光学相控阵器件结构参数对栅瓣的抑制效果研究
发布时间：2021-04-16 22:44
激光扫描技术在自由空间光通信、航空航天、激光雷达和激光成像等领域应用广泛。光学相控阵扫描技术是一种很有发展前景的新型扫描技术,能够不移动激光扫描系统就完成精准迅速的激光波束成形。但是受到当前工艺技术的限制,工作光的波长一般都小于光学相控阵的阵元间距,导致扫描光束必然产生栅瓣,大大降低了扫描的精准度及扫描速度。所以,针对光学相控阵的栅瓣优化问题的研究,在实际工程应用中具有十分重要的意义。针对栅瓣存在影响波束扫描的问题,跟踪国内外发展动态,综合当前光学相控阵波束形成及偏转理论,主要研究了光学相控阵器件结构参数对于栅瓣抑制的效果,讨论了栅瓣抑制的原理,对不同结构参数进行仿真,研究对栅瓣的抑制效果。采用改进的粒子群算法对非均匀光学相控阵的阵元分布进行了优化以实现最佳的栅瓣抑制,并进一步研究了级联结构对于栅瓣的影响,最后设计了双结构光栅器件以及用于光学扫描的液晶光开关结构。具体有以下三个方面开展研究工作:1.讨论了三种栅瓣抑制的方法,采用密度加权法,研究了光学相控阵的阵元间距分别呈线性变化,曲线变化,随机范围内变化时的栅瓣抑制效果,通过改进的粒子群算法对不等间距进行优化,得到超低栅瓣的阵元最佳分...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
雷声公司研制的液晶光学相控阵雷达结构图
华北水利水电大学硕士学位论文8其实物如图1-7所示[36]。图1-7BNS公司研制的二维液晶空间光调制器Fig.1-7Two-dimensionalliquidcrystalspatiallightmodulatordevelopedbyBNS2016年，Mcmananon等人提出正交定向的一维相控阵用于两个方向上偏转光束，使用施加到液晶相板电极的低（小于10V）电压来实现足够大的折射率变化以实现全波微分相移[37]，使得连续扫描准确度更高更。国内方面在2011年，电子科技大学的孙洋东详细分析了液晶光学相控阵的建模和实验，制造了1920个独立阵元的透射式液晶相控阵[38]，可以完成在1.064μm波长下，角度为4°的不间断扫描，同时制作了首台基于液晶材料的激光成像雷达样机，其液晶相控阵器件和激光成像雷达如图1-8所示。电子科技大学的肖锋建立了完整的液晶相控阵数理模型和控制模型，为液晶光学相控阵器件的设计和制作提供了理论依据和指导，针对波束偏转效率的优化问题，设计了闭环优化系统，提出了基于RSA和SPGD的偏转性能优化方法，通过实验提高了对液晶光学相控阵波束偏转效率[39]。(a)液晶光学相控阵(b)激光成像雷达样机(a)Liquidcrystalopticalphasedarray(b)Laserimagingradarprototype图1-8电子科技大学团队研制的器件及样机
evelopedbytheUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina1.3.3硅基片上光学相控阵最近几年，光子集成领域技术与工艺的相关研究越来越多且发展迅速，片上光学相控阵的集成度也随之变高。1993年，Tang等人采用绝缘体上的硅材料进行制造，设计和分析了一种基于p-i-n结构的新型相位调制器[40]，研究了折射率和品质因数的影响。2000年，Bezinger等研究人员采用绝缘衬底上的硅（SOI）制造了阵列波导光栅多路分解器，含有8个通道，芯片大小约为25mm[41]。2011年，Hosseini制作了在硅纳米膜上的12通道光学相控阵，如图1-9所示[42]。能够单独控制微加热器调节阵列波导中的光相位，在1.55um的光波长在空气中偏转了31.9°，相当于硅平面导轨中偏转了10.2°，且波导间距足够大以防止光耦合。2012年，Doylend研制了一种基于硅材料的8通道光学相控阵[43]。其整体长约是16mm，宽约是4mm。利用硅基混合集成技术在一个片上激光器集成，可以完成12°的光束扫描，克服了光耦合时的能量损耗，充分提高了整个器件的性能。图1-9德克萨斯大学制作的12路光学相控阵Fig.1-912-wayopticalphasedarraymadebytheUniversityofTexas2013年，Timurdogan等人制作了一种大规模二维纳米硅基光学相控阵，其硅芯片大小为576um2，在硅芯片上集成了4096个光学纳米天线，如图1-10所示。所有的纳米天线功率相同，通过最先进的互补金属氧化物半导体技术，可以在紧凑且便宜的纳米光子芯片上实现大规模集成光学相控阵，而为在通信、激光检测和测距、三维全息照相和成像等应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学相控阵器件，且设计了一个低损耗的锥形耦合器，可以实现1.59um光波长的超低波导损耗。
