激光掃描技術(shù)在激光雷達(dá)、自由空間光通信、全息成像和生物醫(yī)學(xué)成像等方面有著廣泛應(yīng)用。光學(xué)相控陣技術(shù)是一種非常有前景的新型激光掃描技術(shù),可以在不移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)激光掃描系統(tǒng)的情況下實(shí)現(xiàn)精確快速的空間光波束成形。然而受限于現(xiàn)有加工工藝技術(shù),光學(xué)相控陣陣元間隔往往大于工作光波長(zhǎng),導(dǎo)致柵瓣的產(chǎn)生,嚴(yán)重降低了波束掃描的質(zhì)量,限制了波束掃描范圍。因此對(duì)光學(xué)相控陣柵瓣抑制進(jìn)行深入研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)光學(xué)相控陣大范圍波束掃描非常有意義。本文主要研究基于非均勻光學(xué)相控陣陣列的柵瓣抑制。詳細(xì)介紹了光學(xué)相控陣波束成形理論,應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)非均勻光學(xué)相控陣的陣列分布進(jìn)行了優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)最佳的柵瓣抑制,并進(jìn)一步拓展研究了光學(xué)相控陣多階干涉成像的抑制。具體開展了以下三個(gè)方面的研究工作:1.通過改進(jìn)的遺傳算法優(yōu)化非均勻光學(xué)相控陣陣元分布,對(duì)一維和矩形非均勻光學(xué)相控陣的柵瓣抑制效果進(jìn)行了數(shù)值仿真分析,結(jié)果表明通過改進(jìn)的遺傳算法優(yōu)化后的超低柵瓣一維光學(xué)相控陣和矩形光學(xué)相控陣的柵瓣抑制效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的非均勻光學(xué)相控陣。2.提出了一種基于新型環(huán)形光學(xué)相控陣的超低柵瓣快速大范圍波束掃描方式。通過改進(jìn)的遺傳算法優(yōu)化后的超低柵瓣環(huán)形光學(xué)相控陣具有極好的柵瓣抑制效果,優(yōu)化后的超低柵瓣環(huán)形光學(xué)相控陣具有突出優(yōu)勢(shì):一旦環(huán)形光學(xué)相控陣通過改進(jìn)的遺傳算法針對(duì)特定的俯仰角方向進(jìn)行優(yōu)化后,無需重構(gòu)光學(xué)相控陣陣列分布,即可以實(shí)現(xiàn)峰值旁瓣電平幾乎不變的二維大范圍波束掃描,使得大范圍快速波束掃描成為可能。3.研究了陣元隨機(jī)分布的非均勻光學(xué)相控陣的多階干涉成像的抑制�；诟倪M(jìn)的GS(Gerchberg-Saxton)算法,快速恢復(fù)光學(xué)相控陣相位分布,論證分析了陣元隨機(jī)分布的非均勻光學(xué)相控陣多階成像抑制的可行性。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN249;TP18
【部分圖文】：

為以后 OPA 的研究奠定了基礎(chǔ)。5 年，美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校 Thomas 等人使用 PLZT 壓電陶瓷制作了含有 1]。6 年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（Air Force Research Laboratory, AFRL）的 Mc Ma一種由液晶材料制成的快速掃描 OPA[22,23]。同年，美國(guó)雷聲公司生產(chǎn)了由 4制器構(gòu)成的液晶 OPA 器件[17]。1 年，BNS 公司研制了一種由 4096 個(gè)陣元組成的新型液晶 OPA 器件[24]。至 在此前研究的基礎(chǔ)上，將液晶 OPA 的陣元數(shù)增加到 12288 個(gè)。 OPA 的研究主要為液晶 LC 和電光晶體 PLZT 材料的 OPA，除此之外，現(xiàn)如 OPA 研究方向一個(gè)是光波導(dǎo)相控陣，一個(gè)是微機(jī)電系統(tǒng) MEMS 相控陣。光學(xué)移相器的類型主要分為倆類：基于電光移相器的光波導(dǎo)相控陣和基于熱光控陣。移相器是根據(jù)光的電光效應(yīng)[25]，即通過外加電壓的方式，改變波導(dǎo)的折射率成調(diào)制功能。2005 年，西安電子科技大學(xué)的石順祥課題組在 GaAs/AlGaAs 的光波導(dǎo)陣列[26]，驗(yàn)證了光波導(dǎo)陣列電光掃描器原理的可行性。

學(xué) Stuart Yin 等于 2007 年首次提出簡(jiǎn)易的四陣元32 nm，各陣元輻射強(qiáng)度一致，對(duì)于陣元間距均為場(chǎng)為高斯型，其遠(yuǎn)場(chǎng)柵瓣功率略小于主瓣功率，元間距分別為 10 μm，20 μm 和 15 μm，柵瓣功的有效抑制。大學(xué)奧斯汀分校 Amir Hossein 和 D. Kwong 等應(yīng)現(xiàn)柵瓣的抑制[33]，如圖 1.2，相控陣工作波長(zhǎng)為 該方法可以實(shí)現(xiàn)柵瓣的有效抑制并提高 OPA 的為 800 nm，在某一個(gè)掃描方向上±45°時(shí)實(shí)現(xiàn)了-84%），能量效率達(dá)到 18%。東等于 2014 年提出幅度相位聯(lián)合加權(quán)的方法實(shí) OPA，其相控陣工作波長(zhǎng)為 1.55 μm，陣元間距功率從主瓣功率的 80%減小至 20%。其中幅度加函數(shù)。根據(jù)研究，通過幅度相位加權(quán)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文2017 年巴西坎皮納斯大學(xué)（UNICAMP）Pita 等提出并論證了陣元按費(fèi)米曲線分布的稀疏非均勻 OPA[38]，相控陣陣元通過費(fèi)米曲線分布可以有效抑制柵瓣。相控陣工作波長(zhǎng)為 1.55 μm費(fèi)米曲線中最小陣元間距為 9 μm�；� CMOS 工藝的 8 陣元光波導(dǎo) OPA，實(shí)現(xiàn)了 0.9 dB 的旁瓣抑制比（旁瓣功率為主瓣功率的 81%），基于空間光調(diào)制器（SLM）的 64 陣元 OPA 實(shí)現(xiàn)了6.9 dB 的旁瓣抑制比（旁瓣功率為主瓣功率的 20%），如圖 1.3。
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