硅基光学相控阵理论研究与器件设计

发布时间：2021-10-22 11:40

　　光波导光学相控阵具有扫描速度快、光损耗小、控制电压低、易于小型化、集成化等优点,在光信息存储与处理、无人驾驶、智能穿戴、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。本文对硅波导相控阵系统进行了理论分析与器件设计,主要内容包括:1、从Si的热光效应和GaAs的电光效应出发,介绍了光波导光学相控阵的一维扫描原理;分析了Si和GaAs两种材料波导阵列的传输特性及耦合特性,对比了两种材料的光波导相控阵在响应速度、传输损耗、加工难度等方面的优点与不足;以硅波导相控阵为例,设计了8阵元波导阵列结构,研究了远场光束的扫描性能,结果表明:本文设计的系统最大扫描范围为?35°。2、针对硅波导相控阵,分别建立了波导光栅耦合器和多模干涉分束器的仿真模型,结果表明:本文设计的光栅耦合器最大耦合效率约为50%,多模干涉分束器的最低损耗约为0.16dB。3、建立了移相器单元的热场分析模型,确定了该模型的初始及边界条件,对目前常用加热电极材料进行了分析与对比,选取钛电极作为加热电极,分析了加热电极尺寸、上包层厚度和外加功率等因素对移相器单元温度分布及相移特性的影响。结果表明,本文设计的移相器单元完成2π相移需要的外加功率约为... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Hobbs等人研制的GaAs光学相控阵1991年，D.R.Wight等人采用脊波导的结构，设计了AlGaAs一维相控阵激光扫

西安电子科技大学硕士学位论文图 1. 1 Hobbs 等人研制的 GaAs 光学相控阵1991 年，D.R.Wight 等人采用脊波导的结构，设计了 AlGaAs 一维相控阵激光扫描器[5]，其结构如图 1.2 所示，该器件在 30V 偏置电压下，扫描角达到 20°，开关速度为 2GHz，从实验上验证了 GaAs 具有扫描角度大，响应速度快的特点。

西安电子科技大学硕士学位论文图 1. 1 Hobbs 等人研制的 GaAs 光学相控阵1991 年，D.R.Wight 等人采用脊波导的结构，设计了 AlGaAs 一维相控阵激光扫描器[5]，其结构如图 1.2 所示，该器件在 30V 偏置电压下，扫描角达到 20°，开关速度为 2GHz，从实验上验证了 GaAs 具有扫描角度大，响应速度快的特点。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型的光波导光学相控阵的特性研究（英文）[J]. 叶佳雨,李立京,陈文,郑月,孙鸣捷.  红外与激光工程. 2017(06)
[2]液晶光学相控阵技术[J]. 韩学勤,李丽,谭东杰,刘国国,张卫国.  航空科学技术. 2012(01)
[3]基于电光材料的光学相控阵技术研究进展[J]. 瞿荣辉,叶青,董作人,方祖捷.  中国激光. 2008(12)
[4]液晶光学相控阵可编程光束偏转研究[J]. 张健,徐林,吴丽莹,刘翔,张进厂.  光子学报. 2008(08)
[5]新型光波导阵列电光快速扫描器的馈电特性[J]. 李家立,石顺祥,王广生,花吉珍.  西安电子科技大学学报. 2002(06)
[6]一种新型的光波导阵列电光快速扫描器[J]. 石顺祥,李家立,王广生,花吉珍.  光学学报. 2002(11)
[7]新型光波导阵列电光快速扫描器的光波导效应[J]. 李家立,石顺祥,王广生,花吉珍,赵卫.  光子学报. 2002(08)

博士论文
[1]硅基聚合物热光开关器件及其可靠性研究[D]. 刘玉芬.吉林大学 2015
[2]光波导光学相控阵技术的理论和实验研究[D]. 梁华伟.西安电子科技大学 2007
[3]光波导光学相控阵技术研究[D]. 李家立.西安电子科技大学 2005

硕士论文
[1]硅基光学移相器研究[D]. 武倩倩.上海交通大学 2015
[2]硅基光栅耦合器和波导分束器的研究[D]. 周阔.国防科学技术大学 2013
[3]SOI集成光波导的制备及传输特性研究[D]. 晋玉剑.中北大学 2012



本文编号：3451025