激光掃描技術(shù)在自由空間光通信、航空航天、激光雷達(dá)和激光成像等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。光學(xué)相控陣掃描技術(shù)是一種很有發(fā)展前景的新型掃描技術(shù),能夠不移動(dòng)激光掃描系統(tǒng)就完成精準(zhǔn)迅速的激光波束成形。但是受到當(dāng)前工藝技術(shù)的限制,工作光的波長一般都小于光學(xué)相控陣的陣元間距,導(dǎo)致掃描光束必然產(chǎn)生柵瓣,大大降低了掃描的精準(zhǔn)度及掃描速度。所以,針對(duì)光學(xué)相控陣的柵瓣優(yōu)化問題的研究,在實(shí)際工程應(yīng)用中具有十分重要的意義。針對(duì)柵瓣存在影響波束掃描的問題,跟蹤國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài),綜合當(dāng)前光學(xué)相控陣波束形成及偏轉(zhuǎn)理論,主要研究了光學(xué)相控陣器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于柵瓣抑制的效果,討論了柵瓣抑制的原理,對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真,研究對(duì)柵瓣的抑制效果。采用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)非均勻光學(xué)相控陣的陣元分布進(jìn)行了優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)最佳的柵瓣抑制,并進(jìn)一步研究了級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)于柵瓣的影響,最后設(shè)計(jì)了雙結(jié)構(gòu)光柵器件以及用于光學(xué)掃描的液晶光開關(guān)結(jié)構(gòu)。具體有以下三個(gè)方面開展研究工作:1.討論了三種柵瓣抑制的方法,采用密度加權(quán)法,研究了光學(xué)相控陣的陣元間距分別呈線性變化,曲線變化,隨機(jī)范圍內(nèi)變化時(shí)的柵瓣抑制效果,通過改進(jìn)的粒子群算法對(duì)不等間距進(jìn)行優(yōu)化,得到超低柵瓣的陣元最佳分... 

【文章來源】：華北水利水電大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

雷聲公司研制的液晶光學(xué)相控陣?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)圖

華北水利水電大學(xué)碩士學(xué)位論文8其實(shí)物如圖1-7所示[36]。圖1-7BNS公司研制的二維液晶空間光調(diào)制器Fig.1-7Two-dimensionalliquidcrystalspatiallightmodulatordevelopedbyBNS2016年，Mcmananon等人提出正交定向的一維相控陣用于兩個(gè)方向上偏轉(zhuǎn)光束，使用施加到液晶相板電極的低（小于10V）電壓來實(shí)現(xiàn)足夠大的折射率變化以實(shí)現(xiàn)全波微分相移[37]，使得連續(xù)掃描準(zhǔn)確度更高更。國內(nèi)方面在2011年，電子科技大學(xué)的孫洋東詳細(xì)分析了液晶光學(xué)相控陣的建模和實(shí)驗(yàn)，制造了1920個(gè)獨(dú)立陣元的透射式液晶相控陣[38]，可以完成在1.064μm波長下，角度為4°的不間斷掃描，同時(shí)制作了首臺(tái)基于液晶材料的激光成像雷達(dá)樣機(jī)，其液晶相控陣器件和激光成像雷達(dá)如圖1-8所示。電子科技大學(xué)的肖鋒建立了完整的液晶相控陣數(shù)理模型和控制模型，為液晶光學(xué)相控陣器件的設(shè)計(jì)和制作提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)，針對(duì)波束偏轉(zhuǎn)效率的優(yōu)化問題，設(shè)計(jì)了閉環(huán)優(yōu)化系統(tǒng)，提出了基于RSA和SPGD的偏轉(zhuǎn)性能優(yōu)化方法，通過實(shí)驗(yàn)提高了對(duì)液晶光學(xué)相控陣波束偏轉(zhuǎn)效率[39]。(a)液晶光學(xué)相控陣(b)激光成像雷達(dá)樣機(jī)(a)Liquidcrystalopticalphasedarray(b)Laserimagingradarprototype圖1-8電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制的器件及樣機(jī)

evelopedbytheUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina1.3.3硅基片上光學(xué)相控陣最近幾年，光子集成領(lǐng)域技術(shù)與工藝的相關(guān)研究越來越多且發(fā)展迅速，片上光學(xué)相控陣的集成度也隨之變高。1993年，Tang等人采用絕緣體上的硅材料進(jìn)行制造，設(shè)計(jì)和分析了一種基于p-i-n結(jié)構(gòu)的新型相位調(diào)制器[40]，研究了折射率和品質(zhì)因數(shù)的影響。2000年，Bezinger等研究人員采用絕緣襯底上的硅（SOI）制造了陣列波導(dǎo)光柵多路分解器，含有8個(gè)通道，芯片大小約為25mm[41]。2011年，Hosseini制作了在硅納米膜上的12通道光學(xué)相控陣，如圖1-9所示[42]。能夠單獨(dú)控制微加熱器調(diào)節(jié)陣列波導(dǎo)中的光相位，在1.55um的光波長在空氣中偏轉(zhuǎn)了31.9°，相當(dāng)于硅平面導(dǎo)軌中偏轉(zhuǎn)了10.2°，且波導(dǎo)間距足夠大以防止光耦合。2012年，Doylend研制了一種基于硅材料的8通道光學(xué)相控陣[43]。其整體長約是16mm，寬約是4mm。利用硅基混合集成技術(shù)在一個(gè)片上激光器集成，可以完成12°的光束掃描，克服了光耦合時(shí)的能量損耗，充分提高了整個(gè)器件的性能。圖1-9德克薩斯大學(xué)制作的12路光學(xué)相控陣Fig.1-912-wayopticalphasedarraymadebytheUniversityofTexas2013年，Timurdogan等人制作了一種大規(guī)模二維納米硅基光學(xué)相控陣，其硅芯片大小為576um2，在硅芯片上集成了4096個(gè)光學(xué)納米天線，如圖1-10所示。所有的納米天線功率相同，通過最先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)，可以在緊湊且便宜的納米光子芯片上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成光學(xué)相控陣，而為在通信、激光檢測(cè)和測(cè)距、三維全息照相和成像等應(yīng)用提供了很大可能性[44]。在同一年，Bauters等人[45]演示了基于氮化硅的光學(xué)相控陣器件，且設(shè)計(jì)了一個(gè)低損耗的錐形耦合器，可以實(shí)現(xiàn)1.59um光波長的超低波導(dǎo)損耗。


本文編號(hào)：3142303