光波導(dǎo)光學(xué)相控陣技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、論文研究了一種新型的光波導(dǎo)光學(xué)相控陣，這種光學(xué)相控陣相對目前研究的光學(xué)相控陣有很多優(yōu)點(diǎn)，可提供高分辨率、自由尋址、無慣性的激光掃描，特別是其掃描范圍大、掃描速度快、驅(qū)動電壓低、體積小、加工技術(shù)較成熟，可望解決激光掃描成像技術(shù)的瓶頸，代表了光學(xué)相控陣的一個新的發(fā)展方向，在激光掃描成像、激光雷達(dá)、激光顯示、光開關(guān)、激光打印等軍、民用領(lǐng)域都將有廣闊的應(yīng)用前景。 詳細(xì)討論了光波導(dǎo)光學(xué)相控陣的理論，通過光柵衍射理論導(dǎo)出了一維和二維規(guī)則光波

2、導(dǎo)光學(xué)相控陣的輻射光強(qiáng)分布函數(shù)，討論了通過相控單元間距的不規(guī)則設(shè)置來壓縮柵瓣的原理和方法。根據(jù)物理光學(xué)理論，討論了光波導(dǎo)陣列的電光效應(yīng)，研究了電控光束掃描理論；深入研究了光波導(dǎo)光學(xué)相控陣的饋電原理，一般饋電方案和2π饋電方案，指出2π饋電方案有明顯的優(yōu)越性。 深入研究了光波導(dǎo)和光波導(dǎo)陣列的傳輸特性，重點(diǎn)討論了光波導(dǎo)陣列的耦合特性。首次利用拉普拉斯變換方法求解了光波導(dǎo)陣列的耦合模方程，研究了僅考慮相鄰波導(dǎo)耦合和同時(shí)考慮相鄰波導(dǎo)耦合

3、和次相鄰波導(dǎo)耦合的波導(dǎo)陣列耦合特性。通過解析方法得到了非平行直波導(dǎo)和彎曲波導(dǎo)耦合模方程的去耦方程，并利用數(shù)值計(jì)算的方法研究了非平行直波導(dǎo)和彎曲波導(dǎo)的耦合特性。導(dǎo)出了相應(yīng)于不等芯層折射率耦合模方程的解析解，深入討論了不等芯層折射率光波導(dǎo)陣列的耦合特性。 首次利用有限差分光束傳輸法(FD-BPM)系統(tǒng)研究了光波導(dǎo)耦合對光波導(dǎo)光學(xué)相控陣傳輸特性、輻射特性和掃描特性的影響，指出光波導(dǎo)耦合對光波導(dǎo)光學(xué)相控陣特性的影響非常大，需要重點(diǎn)考慮。

4、由于有限差分光束傳輸法不僅考慮了波導(dǎo)(強(qiáng)度)耦合的影響，而且考慮了相位的影響，所以得到的結(jié)果比通常采用的光柵衍射理論更好地反映光波導(dǎo)光學(xué)相控陣的特性，其對于合理設(shè)計(jì)波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)，提高掃描特性具有非常重要的參考價(jià)值。 根據(jù)光束掃描應(yīng)用的實(shí)際需求，研究了光波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，定量分析了光波導(dǎo)包層尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了通過優(yōu)化光波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)光學(xué)相控陣掃描光束的邊瓣壓縮的技術(shù)方案，并申請一項(xiàng)發(fā)明專利。 基于饋電理論

5、和2π饋電方案，設(shè)計(jì)研制了基于單片機(jī)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)控制系統(tǒng)的兩種光波導(dǎo)光學(xué)相控陣實(shí)驗(yàn)驅(qū)動電源。這兩種控制電源都采用2π饋電方案，都可完成10通道、±10V范圍的可調(diào)電壓輸出，可實(shí)現(xiàn)手動和自動兩種方式掃描。其中，基于單片機(jī)控制電源的信號變換頻率最高為800Hz，基于FPGA控制電源的信號變換頻率最高為10MHz。研制了十波導(dǎo)的光波導(dǎo)陣列，建立了光波導(dǎo)光學(xué)相控陣的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了光波導(dǎo)陣列和光波導(dǎo)光學(xué)相控陣的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了