光束扫描技术概述课件.ppt

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1、《光电子技术》PhotoelectronicTechnique光束扫描技术周自刚本讲主要内容一、机械扫描二、电光扫描三、声光扫描27光束扫描技术是指对激光光束方向精确控制和定位的技术。该技术被广泛应用于多个领域，如：激光雷达、激光显示、光信息存储和处理以及自由空间光通信等。光束扫描技术机械式扫描微机电式扫描纯电控非机械式扫描旋转平面反射镜、三棱镜等电光扫描声光扫描全息液晶（电光效应）（声光效应）一、机械扫描26超市使用的手持旋转棱镜条码扫描器结构示意图在扫描光路中，每一个平面镜和棱形旋转镜的多个镜面（6个）组合形成某一个方向上

2、的多条扫描线。三个平面镜和旋转镜面的组合构成三个方向上的多线扫描。而扫描光点经平面镜、旋转镜面原路返回，再由复合物镜汇聚到光电探测器上。实例分析如果只需要改变光束的方向，可采用机械扫描方法。机械扫描技术是利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动实现光束扫描。一、机械扫描25激光束入射到一可转动的平面反射镜上，当平面镜转动时，平面镜反射的激光束的方向就会发生改变，达到光束扫描的目的。入射光束扫描光束反射镜机械扫描装置示意图扫描速度慢，但其扫描角度大而且受温度影响小，光的损耗小，而且适用于各种光波长的扫描。一、机械扫描24入射光束扫

3、描光束反射镜机械扫描装置示意图一、机械扫描由于有较大的惯性，当转镜转速确定后，它可视作为单一频率的偏转器，由光的反射定律知偏转光束的扫描角速度是转镜旋转角速度的两倍。这类光偏转器的优点是偏转线性好、通光口径大、偏转速率高等。23电光扫描是利用电光效应来改变光束在空间传播方向。LdBAyxBA光束的偏转方向电光扫描原理图二、电光扫描22光束沿y方向入射到长度为L，厚度为d的电光晶体，如果晶体的折射率是坐标x的线性函数，即用折射率的线性变化代替二、电光扫描设则偏转角可根据折射定律负号是由坐标系引进的，即由y转向x为负。21L

4、dBAyxBA光束的偏转方向一种双KDP楔形棱镜扫描器由两块KDP直角棱镜组成，棱镜的三个边分别沿x、y和z轴方向，但两块晶体的z轴反向平行，其他两轴取向相同。光线沿y方向传播且沿x方向偏振。外电场沿Z方向（横向电光效应）。二、电光扫描dzEyx入射光双KDP楔形棱镜扫描器20上部的A线完全在上棱镜中传播，“经历”的折射率为二、电光扫描由于下棱镜中电场方向与z轴反向，故B线“经历”的折射率为于是上、下部分的折射率之差得dzEyx入射光双KDP楔形棱镜扫描器19举例：取L=d=h=1cm，γ63=10.5

5、10-12m／V，no=1.51，V=1000V。解：根据公式：二、电光扫描计算获得光束的偏转角。可见电光偏转角是很小的，很难达到实用的要求。得18为了使偏转角加大，而电压又不致太高二、电光扫描常将若干个KDP棱镜在光路上串联起来，构成长为mL、宽为d、高为h的偏转器。17hmLd两端的两块有一个角为/2，中间的几块顶角为的等腰三角棱镜，它们的z轴垂直于图面，棱镜的宽度与z轴平行，前后相邻的二棱镜的光轴反向，电场沿z轴方向。二、电光扫描16n-nn-nhn+nxyn+nzEz实际应用时一般m取4～10二、电

6、光扫描其中各棱镜的折射率交替为和故光束通过扫描器后，总的偏转角为每级（一对棱镜）偏转角的m倍15由于激光束有一定的尺寸，而h的大小有限，光束不能偏出h之外。为什么m不能无限取？电光数字式扫描由电光晶体和双折射晶体组合而成。S为KDP晶体，B为方解石双折射晶体（分离棱镜），它能使线偏振光分成互相平行、振动方垂直的两束光，其间隔b为分裂度，为分裂角（也称离散角）。二、电光扫描入射光rSBV/2~eob数字式扫描原理14电光晶体和双折射晶体就构成了一个一级数字扫描器，入射的线偏振光随电光晶体上加和不加半波电压而分别占据两个

7、“地址”之一，分别代表“0”和“l”状态。电光数字式扫描二、电光扫描13入射光rSBV/2~eob数字式扫描原理10S若把n个这样的数字偏转器组合起来，就能做到n级数字式扫描。一个三级数字式扫描器，使入射光分离为23个扫描点。电光数字式扫描二、电光扫描S1B1S2B2S3B3100010111001101011110000三级数字式电光扫描器12S1S2S3要使可扫描的位置分布在二维方向上，只要用两个彼此垂直的n级扫描器组合起来就可以实现。这样就可以得到2n2n个二维可控扫描位置。电光

8、数字式扫描二、电光扫描11三、声光扫描声光扫描器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于调制器是改变衍射光的强度，而扫描器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向。10三、声光扫描光束以i角入射产生衍射极值应满足布拉格条件⑴声光扫描原理布拉格角一般很小和衍射光与入射光