一种大视场高分辨全固态光学扫描系统

技术特征：
1.一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述系统由频率调制光源、集成芯片、光学透镜组组成，所述频率调制光源为等频率间隔的可调光源，所述集成芯片由级联光开关与阵列光栅耦合器组成，所述透镜组由第一层的阵列聚焦透镜、第二层的阵列扩束镜组和第三层的聚焦透镜组成；所述频率调制光源输出光束至所述级联光开关，经由所述级联光开关选通后，传输到所述阵列光栅耦合器，而后经过光学透镜组；所述系统通过电控级联光开关实现大角度低分辨率扫描，通过阵列光栅耦合器中的光栅耦合器与波长调谐实现小视场高分辨扫描。2.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述频率调制光源通过窄线宽光源频率调制或通过宽谱光源滤波。3.根据权利要求2所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述的频率调制光源包括宽光谱光源和无源波长分光器件，所述宽光谱光源发出光束经过所述无源波长分光器件分成若干束窄线宽光束。4.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述的级联光开关由多模干涉器和热控或电控马赫曾德干涉器组成，实现分光和通道选通。5.根据权利要求4所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述多模干涉器的分光特性按照下式确定：其中，m、n是多模干涉器的输入、输出端口数量；φ是多模干涉器的相对相位矩阵，其对应的每一个相对相位是：其中，m、n分别表示矩阵的第m行和第n列。6.根据权利要求4所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述热控或电控马赫曾德干涉器的通道选通特性按照下式确定：其中，v
π
为半波电压，即该电压下马赫曾德干涉器上下两臂会产生π的相位差，v为两臂实际电压差。7.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述的第二层阵列扩束镜组由微透镜阵列或超透镜阵列组成，所述第二层阵列扩束镜组能够根据需求设计任意放大倍率，实现各分离视场全覆盖。8.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述的大角度低分辨率扫描即通过电控级联光开关选通阵列光栅耦合器中不同的光栅耦合器通光，经过光学透镜组实现大角度离散扫描，并且，按照下式确定所扫描的大视场范围：
其中，d为聚焦透镜口径，f为聚焦透镜焦距。9.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述的小视场高分辨扫描即对应某一个离散角度的光栅耦合器通过波长调谐实现，且按照下式确定光栅耦合器出射角度：t(n
eff-n1sinθ)＝mλ m＝
±
1，
±
2，
…
其中，t为光栅耦合器周期，n
eff
为光栅耦合器有效折射率，n1为空气折射率，θ为光栅耦合器出射角度，λ为波长，m为衍射级次。10.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，其特征在于：所述的阵列光栅耦合器采用线阵或面阵排布，实现线视场或面视场大角度扫描。

技术总结
本发明公开了一种大视场高分辨全固态光学扫描系统，所述系统由频率调制光源、集成芯片、透镜组构成，所述频率调制光源为等频率间隔的可调激光光源，所述集成芯片由级联光开关与阵列光栅耦合器构成，透镜组由第一层阵列聚焦透镜、第二层阵列扩束镜组和第三层聚焦透镜构成。通过电控光开关实现大角度低分辨率扫描，通过光栅耦合器与波长调谐实现小视场高分辨扫描。本发明实现激光光束的高速大角度高分辨扫描，其扫描速度达兆赫兹，取消了机械转动部件，具有整体结构紧凑、重量轻便、可靠性高等优点，可用于激光雷达成像。可用于激光雷达成像。可用于激光雷达成像。


技术研发人员：崔浩 李俊威 魏凯 刘盛捷 李喜棋 杨金生
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：2022.04.08
技术公布日：2022/7/12