一种新型的光波导光学相控阵的特性研究

采用光纤作为传输链路,将光子晶体光纤作为系统的输出阵列,LiNbO3波导作为相位调制器,构建了一种基于光纤光路的光波导光学相控阵。根据光学相控阵理论和LiNbO3波导的电光效应,分析了系统的可行性, 并研究了这种新型结构下的光波导光学相控阵的输出衍射特性和光子晶体光纤阵列结构参数的关系。研究结果表明通过控制施加在LiNbO3波导上的电压可以改变出射光束的附加相位从而实现光束的偏转;光子晶体光纤阵列上的纤芯数量、纤芯间距以及纤芯的排列方式等结构参量会对系统的输出光束的光强分布、半峰值全宽度（FWHM）和归一化的振幅分布产生影响。随着光子晶体光纤制作工艺的不断发展,系统的光束扫描质量将会逐渐提高并且色散特性和传输特性将会获得改善,为今后这种光学相控阵系统的设计提供了理论基础和技术依据。     

基于掺镧锆钛酸铅电光材料的光学相控阵光束扫描器

基于掺镧锆钛酸铅(PLZT)电光陶瓷材料的光学特性,提出了一种具有上下电极结构的光学相控阵高速光束扫描器。在理论上,分析了具有这种结构的光学相控阵的光束电光偏转特性和机制;在实验上,分析了掺镧锆钛酸铅材料的相位调制特性和损耗特性,制作了相关的光学相控阵器件,并构建了相应的测试系统,获得了光束在空间的角度偏转,与理论分析结果相符。     

液晶光学相控阵的双波束成形和2维扫描技术

为了在光学相控阵中实现双波束成形和2维扫描,以玻璃作为基底材料,以液晶作为移相介质,利用液晶的电控移相特性,对入射光束进行双波束成形和相控空间扫描;采用现场可编程门阵列芯片对液晶驱动芯片进行波控数据发送,完成对液晶移相阵列的电压驱动,从而达到电控光束扫描功能,完成单个透射型液晶光学相控阵组件的研制;利用该组件的电控光束扫描功能,采用多个组件级联的方式,实现基于透射型液晶光学相控阵组件的双波束成形和2维扫描技术。结果表明,该系统能够实现双波束独立偏转控制,以及高精度的空间2维偏转。     

光波导阵列相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵技术是一种灵活、快速、精确的非机械光束扫描技术,在新体制激光雷达和空间激光通信等领域有重要应用。综述了光波导阵列相控阵扫描技术的研究进展,对基于LiNbO3、GaAs/AlGaAs、磷化铟(InP)、绝缘Si等材料的光学相控阵技术进行了详细介绍,讨论了这几种材料的光波导阵列相控阵的优缺点和适用性,对光波导光学相控阵技术发展前景进行了展望。     

光学相控阵光束偏转效率影响因素仿真分析

介绍了光学相控阵光束偏转技术的基本原理,根据夫琅和费衍射与傅里叶变换理论建立了光学相控阵模型,针对光学相控阵参数对偏转效率的影响进行了仿真分析。仿真结果表明,相控阵单元数量对偏转效率的影响很小,而增大相控阵填充率,减小相控阵单元总体尺寸,减小偏转角度,则可以有效地提高光学相控阵的偏转效率。     

光学相控阵在光束偏转中的应用分析及进展

与传统光学偏转器件相比,光学相控阵可实现快速、灵活、高精度的光束指向控制。介绍了光学相控阵实现光束偏转的基本原理,并对影响偏转效率及偏转角度的主要因素进行了系统分析,对现有材料可实现的光束偏转性能参数进行了对比分析。针对目前光学相控阵材料只能实现小角度偏转的缺陷,进一步介绍了增加其偏转角度的技术途径。最后对应用光学相控阵技术实现的大角度高精度偏转系统APPLE(adaptive photonic phase-locked elements)进行了介绍,并对其技术先进性与局限性进行了分析。     

