[发明专利]大视场激光光束扫描系统及其设计方法和激光雷达装置

权利要求书

1.一种大视场激光光束扫描系统，其特征在于，包括：

平面微透镜阵列，具有第一介质衬底和阵列形成在第一介质衬底入射面上的若干组第一介质结构，形成若干组平面微透镜；

平面二次相位透镜，具有第二介质衬底和形成在第二介质衬底出射面上的第二介质结构，所述第二介质结构和第一介质结构为亚波长结构，所述平面二次相位透镜与所述平面微透镜阵列匹配实现入射光的调制并产生出射方向不同且覆盖大视场的若干束阵列出射光束；

微驱动器，与所述平面二次相位透镜连接并驱动其在垂直于其光轴的平面内以设定幅度振动，同时使所述若干束阵列出射光束同步在小视场内连续扫描；

所述第一介质衬底由三氧化二铝、二氧化硅或氟化镁制成，所述第一介质衬底的厚度为t₁且t₁≥10λ，所述第一介质衬底的直径或最小特征长度为D₁且D₁≥MP；所述第二介质衬底由三氧化二铝、二氧化硅或氟化镁制成，所述第二介质衬底的厚度为t₂且t₂≥10λ，所述第二介质衬底的直径或最小特征长度为D₂且D₂≥MP+d；

其中，d为出射光束的直径，θ_max为出射光束的最大出射角，f₂为平面二次相位透镜的焦距且f₂＝MP/2sinθ_max，M为平面微透镜阵列在水平或竖直方向上的阵列数，P为一个平面微透镜阵列周期，P≥10λ且λ为入射光的波长，平面微透镜阵列的焦距f₁≈Pf₂/d。

2.根据权利要求1所述的大视场激光光束扫描系统，其特征在于，所述平面二次相位透镜振动的设定幅度在一个平面微透镜阵列周期P内，能够使得所述若干束阵列出射光束无死角覆盖整个2π视场。

3.根据权利要求1所述的大视场激光光束扫描系统，其特征在于，所述入射光为平行激光光束或发散激光光束，所述平面微透镜阵列能够调制所述入射光并产生若干组阵列点源，所述平面二次相位透镜能够调制位于平面二次相位透镜焦平面上的所述若干组阵列点源的光并产生所述若干束阵列出射光束。

4.根据权利要求1所述的大视场激光光束扫描系统，其特征在于，所述第一介质结构为能够实现任意波前调控的亚波长结构并由硅、二氧化钛或氮化镓制成，所述第一介质结构整体呈圆形、四边形或八边形并且以四边形排布或六边形排布的方式阵列排布在所述第一介质衬底的入射面上，所述第一介质结构的亚波长结构为轴对称的任意结构形式中的一种，并以正四边形晶格结构或正六边形晶格结构排列，以实现偏振无关响应；

所述第二介质结构与第一介质结构的亚波长结构相同或不相同并由硅、二氧化钛或氮化镓制成，所述第二介质结构的亚波长结构为轴对称的任意结构形式中的一种，并以正四边形晶格结构或正六边形晶格结构排列；

其中，所述亚波长结构的排列周期为L且λ/6≤L≤λ，高度为h且λ/6≤h≤2λ，结构宽度为a且0＜a≤L，λ为入射光的波长。

5.根据权利要求1所述的大视场激光光束扫描系统，其特征在于，以平面二次相位透镜的光轴所在方向为z轴方向，以垂直于所述光轴的平面为包括互相垂直的x轴和y轴的xy平面，所述若干束阵列出射光束中任一出射光束的出射角为(θ，β)，其中，θ为出射光束与平面二次相位透镜的光轴之间的夹角，β为出射光束在xy平面的投影与x轴方向的夹角，f₂为平面二次相位透镜的焦距，S_X和S_Y分别为S的x轴分量和y轴分量，S为平面二次相位透镜的光轴与所述任一出射光束对应平面微透镜的光轴之间的距离。