發(fā)布時間：2021-04-16 22:44

　　激光掃描技術在自由空間光通信、航空航天、激光雷達和激光成像等領域應用廣泛。光學相控陣掃描技術是一種很有發(fā)展前景的新型掃描技術,能夠不移動激光掃描系統(tǒng)就完成精準迅速的激光波束成形。但是受到當前工藝技術的限制,工作光的波長一般都小于光學相控陣的陣元間距,導致掃描光束必然產生柵瓣,大大降低了掃描的精準度及掃描速度。所以,針對光學相控陣的柵瓣優(yōu)化問題的研究,在實際工程應用中具有十分重要的意義。針對柵瓣存在影響波束掃描的問題,跟蹤國內外發(fā)展動態(tài),綜合當前光學相控陣波束形成及偏轉理論,主要研究了光學相控陣器件結構參數(shù)對于柵瓣抑制的效果,討論了柵瓣抑制的原理,對不同結構參數(shù)進行仿真,研究對柵瓣的抑制效果。采用改進的粒子群算法對非均勻光學相控陣的陣元分布進行了優(yōu)化以實現(xiàn)最佳的柵瓣抑制,并進一步研究了級聯(lián)結構對于柵瓣的影響,最后設計了雙結構光柵器件以及用于光學掃描的液晶光開關結構。具體有以下三個方面開展研究工作:1.討論了三種柵瓣抑制的方法,采用密度加權法,研究了光學相控陣的陣元間距分別呈線性變化,曲線變化,隨機范圍內變化時的柵瓣抑制效果,通過改進的粒子群算法對不等間距進行優(yōu)化,得到超低柵瓣的陣元最佳分... 

【文章來源】：華北水利水電大學河南省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

雷聲公司研制的液晶光學相控陣雷達結構圖

華北水利水電大學碩士學位論文8其實物如圖1-7所示[36]。圖1-7BNS公司研制的二維液晶空間光調制器Fig.1-7Two-dimensionalliquidcrystalspatiallightmodulatordevelopedbyBNS2016年，Mcmananon等人提出正交定向的一維相控陣用于兩個方向上偏轉光束，使用施加到液晶相板電極的低（小于10V）電壓來實現(xiàn)足夠大的折射率變化以實現(xiàn)全波微分相移[37]，使得連續(xù)掃描準確度更高更。國內方面在2011年，電子科技大學的孫洋東詳細分析了液晶光學相控陣的建模和實驗，制造了1920個獨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，同時制作了首臺基于液晶材料的激光成像雷達樣機，其液晶相控陣器件和激光成像雷達如圖1-8所示。電子科技大學的肖鋒建立了完整的液晶相控陣數(shù)理模型和控制模型，為液晶光學相控陣器件的設計和制作提供了理論依據(jù)和指導，針對波束偏轉效率的優(yōu)化問題，設計了閉環(huán)優(yōu)化系統(tǒng)，提出了基于RSA和SPGD的偏轉性能優(yōu)化方法，通過實驗提高了對液晶光學相控陣波束偏轉效率[39]。(a)液晶光學相控陣(b)激光成像雷達樣機(a)Liquidcrystalopticalphasedarray(b)Laserimagingradarprototype圖1-8電子科技大學團隊研制的器件及樣機

evelopedbytheUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina1.3.3硅基片上光學相控陣最近幾年，光子集成領域技術與工藝的相關研究越來越多且發(fā)展迅速，片上光學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行制造，設計和分析了一種基于p-i-n結構的新型相位調制器[40]，研究了折射率和品質因數(shù)的影響。2000年，Bezinger等研究人員采用絕緣襯底上的硅（SOI）制造了陣列波導光柵多路分解器，含有8個通道，芯片大小約為25mm[41]。2011年，Hosseini制作了在硅納米膜上的12通道光學相控陣，如圖1-9所示[42]。能夠單獨控制微加熱器調節(jié)陣列波導中的光相位，在1.55um的光波長在空氣中偏轉了31.9°，相當于硅平面導軌中偏轉了10.2°，且波導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在一個片上激光器集成，可以完成12°的光束掃描，克服了光耦合時的能量損耗，充分提高了整個器件的性能。圖1-9德克薩斯大學制作的12路光學相控陣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相控陣，其硅芯片大小為576um2，在硅芯片上集成了4096個光學納米天線，如圖1-10所示。所有的納米天線功率相同，通過最先進的互補金屬氧化物半導體技術，可以在緊湊且便宜的納米光子芯片上實現(xiàn)大規(guī)模集成光學相控陣，而為在通信、激光檢測和測距、三維全息照相和成像等應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相控陣器件，且設計了一個低損耗的錐形耦合器，可以實現(xiàn)1.59um光波長的超低波導損耗。


本文編號：3142303