光学相控阵技术发展概述

截至目前,光学相控阵技术已经发展了70多年,针对不同的应用方向,发展出了液晶、MEMS、光波导、相干合成等多种器件和技术方案,在激光雷达、空间光通信、高亮度激光产生、合成孔径探测等应用领域获得了初步应用。光学相控阵技术通过对光束阵列中单元光束相位的控制,从而实现阵列光束等相面的重构或精密调控,具有系统体积质量小、响应速度快、光束质量好等优点。首先介绍了光学相控阵的工作原理,然后从激光发射和远距离成像两方面对几种主流相控阵技术的发展现状、应用方向及发展趋势进行了综述,最后给出了笔者的一些思考与建议。     

LED背光源的起校准器作用之楔形光导管的设计与分析

本文介绍了一种基于发光二极管技术的新型光校准系统。以一种LED阵列为光源。并通过使用一种带反射器的锥形波导管．该器件可能获得具有高亮度和所需发散性的集成光束，该光束具有结构紧凑的大光输出面。文中还提出了用于控制光束参数的光学模块。其特性使之可以应用于许多需要高亮度、高亮度均匀性、高宽长度比和狭窄的倾斜分布的不同场合。为提高显色性能，必须使用白光LED或三种不同颜色LED组成的阵列。     

一种基于标量衍射的光束偏转调制相位计算方法

光学相控阵的激光光束偏转方法具有低功耗及精度高等特点,其光束控制的精度及效率较大程度由调制相位分布决定。以二维标量衍射理论为基础,从频谱频移的角度分析了光学相控阵实现光束偏转的原理,将光束偏转等价为冲激函数在频域的作用。根据冲激函数的逆傅里叶变换,得到了实现二维光束偏转时相控单元所需加载的调制相位,并分析了这种调制方法能够实现的最大光束偏转角和偏转效率。最后进行了仿真分析和实物实验,结果表明,该方法能够实现光束的连续偏转,利用本文调制方法实现光束偏转的偏转角度偏差小于0.2mrad,偏转效率与理想效率偏差小于10%,证明了由频移角度考虑光束偏转问题的正确性。     

集成光学陀螺谐振腔结构参量的确定

为了研究集成光学陀螺灵敏度的优化,采用调频光谱原理与多光束干涉方法,对谐振式集成光学陀螺核心敏感器件的谐振特性、决定因素及其它们对陀螺灵敏度的影响进行了研究,得到了与光纤谐振腔情形不同,耦合比与腔长变化对谐振特性影响具有二重性的结果.结果表明,在给定波导传输损耗的条件下,以陀螺灵敏度为判据,集成光学陀螺存在由波导损耗水平决定的最佳谐振腔结构参量.     

硅包层质子交换条形光波导的频率响应

退火质子交换工艺已成为一种制备低损耗铌酸锂光波导的重要技术.但目前对该类光波导传输特性的研究还不多.利用半矢量光束传播法,对硅包层X切退火质子交换铌酸锂条形光波导的频率响应特性进行了数值分析.给出了几种波导结构参数下的计算结果.结果表明,波导传输模式的衰减特性与波长相关.波导的衰减特性,可以通过调整波导表面中心处折射率增量,硅包层厚度,及缓冲层的折射率和厚度来控制.硅包层光波导可以用来制作光频滤波器.     

基于电光材料的光学相控阵技术研究进展

综述了基于电光材料的光学相控阵(OPA)的研究进展.介绍了光学相控阵技术的基本原理以及不同电光材料(铌酸锂电光晶体,AlGaAs光波导,液晶和掺镧锫钛酸铅(PLZT)电光陶瓷)光学相控阵技术的基本构想和涉及的关键技术;着重介绍近年来基于PLZT电光陶瓷材料光学相控阵技术的发展情况以及在这方面的最新研究成果,包括单级相控阵、级联相控阵、不同电极结构(表面电极和上下电极结构)相控阵技术等;最后简要介绍了光学相控阵技术在激光雷达等军事领域中的应用.     

集成光波导开关阵列真延时模块设计

阐述了光波导真延时器件的工作原理及其在相控阵雷达中的应用,通过氟化聚酰亚胺聚合物条形光波导和光开关阵列的集成,提出了一种集成光波导开关阵列真延时模块的设计方案,将光波导和开关阵列集成在一个基片上,具有集成度高、体积小、成本低、一致性好、插入损耗小等诸多优点.并根据光开关的种类分析了光学真延时模块的拓扑结构,改进了光开关和光波导的组合模式.     

