【摘要】：近年來,隨著無人駕駛、激光打印等技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域的興起,高精度的成像識(shí)別和目標(biāo)探測(cè)也受到了廣泛的關(guān)注。激光雷達(dá)因?yàn)槠湓跁r(shí)域、頻域、空域擁有極高的分辨率而在上述領(lǐng)域中有著極大的發(fā)展?jié)摿�。傳統(tǒng)的激光雷達(dá)多采用機(jī)械偏轉(zhuǎn)、晶體控制(電光晶體、聲光晶體)等掃描方式進(jìn)行光束掃描。機(jī)械偏轉(zhuǎn)的方法響應(yīng)速度慢,控制精度低。而聲光調(diào)制和電光調(diào)制雖然不需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行掃描,但偏轉(zhuǎn)范圍通常很小,只能夠在適用小范圍光束偏轉(zhuǎn)的場(chǎng)景中應(yīng)用。光學(xué)相控陣無需采用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束掃描,具有掃描速度快、靈活、指向精度高等優(yōu)點(diǎn),在光束掃描方面具有廣闊的應(yīng)用前景,是激光雷達(dá)發(fā)展的一個(gè)重要方向�；诮^緣體上硅(silicon-on-insulator,SOI)的光波導(dǎo)相控陣因?yàn)槠漤憫?yīng)速度快,控制電壓低,掃描范圍大、集成度高的特點(diǎn),是近年光學(xué)相控陣研究的熱門方向。本文對(duì)光學(xué)相控陣列的國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了調(diào)研,分析了光波導(dǎo)相控陣列的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),對(duì)一維和二維光學(xué)相控陣的光束掃描特性進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,并對(duì)影響一維光波導(dǎo)相控陣的掃描特性的因素進(jìn)行了研究和解析計(jì)算。光學(xué)相控陣的掃描范圍可以通過減小其單元間距進(jìn)行增加,但是單元間距的減小會(huì)在陣列中引起相互耦合。本文介紹了超晶格波導(dǎo)陣列的基本原理和設(shè)計(jì)思路,改變波導(dǎo)陣列中的不同波導(dǎo)的寬度設(shè)計(jì)出了間距為0.9μm的低間距波導(dǎo)陣列進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,將其應(yīng)用于光柵發(fā)射陣列中,設(shè)計(jì)出了一種間距小同時(shí)相互耦合強(qiáng)度低的新型光柵發(fā)射陣列并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。本文最終利用上述的光柵發(fā)射陣列設(shè)計(jì)出了一種新型的超晶格光學(xué)相控陣列,采用了數(shù)值計(jì)算和解析計(jì)算兩種方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果顯示該陣列能夠在信噪比為-7 dB的情況下在1 m處的遠(yuǎn)場(chǎng)情形下達(dá)到106°的掃描范圍,與此同時(shí)還設(shè)計(jì)并制備了一種陣列數(shù)目為16,間距為3μm的基于SOI的光波導(dǎo)相控陣器件。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN958.98
【圖文】：

實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)的相控陣列[7]，基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，相控陣列的厚度為0.1 mm，每個(gè)單元通過獨(dú)立的電極進(jìn)行控制，通過改變電壓，可以控制光束在指定方向上進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，對(duì)光學(xué)相控陣列的性能參數(shù)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖1-1 鉭酸鋰光學(xué)相控陣列[7]1973年，Ninomiya采用LiNbO3材料制作了一個(gè)一維的光學(xué)相控陣[8]，結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，采用對(duì)角方式放置棱鏡，在遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了光束的掃描，一個(gè)陣列數(shù)目為N的一維光學(xué)相控陣相比于單個(gè)的發(fā)射單元分辨率可以提高N倍，如圖1-2所示。通過每個(gè)棱鏡上鍍上三角形電極獨(dú)立地控制電壓

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文3圖1-2 鈮酸鋰電光調(diào)制相控陣列[8]圖1-3 32通道PLZT光學(xué)相控陣器件[9]通過電光晶體實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制多利用的是 Pockles 效益或者 Kerr 效應(yīng)。采用電光晶體制作的光學(xué)相控陣列的最大優(yōu)點(diǎn)是閾值高，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率激光的非機(jī)械式激光掃描，且響應(yīng)速度快(多在微秒~納秒量級(jí))，同時(shí)電壓與偏轉(zhuǎn)角度的線性度很好，但是采用電光晶體制作的光學(xué)相控陣功率消耗很大，而且由于工藝制造的限制，此種相控陣尺寸通常較小，帶來的問題是通光口徑小，對(duì)應(yīng)的發(fā)散角則相對(duì)較大，并不適用需要長距離傳輸和高精度聚焦的場(chǎng)合如傳感與激光傳輸?shù)�。采用液晶材料�?shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)的原理與上述的電光晶體類似，但是液晶制成的光學(xué)相控陣單元的外加電壓較低，在制作和操作上更加便利。采用液晶材料進(jìn)行光學(xué)相控陣列大角度偏轉(zhuǎn)的研究目前有幾種不同的技術(shù)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 閆舟;徐景;;光束掃描技術(shù)研究進(jìn)展[J];光電技術(shù)應(yīng)用;2013年04期

2 閆愛民;職亞楠;孫建鋒;劉立人;;光學(xué)相控陣掃描技術(shù)研究進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2011年10期

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1 梁磊;有機(jī)無機(jī)復(fù)合波導(dǎo)熱光開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制備[D];吉林大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2721708