波長決定發(fā)射波長，如果改變記錄 波長，則需要相應(yīng)地改變發(fā)射波長。
通過以上分析和實驗表明，本發(fā)明具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、開關(guān)速度 快、掃描精度高、掃描范圍大、控制簡單等優(yōu)點，并可以通過改變出射面的傾角實 現(xiàn)發(fā)射角度的改變，具有良好的發(fā)展前景。
權(quán)利要求
1. 一種電光控制二維激光光束掃描陣列，其特征是由控制陣列和發(fā)射陣列兩部分組成，所述的控制陣列是單列的N個電光開關(guān)單元構(gòu)成，所述的發(fā)射陣列的結(jié)構(gòu)是由N×M電光開關(guān)單元構(gòu)成的N行M列的矩陣結(jié)構(gòu)，形成N+N×M光束掃描陣列，其中N和M是大于1的正整數(shù)，所述的電光開關(guān)單元由兩個光軸方向不同的第一晶體和第二晶體組合而成入射光方向沿第一晶體的光軸前進，在第一晶體垂直于光軸的兩相對的表面鍍金屬電極對，以便給該晶體施加橫向半波電壓；第二晶體為體全息光柵。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電光控制二維激光光束掃描陣列，其特征是所述的電 光開關(guān)單元由兩個光軸方向不同的鈮酸鋰晶體組合而成，第一晶體為表面鍍金屬電 極對的純凈鈮酸鋰晶體，所述的第二晶體采用雙中心光固定全息記錄法記錄了體全 息光柵的高溫氧化處理的雙摻雜鈮酸鋰晶體，所述的第二晶體的光軸與第一晶體的 光軸偏轉(zhuǎn)45。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電光控制二維激光光束掃描陣列，其特征是所述的雙摻雜鈮酸鋰晶體是LiNb 03:Ce:Cu、 LiNb03:Ce:Mn或LiNb03:Fe:Mn晶體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的電光控制二維激光光束掃描陣列，其特征是所述的發(fā)射陣列的第二晶體的出射面設(shè)置傾角e，則光束的輸出角度為《 ,: ^ =arcsiiT乂"eSin"-^，式中ne為晶體的非常光折射率。
全文摘要
一種電光控制二維激光光束掃描陣列，其特征是由控制陣列和發(fā)射陣列兩部分組成，所述的控制陣列是單列的N個電光開關(guān)單元構(gòu)成，所述的發(fā)射陣列的結(jié)構(gòu)是由N×M電光開關(guān)單元構(gòu)成的N行M列的矩陣結(jié)構(gòu)，形成N+N×M光束掃描陣列，其中N和M是大于1的正整數(shù)，所述的電光開關(guān)單元由兩個光軸方向不同的第一晶體和第二晶體組合而成入射光方向沿第一晶體的光軸前進，在第一晶體垂直于光軸的兩相對的表面鍍金屬電極對，以便給該晶體施加橫向半波電壓；第二晶體為體全息光柵。本發(fā)明具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、開關(guān)速度快、掃描精度高、掃描范圍大、控制簡單等優(yōu)點，并可以通過改變出射面的傾角實現(xiàn)發(fā)射角度的改變，具有良好的發(fā)展前景。
文檔編號G02F1/29GK101285980SQ200810037759
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者劉德安, 劉立人, 煜 周, 孫建鋒, 職亞楠, 閆愛民 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所