弯曲光波导端面修饰的设计方法

光波导的弯曲损耗一直是集成光学中一个值得人们重视的问题,为有效地减小光波导弯曲损耗,弯曲光波导的设计成为集成光学波导设计中的一个重要内容.本文在弯曲光波导保形变换方法的基础上,应用几何光学分析方法给出了波导弯曲损耗产生的简洁的物理图像,从而深入地分析了弯曲损耗产生的根本原因,并由此提出了弯曲光波导端面修饰的设计方法.理论分析表明,与传统的弯曲的光波导设计相比,该种设计方法可以有效地减小导波的模式泄漏,从而减小波导弯曲损耗.尤其是在弯曲光波导曲率半径、材料折射率等参数被设定的情况下,该种设计方法成为一种有效的设计方法.     

激光直写技术制备SiO2-TiO2条形光波导工艺研究

为了研究激光直写技术在光波导制备中的应用,采用波长为1.07μm的连续光纤激光器制备了硅基SiO2-TiO2条形光波导。探讨了激光直写技术制备条形光波导的原理,研究了激光参数对条形光波导宽度的影响,最后测试了光波导的通光模场以及光传输损耗。结果表明,条形光波导的宽度随着激光功率密度的增加而增大。当激光扫描速率在0.1mm/s~1mm/s范围内变化时,条形光波导的宽度随着激光扫描速率的增加而降低;高于1mm/s时对波导宽度无明显影响。在优化的工艺参数下,激光直写得到的条形波导的厚度约为0.4μm,宽度为120μm,整条波导非常均匀、准直性很好,对于1550nm波长的光呈多模传输,最小传输损耗为1.7dB/cm。     

条形介质加载型表面等离子体波导传输特性的研究

采用二维时域有限差分(FDTD)法,分析对比了 介质-金属(IM)结构和金属-介质-金属(MIM) 结构波导对光波传输特性的影响,以及通过对IM结构的尺寸、折射率进行优化得到最佳传 输长度。数值 结果表明,IM结构波导能使光波传输距离更长。对IM波导结构研究发现,当介质层厚为 300nm,金属 层厚为200nm时,传输效果最佳。基于这个参数的IM结构,计算介质 层折射率对IM波导光传输特性的影响发现,介质层折射率为1.5时, 在模场约束较好的情况下,传输损耗降低,表面等离 子体波的传输长度最长。整体优化后的条型波导可以实现最大传输距离为37μm。这一设计和优化波导结构 参数的方法不仅拓宽了介质加载型表面等离子体激元(SPP)波导结构的理论基础,在纳米光 学集成器件研究上也具有一定的应用潜能。     

锥形过渡波导的光束传播法分析

基于光束传播法,对几种只沿纵向变化的锥形过渡波导的传输特性进行了分析.分析表明,对同一过渡波导,宽端口输入与窄端口输入时的功率损耗不同,因而应根据过渡波导是宽端口输入还是窄端口输入来选用过渡波导.波导参数对各种过渡波导传输特性的影响也不同.分析结果为各种过渡波导的选用提供了参考.     

两种不同Y分支光波导的弯曲损耗研究

针对低损耗S型弯曲Y分支的分析与设计,分别用弯曲损耗理论和有限差分光束传输法分析了两种不同的S型弯曲Y分支的损耗特性,比较了不同的波导宽度、分支间距和分支张角对波导输出损耗特性的影响,得出了一组最优化的Y分支波导设计参数.     

不同切型质子交换弯曲波导的弯曲损耗研究

退火质子交换铌酸锂光波导是一类重要的光波导。对2种不同切型的3种常用S形弯曲质子交换光波导,利用宽角有限差分光束传播法进行了分析。结果表明,3种弯曲波导的弯曲损耗,随波导结构参数的变化基本上是相同的,而在相同的波导结构参数下,X切型的质子交换光波导的弯曲损耗总体上都要小于Z切型的质子交换光波导。数值计算结果为相应波导器件的设计和制备提供了一定的参考。     

SOI光波导开关研究进展

SOI光波导是硅基光波导器件的基础,也是实现其它集成光学器件的基础。文章论述了SOI材料、SOI光波导以及SOI光波导开关的一些特性和研究进展。