光波导光学相控阵扫描性能分析与优化

【摘要】：光波导光学相控阵以其分辨率高、扫描速度快、驱动电压低、成本低等显著优点,克服传统相控阵技术的不足,在激光雷达、扫描、制导、成像等诸多领域得到了越来越广泛的认同与应用前景。但由于制作工艺的限制以及光波导阵列的设计缺陷,导致辐射光场扫描光束光学质量降低,从而降低了衍射效率和扫描精度。因此,扫描光束质量优化办法的提出,对于光波导光学相控阵技术的进一步发展具有重要的理论及现实意义。论文详细介绍了光波导光学相控阵的结构组成和工作原理,在光栅衍射模型的基础上,考虑波导内传输中的耦合作用,基于耦合模理论讨论耦合作用对远场输出的影响;使用光束传输法建立耦合模型,分析讨论不同物理参数对光波导光学相控阵的光束扫描特性的影响,得出单元数N影响扫描光束分辨率以及消光系数K影响扫描光束光功率的结论。在受到微电子工艺水平限制的情况下,论文提出光波导阵列组合的方法增加光波导单元数N,对几种不同的组合方式进行理论分析及模拟,通过搭建实验平台得到有效的实验数据,验证了此方法的可行性。针对组合引起的扫描光束条纹化问题,提出不均匀间距分布的优化方法,使其得到明显改善。最后,由于高折射率衬底环境引起的光功率泄漏,导致出射效率降低、扫描光束光功率小不利于接收,提出增加隔离层破坏高折射率衬底环境的优化方法,在理论上有效降低光功率损耗,提高扫描光束光学性能。