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。     

基于空间激光通信组网四反射镜动态对准研究

空间激光通信全光链路组网具有较高的通信速率,决定了其在未来全球空间通信领域中的重要地位及发展方向。全光链路组网需解决一点对多点的光学链路问题,不同方法所涉及的结构和跟踪控制方式会有较大差异。基于全光链路组网光学原理,提出了一种轨面四反射镜光学天线结构。基于链路组网方案的光学动态跟踪原理进行数学建模,给出链路通信节点间动态对准时光学参量间的关系,并对数据进行分析,可用于空间激光通信终端捕获、跟踪、瞄准(ATP)控制系统。提出了一种低轨双链路列队卫星组网方案,将激光通信终端光学天线四跟踪平面反射镜的工作面置于卫星轨道平面链路节点处,可实现低轨全光链路空间激光通信组网。     

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。     

光学相控阵和相控阵激光雷达技术

以激光雷达应用为背景，概述激光波束指向控制的方法；重点论述光学相控阵技术，包括光学相控阵的概念，实现方法、关键技术等；介绍相控阵激光雷达系统的几种体制；最后给出一例相控阵激光雷达概念设计。     

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。     

新型激光多波束系统供能无人机集群方案研究

由于单无人机执行任务量有限、整体效率低,故而无人机集群运动以其稳定性好,执行任务多样性,易操作,易控制等特点受到越来越多的关注。在激光供能无人机集群中,针对无人机的机载能量限制了任务的范围和时长、传统供能方式仅能完成一对一供能导致供能效率较低等问题,本文提出了一种基于光学相控阵技术的新型激光多波束供能系统,包括整体的激光无线能量传输方案、系统工作的整体流程、基于领航跟随法的无人机集群编队控制等,此方案可完成一对多的自调节供能,满足整个无人机集群的能量需求,提高传能距离及传输效率,并通过对无人机集群进行算法控制精准到达预设供能区域。对未来激光无线能量传输应用的领域和方式具有参考价值。     

固态激光雷达探测器技术发展

激光雷达可精确采集目标的距离和速度信息,并可实现目标探测与成像,因此在智能交通、无人机避障、智慧家庭、卫星测绘与导航等领域具有重要的应用前景。首先介绍了激光探测的基本原理、主流技术方案以及研究必要性;其次,针对激光雷达固态化和小型化集成的应用需求,介绍了国际上光学相控阵激光雷达、机械扫描激光雷达和闪光激光雷达的技术发展动态,并阐述了我国激光雷达技术、产品和商业发展现状;最后提出了激光雷达技术面临的挑战以及可能的解决方案,并对其发展趋势进行了展望。     

固态激光雷达探测器技术发展

激光雷达可高精度、高准确度地获取目标的距离、速度等信息或者实现目标成像,在智慧家庭室内成像、智能交通、卫星测绘、导航等领域具有重要作用。首先介绍了激光雷达的基本原理、主流技术方案和研究必要性;其次针对激光雷达全固态的应用发展需求,介绍了国际机械扫描激光雷达、光学相控阵激光雷达、面阵闪光激光雷达的国内外发展技术趋势,阐述了我国激光雷达技术产品和商业发展现状;最后总结了目前激光雷达存在的问题及不同的解决方案,并对未来发展趋势进行了展望。     

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。     

衍射光学元件在卫星激光通信终端中的潜在应用

卫星激光通信技术是目前通信技术领域的研究热点,而光学子系统的优化设计是其重要研究方向。主要介绍了利用衍射光学元件实现卫星激光通信终端的小型化、集成化和高效化。文中首先简要介绍卫星激光通信系统的基本原理,随后介绍了衍射光学元件在卫星激光通信终端中的各种可能应用,包括光束整形和分光,光学滤波,防反射镀膜,像差和热差补偿等。给出了一个包含衍射光学元件的激光通信终端光学系统优化设计实例,相应的数值仿真结果表明:衍射光学元件与传统光学元件相比,具有明显优势。     

液晶光学相控技术在卫星通信多接入中的应用

在空间激光通信、组网过程中,为了能够实现一颗卫星终端对多颗卫星终端的物理光束接入,从而使得一颗卫星能与多颗卫星实现数据分发、路由、交换等组网功能,对卫星激光通信捕跟过程中存在的多终端物理接入方法进行了研究。在基于液晶光学相控阵多波束生成能力和多波束赋形的理论基础上,设计了一种新型的多终端接入方法。该方法的核心是利用液晶光学相控阵的多波束生成与控制能力实现对多个终端的接入。对光束在远场光斑的位置信息以及接入过程中的衍射效率和能量损耗情况进行仿真来验证该方案是否满足空间激光通信终端接入要求。仿真结果发现接入过程中的衍射效率大于80%,能量损耗小于1 dB,表明该方案有效可行。     

