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非机械式光束扫描方法的研究

丁晓华  
【摘要】:扫描测量是实现高精度几何量测量的一种基本手段,然而,这种扫描装置一个先天的缺陷就是由于存在机械扫描装置,因而会存在磨损、振动、易受温度影响等问题。针对这一问题,本课题研究了两种非机械光束扫描的方法,分别是基于光学相控技术的光束扫描方法和基于声光偏转技术的光束扫描方法。这二种方法均具有原理上的优势,消除了旋转机械结构在测量精度、可控性、稳定性等方面固有的缺陷。 光学相控技术是一种新型的电光式扫描技术,具有扫描速度快、随机存取、性能稳定、分辨率高等优点。本文在介绍了传统的光束扫描方法后,提出了光学控阵扫描的方法。首先介绍了光学相控阵的发展史,然后讲述了规则光学相控阵的基本原理。规则光学相控阵的调制单元尺寸只能等于或小于入射光波长的一半,否则,将会出现伴随光束,影响扫描光束的质量。但是,调制单元太小,又会带来一系列的问题,因此我们又研究了非规则光学相控阵,进行了理论分析,给出了理论模型,在此基础上,分析了等效非规则光学相控阵的原理。在非规则光学相控阵中,调制单元的大小将不会再受到入射光波长的限制,可以比入射光波长大几十倍甚至几百倍。我们根据等效非规则光学相控阵的原理,提出了一种实现光束扫描的光学相控阵装置,对它进行了模型建设和理论分析,最后进行了仿真。 最后,我们分析了基于声光偏转技术实现光束扫描的方法。声光偏转系统由声光偏转器以及与其匹配的射频驱动器组成,射频驱动器的目的在于提供给声光偏转器高频的信号,加载到声光偏转器中的换能器上,换能器就会输出与其频率相同的超声波,这个频率的超声波会调制声光介质的折射率,使得入射光在通过声光介质时会发生衍射现象,通过改变驱动频率即可以改变衍射光的偏转角,声光偏转器可以较精确地将入射光通过声光衍射效应使其在一定角度范围内进行光学扫描。我们用声光偏转系统搭建了实验平台,进行了实验分析。


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