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。     

从光学相控阵技术展望激光通信的发展趋势（特邀）

光学相控阵技术通过调节和控制光学天线阵元的相对相位,可实现高速灵活的定向辐射,逐渐发展成为非机械式光束控制的主流方案。其兼具功耗低、集成度高、体积小、质量轻等优点,可以同时控制多波束的收发,满足未来一对多激光通信的迫切发展需求。本文主要针对光学相控阵技术当前三种主流的技术方案在激光通信领域的应用现状进行阐述,对比给出了基于液晶、微机电系统和集成光波导平台的技术特点和应用优劣。最后针对光学相控阵技术在激光通信领域的未来发展,给出了笔者的一些思考与建议。     

光学相控阵技术进展及其应用

介绍了光学相控阵技术的发展背景和工作原理,研究了国内外基于不同电光材料(钽酸锂、PLZT、AlGaAs和液晶)光学相控阵技术的进展,探讨了光束扫描(指向)控制存在的扫描机械问题及光学相控阵具有的功能优势,针对光学相控阵器件的现状,提出了光学相控阵材料技术的研究方向及光学相控阵技术的应用前景。     

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。     

一种减少光学相控阵引出的结构

光学相控阵技术是最近发展起来的一种新型的光束扫描技术.它具有多通道迅速扫描能力、体积小和低功耗等优点.在新型激光雷达和激光通信方面具有广阔的应用前景.但是以微波相控阵为基础发展起来的光学相控阵,它的引出寻址数量较多,以至于现有的工艺技术很难实现.为了减少引出寻址,提出了粗/精级联结构,这种结构能够大幅度减小光学相控阵所需的寻址结构,使得其工艺实现成为可能.     

光纤激光相控阵光束扫描技术发展EI北大核心CSCD

光纤激光相控阵扫描技术是一种通过相位调制实现光束偏转的非机械式扫描技术,在激光加工、目标跟踪、自由空间光通信以及激光雷达等领域具有广泛的应用价值。文中概述了光纤激光相控阵光束扫描技术的基本原理和发展历程,重点阐述了光学相控阵动态扫描技术中的相位控制技术、空间扫描特征及性能提升方法,最后对光纤激光相控阵的发展趋势和应用前景进行了展望。     

基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法

小面阵APD阵列较低的像元数量限制了其三维成像分辨率。提出了一种基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法,用光学相控阵生成与APD阵列像元数量相同且位置匹配的光束阵列并实现扫描。光束阵列中子光束发散角小于APD阵列中单个像元的瞬时视场角,子光束在单个像元视场内扫描实现APD阵列对目标三维信息的多次采集,进而提高APD阵列的分辨率。在Matlab中基于二维标量衍射理论仿真了光束阵列在远场的分布,并分析了子光束发散角与扩展周期数之间的关系。最后采用液晶相位空间光调制器作为光学相控阵器件,结合CCD接收回波信号,进一步验证了提出方法的可行性。     

阵列集成光波导应用于光学相控阵中的理论分析

基于光学相控阵理论和钛扩散铌酸锂光波导的导模特性,提出了一种新型阵列集成光波导应用于光学相控。根据光束传输法（BPM）,并结合现有半导体工艺水平及参数,对该阵列波导的导光特性,损耗特性以及耦合特性进行了仿真计算,最终给出了相控阵的结构设计参数。结果表明,应用该集成阵列波导的光学相控阵结构可实现光束连续精确定向偏转,偏转角度可达4.5,相位控制半波电压小于6 V,其系统光学控制单元损耗低且响应速度快。     

基于级联式的硅基光学相控阵激光雷达天线研究

介绍了光学相控阵激光雷达天线技术研究的国内外现状,阐述了其基本原理和系统组成,并对级联式的硅基光学相控阵激光雷达天线技术方案进行了分析,在此基础上开展了高密度低串扰波导阵列技术和层叠光学相控阵技术等关键技术攻关,获取了激光雷达系统的关键技术参数,并进一步阐述了需解决的技术问题,最后对该体制激光雷达的应用进行了展望。     

光学相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵技术是一种灵活、快速和精确的非机械光束定向扫描技术,具有分辨率高,抗干扰和高保密性等优点.综述了电控扫描的光学相控阵技术的应用背景,对以铌酸锂晶体、锆钛酸铅镧陶瓷等电光材料和液晶为移相器材料的光学相控阵技术的最新研究进展进行了详细介绍,讨论了这几种光学相控阵技术的优缺点和适用性,以及光学相控阵器件实用化所需要...     