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。     

毫米波有源相控阵天线技术

概述了毫米波技术在雷达探测及通信领域中的应用优势、使用场景以及未来的技术发展趋势,并着重对其技术实现面临的难点进行分析。同时,针对应用需求和技术特征的不同,介绍了满足各类应用的毫米波相控阵技术发展的不同技术路线,对其中涉及的架构、天线单元、器件和封装集成等主要关键技术进行了阐述,力图从总体上对其技术体制、应用情况和发展趋势进行科学分析和归纳,为毫米波相控阵天线技术的发展提供借鉴。     

衍射光学系统的激光应用和稀疏成像分析

近年来衍射光学系统得到了快速发展,衍射器件(如二元光学器件和膜基透镜)相当于微波天线的固定移相器,微波相控阵天线成熟的理论和方法应可用于其性能分析。激光SAR和激光通信都具有单色且波长较长的特点,特别适合采用非成像衍射光学系统,通过衍射器件实现信号波前控制,减小焦距并有利于系统的轻量化。基于衍射光学系统,研究激光SAR和激光通信技术具有重要的理论意义和应用价值。该文给出了衍射光学系统的相控阵解释,介绍了基于衍射光学系统已开展的机载激光SAR和星载激光SAR研究工作。提出了艇载1 m衍射口径激光通信和干涉定位系统概念并分析了其性能,该系统在10 m短基线下,其作用距离将达到4×108 km,对应的定位精度在6 km量级,可用于深空探测。该文同时探讨了稀疏采样激光成像问题,在激光照射目标条件下,提出用傅里叶透镜将激光图像信号变换到频域,在低频区域利用小规模探测器实施稀疏采样,等效进行2维低通滤波处理,再用计算机重构目标图像的设想,给出了一些初步的仿真结果。      

激光通信/测距一体化技术研究

介绍了激光通信和激光测距技术的优势,指出由于空间条件等的限制,激光通信和测距的复合需求不断增加,激光通信测距一体化技术将成为未来发展趋势。在此基础上,深入分析了国外激光通信测距一体化技术最新研究进展。然后,针对未来卫星远距离、高精度测距的需要,文章提出了在激光通信的基础上,通过设置特殊测距帧,实现激光通信和测距一体化的系统设计方案并进行了论述,为未来我国测控事业的发展提供了新型手段。文章最后对激光通信测距一体化技术的发展提出了建议。     

相控阵雷达收发部件的新进展

从雷达发射机、接收机、天线三大方面,探讨了相控阵雷达的未来技术突破。发射机方面,介绍了全固态发射机技术、电真空发射机技术的发展情况;接收机方面,给出了接收机中光学ADC将对有源相控阵雷达的数字化起到推进作用的例子;天线方面,通过实例重点介绍了MEMS器件和技术、T/R组件低成本技术、射频光电子技术在相控阵天线中的应用情况。对相控阵系统开发与研究有积极意义。     

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.     

小型无线光通信终端大视场扫描捕获光学天线设计

针对小型、轻量化光通信终端,设计了一种大视场扫描捕获方案,并对该方案中所涉及的光学天线进行了详细研究。这种扫描捕获方案将MEMS反射镜作为伺服控制机构,进行天线指向控制;光学天线采用收发共口径体制,能够将MEMS反射镜的指向范围扩大3倍,且全视场畸变控制在了0.7%以内;最后对这种捕获方案的通信链路功率进行了核算,功率余量4.6 dB,较为充足。本文所提出的方案体小质轻,是无线激光通信领域中较为独特的形式,在无人机、单兵的应急建链、通信中具备良好的应用前景。     

微波光子技术在雷达相控阵中的应用分析与展望

近年来,微波光子技术在雷达、通信和电子对抗中的应用得到了越来越多的关注。本文简单介绍了微波光子技术的发展情况和优势,对微波光子技术在雷达相控阵工程应用中存在的光电/ 电光转换损耗大、集成度低、通道一致性差、成本高昂等问题进行了探讨,给出了微波光子技术在雷达相控阵中三种典型的应用场景,并针对目前存在的问题,提出了促进微波光子雷达相控阵推向工程应用的关键技术,包括高效的电光/ 光电转换、高性能的射频光传输和光电混合集成等。希望通过关键技术的突破,促进微波光子技术在雷达相控阵中实现大规模工程应用。