光波導(dǎo)相控陣作為一種新型光學(xué)相控陣,具有掃描速度快、可自由尋址、驅(qū)動電壓低、體積小、易實現(xiàn)集成化等優(yōu)點,在激光雷達、激光制導(dǎo)、激光掃描成像等軍事、民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前的光波導(dǎo)相控陣存在光能量利用率低、輸出光束質(zhì)量不理想等問題。本文主要對半導(dǎo)體激光器與垂直生長的GaAs光波導(dǎo)相控陣芯片之間的耦合進行理論和實驗研究,主要工作為:1、對影響半導(dǎo)體激光器-光波導(dǎo)相控陣芯片耦合的主要因素進行了理論和仿真分析:在不考慮菲涅耳反射損耗和對準(zhǔn)偏差損耗時,半導(dǎo)體激光器光束的光斑尺寸和光波導(dǎo)相控陣芯片模場尺寸失配,是導(dǎo)致光耦合損耗的一個重要原因。2、仿真分析了光束特性對光波導(dǎo)相控陣芯片出射光束遠場分布的影響:1)當(dāng)激光光束的光斑尺寸小于光波導(dǎo)相控陣芯片模場尺寸時,會導(dǎo)致掃描光束遠場分布的主瓣展寬,出現(xiàn)明顯的分裂,柵瓣與主瓣的間距變小,且具有較多旁瓣;2)光束波前特性引入的相位誤差,會導(dǎo)致輸出光束的遠場分布主瓣和柵瓣存在一定毛刺,主瓣寬度加寬,掃描精度下降。3、理論分析了半導(dǎo)體激光器的光束發(fā)散角對光波導(dǎo)相控陣加電偏轉(zhuǎn)特性的影響。給定的加載電壓下,半導(dǎo)體激光器慢軸方向的光束發(fā)散角會導(dǎo)致進入波導(dǎo)內(nèi)的光束產(chǎn)生不同的相位延遲,影響到輸出光束的遠場分布和掃描光束的精確偏轉(zhuǎn)。4、設(shè)計和優(yōu)化了半導(dǎo)體激光器-光波導(dǎo)相控陣芯片耦合系統(tǒng):采用圓柱透鏡和平凸柱透鏡分別對半導(dǎo)體激光器快軸和慢軸光束進行準(zhǔn)直,通過仿真和實驗驗證了該耦合系統(tǒng)的可行性。實驗研究表明,采用快軸準(zhǔn)直透鏡對光束進行準(zhǔn)直,其準(zhǔn)直后快軸方向光束半發(fā)散角為2.04°,耦合效率由5.4%提高到28.7%,在提高耦合效率的同時,輸出光束主副瓣比為7.7dB,主瓣半角寬度為2.1°,遠場光束質(zhì)量較好。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN252
【部分圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文現(xiàn)狀1 光波導(dǎo)相控陣國內(nèi)外研究現(xiàn)狀紀(jì) 80 年代末，Hobbs[2-3]等人基于 GaAs 晶體材料制作了 5 陣元，在波長為 10.6μm 時，光束偏轉(zhuǎn)角可達到 20，掃描頻率大2 的電壓小于 2V。

圖 1.1 Hobbs 等人設(shè)計的 AlGaAs 光波導(dǎo)光學(xué)相控陣掃描器 D.PL.Wight[4]等人利用 MOCVD 的技術(shù)，基于 AlGaAs 波導(dǎo)光掃描器，通過獨立控制各個單元相移，可以實現(xiàn) 2-20°的光°，損耗為 20dB/cm。

圖 1.3 F. Vasey 等人制作的光波導(dǎo)相控陣器件結(jié)6-8]，西安電子科技大學(xué)的石順祥教授等對光用 MOCVD 技術(shù)分別研制了 10 層、15 層 P芯片，并在 2005 年在國內(nèi)第一次使用自己控陣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了低驅(qū)動電壓光波導(dǎo)光 10°的掃描范圍，驅(qū)動電壓為±5V，掃描速描的光波導(dǎo)陣列電光掃描器的可行性。式研究現(xiàn)狀光掃描器技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，在功能上已經(jīng)實。目前存在的主要問題是，其光能量利用率實際應(yīng)用。目前來說，光波導(dǎo)相控陣系統(tǒng)主重點研究半導(dǎo)體激光器-光波導(dǎo)相控陣芯片導(dǎo)相控陣芯片耦合的相關(guān)文獻比較少，因此
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號：2867853