基于光纤自适应操控的激光相控阵技术研究进展(特邀)

当前,基于多光束相干合成的激光相控阵技术面临着实际湍流环境下远距离传输的应用需求和挑战,需同时校正系统内部光源噪声和外部动态湍流像差,并解决远距离传输光延迟和系统规模增大导致的有效带宽急剧下降的问题。现有的技术手段如目标在回路技术和延迟SPGD算法无法应对湍流带来的动态倾斜像差,而这一点对在远场目标处获得高质量相干合成光束至关重要。文中介绍了中国科学院光电技术研究所在多孔径激光传输控制技术上的最新研究进展,新技术实现了对光纤阵列激光出射光束倾斜像差的并行和高效校正,并提出了基于主动波前测量的光纤激光阵列外部像差预补偿校正的方法,为光纤激光相控阵技术的实际大气传输应用打下基础。     

激光相控阵与微波相控阵发射天线技术体制的比较

借鉴微波相控阵雷达技术,有的放矢加快探测型激光相控阵雷达的技术发展与应用,从仿学微波相控阵雷达发射天线基础知识入手,提出微波相控阵雷达发射天线与光纤激光相控阵发射天线可比较的部分技术参数;分析了光纤激光相控阵发射天线的技术要点与潜在能力,并立足现有研发水平对其系统功能与规模进行了预测;尝试对光纤激光相控阵与微波相控阵天线的技术特点与面临主要问题进行了论述;提出两者体系内互相配置,不仅有助于提高微波相控阵雷达在复杂电磁环境下对中近程高速、隐身和多目标的探测、识别与定位能力;同时也可适当减少激光相控阵对目标大范围区域搜索的压力的观点。     

Optical phased array technology

Optical phased arrays represent an enabling new technology that makes possible simple affordable, lightweight, optical sensors offering very precise stabilization, random-access pointing programmable multiple simultaneous beams, a dynamic focus/defocus capability, and moderate to excellent optical power handling capability. These new arrays steer or otherwise operate on an already formed beam. A phase profile is imposed on an optical beam as it is either transmitted through or reflected from the phase shifter array. The imposed phase profile steers, focuses, fans out, or corrects phase aberrations on the beam. The array of optical phase shifters is realized through lithographic patterning of an electrical addressing network on the superstrate of a liquid crystal waveplate. Refractive index changes sufficiently large to realize full-wave differential phase shifts can be effected using low (<10 V) voltages applied to the liquid crystal phase plate electrodes. High efficiency large-angle steering with phased arrays requires phase shifter spacing on the order of a wavelength or less; consequently addressing issues make 1-D optical arrays much more practical than 2-D arrays. Orthogonal oriented 1-D phased arrays are used to deflect a beam in both dimensions. Optical phased arrays with apertures on the order of 4 cm by 4 cm have been fabricated for steering green, red, 1.06 μm, and 10.6 μm radiation. System concepts that include a passive acquisition sensor as well as a laser radar are presented     

光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术

本文讨论了光控相控阵雷达的原理和发展现状,介绍了光控技术在宽带宽角扫描相控阵雷达中的应用和优点,详细阐述了不同光实时延迟线(OTTD)的主要构成原理和技术特点,讨论了雷达微波信号的光调制技术和探测技术现状,指出了光控相控阵雷达技术可能的应用方向.文中重点讨论了光控相控阵雷达实现中需解决的关键技术,包括总体设计方案中的系统指标分配,雷达阵面结构设计时光器件温度特性的考虑,微波信号光纤传输中的幅相一致性、动态范围、非线性相位等,OTTD设计加工中的波束切换时间、插入损耗、隔离度、延时精度等.针对OTTD加工中难免存在的加工误差,文中提出了子阵OTTD与阵元移相器联合波控的方法.     

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。     

激光相干合成的研究进展:2011—2020

本文回顾了过去10年激光相干合成领域取得的重要进展,总结了可合成激光模块性能提升的标志性成果,梳理了相干合成使能技术取得的重要突破,展示了不同类型激光相干合成取得的成果及其多样化应用,并对激光相干合成领域的发展进行了展望。     

光控微波及其在相控阵天线系统中的应用

本文讨论了光注入锁定技术的发展，给出了光控锁相技术对ＦＥＴ振荡器讯号频率和相位进行独立控制的方法，还给出了光控微波相移器的原理，由引获得新颖的光控相控阵天线波束成形与控制技术及具体的设计结构。     

光控相控阵天线中的光实时延时技术

讨论了光电子技术在宽带宽角扫描相控阵雷达中的应用和优点,介绍了光控相控阵天线的工作原理和发展状况,详述了不同光实时延时线(OTTD)的主要实现方法和技术特点,着重分析了一种可实用的基于光纤和光开关切换的OTTD的设计方法,并讨论了OTTD的性能指标对天线系统性能的影响,最后给出了在子阵OTTD和阵元移相器联合波控方法下的近场实验测试结果,验证了OTTD对相控阵天线宽带宽角扫描性能的改善.