垂直生长的GaAs光波导相控阵光耦合系统的设计

发布时间：2020-11-03 01:06

　　 光波导相控阵作为一种新型光学相控阵,具有扫描速度快、可自由寻址、驱动电压低、体积小、易实现集成化等优点,在激光雷达、激光制导、激光扫描成像等军事、民用领域具有广阔的应用前景。但目前的光波导相控阵存在光能量利用率低、输出光束质量不理想等问题。本文主要对半导体激光器与垂直生长的GaAs光波导相控阵芯片之间的耦合进行理论和实验研究,主要工作为:1、对影响半导体激光器-光波导相控阵芯片耦合的主要因素进行了理论和仿真分析:在不考虑菲涅耳反射损耗和对准偏差损耗时,半导体激光器光束的光斑尺寸和光波导相控阵芯片模场尺寸失配,是导致光耦合损耗的一个重要原因。2、仿真分析了光束特性对光波导相控阵芯片出射光束远场分布的影响:1)当激光光束的光斑尺寸小于光波导相控阵芯片模场尺寸时,会导致扫描光束远场分布的主瓣展宽,出现明显的分裂,栅瓣与主瓣的间距变小,且具有较多旁瓣;2)光束波前特性引入的相位误差,会导致输出光束的远场分布主瓣和栅瓣存在一定毛刺,主瓣宽度加宽,扫描精度下降。3、理论分析了半导体激光器的光束发散角对光波导相控阵加电偏转特性的影响。给定的加载电压下,半导体激光器慢轴方向的光束发散角会导致进入波导内的光束产生不同的相位延迟,影响到输出光束的远场分布和扫描光束的精确偏转。4、设计和优化了半导体激光器-光波导相控阵芯片耦合系统:采用圆柱透镜和平凸柱透镜分别对半导体激光器快轴和慢轴光束进行准直,通过仿真和实验验证了该耦合系统的可行性。实验研究表明,采用快轴准直透镜对光束进行准直,其准直后快轴方向光束半发散角为2.04°,耦合效率由5.4%提高到28.7%,在提高耦合效率的同时,输出光束主副瓣比为7.7dB,主瓣半角宽度为2.1°,远场光束质量较好。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN252
【部分图文】：

西安电子科技大学硕士学位论文现状1 光波导相控阵国内外研究现状纪 80 年代末，Hobbs[2-3]等人基于 GaAs 晶体材料制作了 5 阵元，在波长为 10.6μm 时，光束偏转角可达到 20，扫描频率大2 的电压小于 2V。

图 1.1 Hobbs 等人设计的 AlGaAs 光波导光学相控阵扫描器 D.PL.Wight[4]等人利用 MOCVD 的技术，基于 AlGaAs 波导光扫描器，通过独立控制各个单元相移，可以实现 2-20°的光°，损耗为 20dB/cm。

图 1.3 F. Vasey 等人制作的光波导相控阵器件结6-8]，西安电子科技大学的石顺祥教授等对光用 MOCVD 技术分别研制了 10 层、15 层 P芯片，并在 2005 年在国内第一次使用自己控阵控制系统，实现了低驱动电压光波导光 10°的扫描范围，驱动电压为±5V，扫描速描的光波导阵列电光扫描器的可行性。式研究现状光扫描器技术发展到现在，在功能上已经实。目前存在的主要问题是，其光能量利用率实际应用。目前来说，光波导相控阵系统主重点研究半导体激光器-光波导相控阵芯片导相控阵芯片耦合的相关文献比较少，因此
【参考文献】

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本文编号：2867853