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(dòng)電壓低、體積小、易實(shí)現(xiàn)集成化等優(yōu)點(diǎn),在激光雷達(dá)、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(duì)半導(dǎo)體激光器與垂直生長(zhǎng)的GaAs光波導(dǎo)相控陣芯片之間的耦合進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要工作為:1、對(duì)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(jìn)行了理論和仿真分析:在不考慮菲涅耳反射損耗和對(duì)準(zhǔn)偏差損耗時(shí),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(chǎng)尺寸失配,是導(dǎo)致光耦合損耗的一個(gè)重要原因。2、仿真分析了光束特性對(duì)光波導(dǎo)相控陣芯片出射光束遠(yuǎn)場(chǎng)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(chǎng)尺寸時(shí),會(huì)導(dǎo)致掃描光束遠(yuǎn)場(chǎng)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(huì)導(dǎo)致輸出光束的遠(yuǎn)場(chǎng)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(duì)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(huì)導(dǎo)致進(jìn)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(yuǎn)場(chǎng)分布和掃描光束的精確偏轉(zhuǎn)。4、設(shè)計(jì)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(duì)半導(dǎo)體激光器快軸和慢軸光束進(jìn)行準(zhǔn)直,通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該耦合系統(tǒng)的可行性。實(shí)驗(yàn)研究表明,采用快軸準(zhǔn)直透鏡對(duì)光束進(jìn)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(shí),輸出光束主副瓣比為7.7dB,主瓣半角寬度為2.1°,遠(yuǎn)場(chǎng)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(jí)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(guó)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(zhǎng)為 10.6μm 時(shí)，光束偏轉(zhuǎn)角可達(dá)到 20，掃描頻率大2 的電壓小于 2V。

圖 1.1 Hobbs 等人設(shè)計(jì)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(dú)立控制各個(gè)單元相移，可以實(shí)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(duì)光用 MOCVD 技術(shù)分別研制了 10 層、15 層 P芯片，并在 2005 年在國(guó)內(nèi)第一次使用自己控陣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了低驅(qū)動(dòng)電壓光波導(dǎo)光 10°的掃描范圍，驅(qū)動(dòng)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(shí)。目前存在的主要問題是，其光能量利用率實(shí)際應(yīng)用。目前來說，光波導(dǎo)相控陣系統(tǒng)主重點(diǎn)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(xiàn)比較少，因此
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 陳國(guó);趙長(zhǎng)明;紀(jì)榮祎;李鯤;羅雄;白羽;;基于ZEMAX的半導(dǎo)體激光準(zhǔn)直仿真設(shè)計(jì)[J];激光技術(shù);2012年03期

2 蘇世達(dá);萬玲玉;周煜;孫建鋒;劉立人;;任意傳播方向下鈮酸鋰晶體的橫向電光效應(yīng)研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2010年10期

3 趙蘭蘭;朱益清;;菲涅爾反射對(duì)光纖連接器插入損耗的影響[J];光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù);2010年02期

4 鄭煜;段吉安;;平面光波導(dǎo)與陣列光纖耦合分析[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年03期

5 張為權(quán);斜入射光束時(shí)電光和旋光晶體的相移[J];光電工程;2004年S1期

6 馬慧蓮,楊建義,李瑾,王明華;光波導(dǎo)-單模光纖的直接耦合[J];光通信研究;2000年03期

7 趙勇,李鵬生,浦昭邦;半導(dǎo)體激光器與單模光纖耦合效率的分析[J];光學(xué)技術(shù);1999年06期

8 聶剛，李寶紅，劉雪峰，黃德修;半導(dǎo)體激光器到單模光纖的高效耦合技術(shù)[J];光通信技術(shù);1996年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 梁華偉;光波導(dǎo)光學(xué)相控陣技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

2 徐強(qiáng);半導(dǎo)體激光器光束傳輸特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

3 李家立;光波導(dǎo)光學(xué)相控陣技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 馮向兵;光波導(dǎo)相控陣掃描光束特性的優(yōu)化[D];西安電子科技大學(xué);2017年

2 劉小龍;光波導(dǎo)陣列電光掃描系統(tǒng)光利用率的研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

3 張林;半導(dǎo)體激光器的光束特性和耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2012年

4 張強(qiáng);梯度折射率透鏡在光纖耦合系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2867853