光波导阵列电光扫描器理论和实验研究

论文摘要

为了实现电光扫描器高速扫描的要求,本论文采用目前迅速发展起来的现场可编程门阵列(FPGA)器件作为系统核心,根据2?馈电方案,研制了基于FPGA控制系统的光波导光学相控阵实验驱动电源。可完成10通道、?10V范围的可调电压输出,可实现手动和自动两种方式扫描。该控制电源具有高速扫描,电压精度高,系统更新方便,脱机自动完成配置等单片机所无可比拟的优点。该电源的信号变换频率理论可达250MHz,实验中采用2MHz,通过实验证实了电路的正确性和稳定性。电光扫描器扫描光束的边瓣效应不仅损耗了部分入射光的能量,更主要引起扫描时测量的多值性,对主瓣造成干扰。本论文利用MATLAB软件理论分析了光波导阵列电光扫描器衍射光束的边瓣压缩,从众多模型中优化提出一种新型结构的光波导阵列电光扫描器,可以获得最低限度的边瓣压缩效果,据此对器件研制工艺提出了进一步研究的方向,促进了光波导阵列电光扫描器的应用化进程。利用课题组研制的十波导的光波导阵列和自行研制的驱动电源,本论文建立了光波导阵列电光扫描器的实验系统,进行了光波导阵列电光扫描器的实验研究,实现了一维可控光束扫描。获得的光束扫描最大偏转角为13.6?,所需的最高驱动电压为8.7V,证实了光波导光学相控阵的原理及可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光学相控阵技术的发展历程
• 1.3 光波导光学相控阵特点及其应用
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 光波导阵列电光扫描器的工作原理
• 2.1 理想光波导阵列电光扫描器扫描原理
• 2.1.1 理想光波导阵列电光扫描器的光栅理论
• 2.1.2 理想光波导阵列电光扫描器的工作特性
• 2.2 晶体的电光效应
• 2.3 光波导阵列电光扫描器的工作原理
• 第三章 光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩
• 3.1 理想光波导阵列的扫描光束特性
• 3.2 不规则光波导阵列的原理
• 3.3 几种不规则阵列的设想
• 3.4 不规则阵列的结构参数设计
• 3.5 数值计算
• 3.6 结论
• 第四章 基于FPGA 的控制电源设计
• 4.1 P-I-N 型馈电方案
• 4.2 硬件设计
• 4.2.1 FPGA 控制系统
• 4.2.2 数模转换电路
• 4.2.3 组合逻辑电路
• 4.2.4 电流电压转换电路
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 设计的输入
• 4.3.2 数据库的建立
• 4.3.3 系统仿真
• 4.4 器件的编程
• 4.4.1 ByteBlasterMV 下载电缆
• 4.4.2 专用配置器件EPC2 的应用
• 4.4.3 编程
• 4.5 电源使用指南
• 4.5.1 电压数据的计算
• 4.5.2 程序下载
• 4.5.3 电源操作
• 第五章 光波导阵列电光扫描器光束扫描的实验系统
• 5.1 光波导阵列电光扫描器实验系统的建立
• 5.1.1 光源的选取
• 5.1.2 耦合光学系统
• 5.1.3 扫描特性的测试系统
• 5.1.4 光波导阵列电光扫描器的实验系统
• 5.2 光波导阵列电光扫描器实验研究
• 5.2.1 光波导阵列的电特性
• 5.2.2 光波导阵列电光扫描器的扫描特性
• 5.2.3 实验中衍射光束光强分布不理想的理论分析
• 第六章 结论
• 6.1 本论文的研究成果
• 6.2 对未来工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读研期间的研究成果
• 附录