光波导光学相控阵扫描控制方法与实验研究

论文摘要

光波导光学相控阵具有驱动电压低、功耗小、响应速度快(ns量级)等特点,克服了现有光学相控阵技术的不足。论文针对光波导光学相控阵扫描控制方法与实验的研究开展的工作。对光波导相控阵波束扫描技术的研究,具有理论意义和应用价值。基于介质波导场理论和衍射叠加模型,研究了光波导相控阵阵元内场传输特性和耦合特性,以及波导阵列空间辐射场。分析了结构参数对场的影响,为合理设计光波导阵列器件提供了理论依据。利用研制的FPGA光波导相控阵控制系统,建立了光波导光学相控阵波束扫描实验系统,实现了一般和2π加电方式光束扫描。实现了正向13.3°扫描角范围,最大0.5°扫描角度误差,最高200kHz光束扫描,验证了光波导阵列扫描的可实现性。通过串口通信和键盘控制设计,实现了波束的自动扫描和手动扫描,并方便在线相位校正,为实现自适应相位校正系统奠定了基础。考虑光波导器件加工工艺误差对光波导相控阵空间辐射场的影响,以及实验扫描结果的详细分析,研究了基于模式搜索法的相位校正模型,实现了高精度、高衍射效率的相位校正,为实现自适应相位校正系统提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光学相控阵研究现状
• 1.2 光波导光学相控阵研究现状
• 1.3 光波导光学相控阵波束扫描控制系统研究现状
• 1.4 本文研究内容与结构安排
• 第二章 光波导光学相控阵光场分析
• 2.1 光波导光学相控阵阵列结构
• 2.2 光波导阵列内光场分析
• 2.2.1 光波导阵元光场传输特性
• 2.2.2 相邻双光波导耦合特性
• 2.2.3 光波导光学相控阵耦合特性
• 2.2.4 耦合的波导阵列场分布仿真
• 2.3 光波导相控阵的空间衍射场分布
• 2.3.1 耦合光波导相控阵空间场分布
• 2.3.2 理想的光波导光学相控阵衍射叠加模型空间场分布
• 2.4 光波导光学相控阵结构设计
• 2.5 光波导光学相控阵的加电方案分析与比较
• 2.5.1 光波导光学相控阵加电方案
• 2.5.2 两种加电方案的比较
• 2.6 本章小结
• 第三章 光波导光学相控阵扫描实验研究
• 3.1 光波导光学相控阵扫描实验系统建立
• 3.1.1 扫描系统的控制系统
• 3.1.2 串.与键盘控制
• 3.1.3 光源的选取和光波导阵列器件
• 3.1.4 光波导电压传输模块
• 3.2 扫描系统性能测试
• 3.2.1 光波导阵列器件的电特性
• 3.2.2 工作稳定性分析
• 3.2.3 控制系统速度
• 3.3 光波导光学相控阵波束扫描实验
• 3.3.1 一般加电方式波束扫描实验
• 3.3.2 2π加电方式的波束扫描实验
• 3.4 扫描实验结果分析
• 3.4.1 波束扫描速度
• 3.4.2 入射角对光场强度分布的影响
• 3.4.3 扫描角度误差
• 3.4.4 半角宽度与边瓣主瓣比
• 3.5 小结
• 第四章 光波导光学相控阵相位校正研究
• 4.1 光波导光学相控阵实际空间辐射场特性分析
• 4.1.1 实际空间辐射场
• 4.1.2 光波导光学相控阵非理想辐射场影响因素分析
• 4.2 基于模式搜索法的自适应相位校正系统研究
• 4.2.1 相位校正模型建立
• 4.2.2 相位校正算法流程
• 4.3 基于模式搜索法的高扫描精度校正
• 4.3.1 目标函数建立
• 4.3.2 扫描精度优化仿真
• 4.4 基于模式搜索法的高衍射效率的相位校正模型
• 4.4.1 目标函数建立
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士在读期间的研究成果