本文编号：3142303
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
雷声公司研制的液晶光学相控阵雷达结构图
华北水利水电大学硕士学位论文8其实物如图1-7所示[36]。图1-7BNS公司研制的二维液晶空间光调制器Fig.1-7Two-dimensionalliquidcrystalspatiallightmodulatordevelopedbyBNS2016年，Mcmananon等人提出正交定向的一维相控阵用于两个方向上偏转光束，使用施加到液晶相板电极的低（小于10V）电压来实现足够大的折射率变化以实现全波微分相移[37]，使得连续扫描准确度更高更。国内方面在2011年，电子科技大学的孙洋东详细分析了液晶光学相控阵的建模和实验，制造了1920个独立阵元的透射式液晶相控阵[38]，可以完成在1.064μm波长下，角度为4°的不间断扫描，同时制作了首台基于液晶材料的激光成像雷达样机，其液晶相控阵器件和激光成像雷达如图1-8所示。电子科技大学的肖锋建立了完整的液晶相控阵数理模型和控制模型，为液晶光学相控阵器件的设计和制作提供了理论依据和指导，针对波束偏转效率的优化问题，设计了闭环优化系统，提出了基于RSA和SPGD的偏转性能优化方法，通过实验提高了对液晶光学相控阵波束偏转效率[39]。(a)液晶光学相控阵(b)激光成像雷达样机(a)Liquidcrystalopticalphasedarray(b)Laserimagingradarprototype图1-8电子科技大学团队研制的器件及样机
evelopedbytheUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina1.3.3硅基片上光学相控阵最近几年，光子集成领域技术与工艺的相关研究越来越多且发展迅速，片上光学相控阵的集成度也随之变高。1993年，Tang等人采用绝缘体上的硅材料进行制造，设计和分析了一种基于p-i-n结构的新型相位调制器[40]，研究了折射率和品质因数的影响。2000年，Bezinger等研究人员采用绝缘衬底上的硅（SOI）制造了阵列波导光栅多路分解器，含有8个通道，芯片大小约为25mm[41]。2011年，Hosseini制作了在硅纳米膜上的12通道光学相控阵，如图1-9所示[42]。能够单独控制微加热器调节阵列波导中的光相位，在1.55um的光波长在空气中偏转了31.9°，相当于硅平面导轨中偏转了10.2°，且波导间距足够大以防止光耦合。2012年，Doylend研制了一种基于硅材料的8通道光学相控阵[43]。其整体长约是16mm，宽约是4mm。利用硅基混合集成技术在一个片上激光器集成，可以完成12°的光束扫描，克服了光耦合时的能量损耗，充分提高了整个器件的性能。图1-9德克萨斯大学制作的12路光学相控阵Fig.1-912-wayopticalphasedarraymadebytheUniversityofTexas2013年，Timurdogan等人制作了一种大规模二维纳米硅基光学相控阵，其硅芯片大小为576um2，在硅芯片上集成了4096个光学纳米天线，如图1-10所示。所有的纳米天线功率相同，通过最先进的互补金属氧化物半导体技术，可以在紧凑且便宜的纳米光子芯片上实现大规模集成光学相控阵，而为在通信、激光检测和测距、三维全息照相和成像等应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学相控阵器件，且设计了一个低损耗的锥形耦合器，可以实现1.59um光波长的超低波导损耗。
本文编号：3142303
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