[发明专利]一种光束控制装置

权利要求书

1.一种光束控制装置，其特征在于：

具有光束指向部件和电磁场控制部件；

所述光束指向部件的外形为球形，所述电磁场控制部件具有球形空腔，所述光束指向部件位于所述电磁场控制部件的球形空腔内并可相对转动；

所述光束指向部件具有发光元件、或者反光表面、或者折射介质、或者衍射光栅，由所述发光元件发射、或者由所述反光表面反射、或者由所述折射介质折射、或者由所述衍射光栅衍射得到出射光束，所述出射光束的方向由所述光束指向部件的指向决定；

所述光束可以为任意波长的电磁波，所述光束指向部件和所述电磁场控制部件在光束通路上在光束波段为透明或部分透明；

所述光束指向部件具有电磁矩部件，所述电磁矩部件产生电偶极矩或者磁矩；

所述电磁场控制部件与控制器连接，该控制器为动力学控制器，控制所述电磁场控制部件球形空腔内的电场，对所述光束指向部件的电磁矩部件的电偶极矩施加电场力矩，或者通过控制所述电磁场控制部件球形空腔内的磁场，对所述光束指向部件的电磁矩部件的磁矩施加磁场力矩，从而控制所述光束指向部件的指向，从而控制所述出射光束的方向；

所述光束指向部件与所述电磁场控制部件的球形空腔之间填充有润滑介质，所述润滑介质为液体或者球状微粒，所述润滑介质在光束波段透明或者部分透明；所述润滑介质的滑动摩擦产生速度负反馈，使得控制变为PD控制；通过选取润滑介质粘度和润滑层厚度调节速度反馈系数。

2.如权利要求1所述的一种光束控制装置，其特征在于：所述电磁场控制部件的球形空腔外环绕有两组或者三组导电线圈，各组导电线圈彼此正交且彼此绝缘，每组导电线圈都与控制器电连接，控制器通过控制各组导电线圈中的电流而控制球形空腔中的磁场，每组导电线圈由至少一根导线环绕而成，同组导电线圈的导线环绕方向相同，环绕方式为集中环绕或者分散环绕，每组导电线圈的总导电截面面积与球形空腔内表面面积之比不大于0.02。

3.如权利要求2所述的一种光束控制装置，其特征在于：所述光束指向部件的电磁矩部件为永磁体，所述永磁体产生磁矩。

4.如权利要求2所述的一种光束控制装置，其特征在于：所述光束控制装置除了具有光束指向部件和电磁场控制部件以外，还具有磁场敏感器，该磁场敏感器检测环境磁场的数值，控制器控制所述电磁场控制部件在球形空腔中产生的磁场，使该球形空腔中的磁场等于目标的球形空腔中的磁场减去环境磁场，从而抵消环境磁场对球形空腔磁场的影响。

5.如权利要求1所述的一种光束控制装置，其特征在于：所述电磁场控制部件的球形空腔外侧包覆有多对电极，每对电极都与控制器电连接，控制器控制每对电极的电压，从而控制球形空腔内的电场，所述电极在光束通路上在光束波段为透明或部分透明的。

6.如权利要求5所述的一种光束控制装置，其特征在于：所述光束指向部件的电磁矩部件为一对电极或者多对电极，所述电极在光束通路上在光束波段为透明或部分透明的，每对电极都相对于其他部分绝缘，每对电极都包括两个位于所述光束指向部件的球形表面内侧的电极和连接这两个电极的导体，从而在电场中感应出电偶极矩。

7.如权利要求5所述的一种光束控制装置，其特征在于：所述光束指向部件的电磁矩部件为一对电极或者多对电极，所述电极在光束通路上在光束波段为透明或部分透明的，每对电极都相对于其他部分绝缘，每对电极都包括两个位于所述光束指向部件的球形表面内侧的电极，且这两个电极彼此绝缘并分别带有等量反向的电荷，从而产生电偶极矩。

8.如权利要求6或者权利要求7所述的一种光束控制装置，其特征在于：

所述光束指向部件的每一个电极为圆形或者正多边形且表面积大于所述光束指向部件的球形外表面面积的0.5％；

所述光束指向部件的每一个电极相对于所述光束指向部件的球形外表面的距离小于1mm，所述电磁场控制部件的每一个电极相对于球形空腔内表面的距离小于1mm；

所述电磁场控制部件、所述光束指向部件的电极材料为氧化铟锡ITO、或者氧化铟锌IZO、或者石墨烯薄膜、或者金属薄膜。