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光波导光学相控阵技术研究

李家立  
【摘要】: 研究了一种新型的光学相控阵技术——光波导光学相控阵技术,这种光波导光学相控阵克服了现有光学相控阵技术的不足,可提供高分辨率、自由寻址、无惯性的激光扫描,特别是其扫描范围大、扫描速度快、驱动电压低等突出优点,可望解决以往激光扫描成像技术的瓶颈,代表了光学相控阵的一个新的发展方向,在激光扫描成像、激光雷达、激光显示、光开关、激光打印等军事和民用领域都有广阔的应用前景。 论文提出了光波导光学相控阵的概念,这种光波导光学相控阵是由许多光波导阵列电光扫描器组合而成的。实际上,每一个光波导阵列电光扫描器本身就是一个独立的光学相控阵。 论文详细讨论了光波导光学相控阵的理论,通过衍射叠加方法和透过率函数傅立叶变换方法,研究了一维和二维光波导光学相控阵的一般特性和光束分布特性。 论文建立了系统的光波导阵列电光扫描器电磁理论。根据晶体的电光效应理论和平板光波导的电磁理论,建立了光波导阵列电光扫描器的耦合波方程,导出了光波导阵列电光扫描器波导内的场分布模型、空间辐射场分布模型和光波导阵列电光扫描器的方向因子,详细研究了光波导阵列电光扫描器的光场分布特性、扫描特性以及各项参数的影响,为光波导阵列电光扫描器结构参数的设计提供了参考。 边瓣压缩是光波导光学相控阵应用的一项关键技术,论文提出了幅度加权副瓣压缩方法和密度加权栅瓣压缩方法,可有效压缩边瓣,研究了高斯分布函数等幅度加权分布函数对副瓣的影响;深入研究了单元空间分布规律对栅瓣的影响,提出单元间距按线性递增规律分布可得到最佳的栅瓣压缩效果,有效降低栅瓣对光波导阵列电光扫描器的影响。 论文建立了光波导阵列电光扫描器的馈电理论,提出2π馈电方案,降低了控制电压,实现了低电压馈电。 研制了四波导的和十波导的光波导阵列电光扫描器,建立了光波导阵列电光扫描器实验系统,实现了光束扫描,获得了最大偏转角13.6°、最高控制电压8.7V、扫描速度800Hz的光束扫描实验结果,验证了光波导阵列电光扫描器原理的可行性和可实现性,为研制实用的光波导阵列电光扫描器奠定了基础。 论文还研究了光波导光学相控阵的扫描器阵列组合理论,提出了双密度加权扫描器阵列、馈电理论和系统的构成,为光波导光学相控阵的应用奠定了基础。


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