【摘要】：光學(xué)相控陣(OPA)在激光雷達(dá)、全息顯示、自由空間通信、圖像投影等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。絕緣體上硅(SOI)技術(shù)與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝兼容,使類似的集成系統(tǒng)更加容易實(shí)現(xiàn)。然而,就輸出波導(dǎo)等間隔的均勻OPA而言,為了實(shí)現(xiàn)大角度的偏轉(zhuǎn),相鄰陣元之間的間隔要小于半個工作波長才能消除柵瓣,這不僅會增加加工難度,還會引起波導(dǎo)陣列之間的耦合現(xiàn)象,使遠(yuǎn)場圖像發(fā)生畸變。將OPA輸出波導(dǎo)非等間隔排列是解決半波長限制問題的方案之一,這種方法雖以增加副瓣的能量為代價,但能利用較少的波導(dǎo)數(shù)抑制柵瓣的同時得到窄的主瓣寬度,而且較少的波導(dǎo)數(shù)可以簡化控制電路,降低制造的難度和成本。盡管如此,波導(dǎo)數(shù)的減少通常會使輸出陣列橫向尺寸減小,主瓣半峰全寬增大(FWHM),進(jìn)而導(dǎo)致精度下降。本文以減少波導(dǎo)數(shù)并得到較窄的FWHM為目的,以SOI為平臺,提出大間隔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以彌補(bǔ)波導(dǎo)數(shù)減少帶來的缺陷,同時避免陣列間的耦合,并將波導(dǎo)間隔呈函數(shù)分布來抑制柵瓣,進(jìn)一步壓縮主瓣寬度。主要內(nèi)容如下:(1)介紹理想光波導(dǎo)OPA的遠(yuǎn)場特性和邊瓣抑制方法;回顧由光束傳播法(BPM)衍生出來的各種光束分析方法及使用范圍;利用射線光學(xué)理論和波動光學(xué)理論推導(dǎo)平板光波導(dǎo)的傳播特性并解釋耦合現(xiàn)象。(2)利用改進(jìn)有效折射率法(EIM)對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行降維處理后,分別模擬單模波導(dǎo)、多模干涉(MMI)耦合器、S形彎曲波導(dǎo),并設(shè)計(jì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)。(3)將離散元件組合為SOI平臺上的1×8 OPA結(jié)構(gòu),基于對稱和非對稱結(jié)構(gòu),分別利用直接和間接確定方式排列輸出波導(dǎo)位置,而后分別進(jìn)行遠(yuǎn)場強(qiáng)度分布模擬,在限制FWHM條件下,邊瓣抑制比可至少減小到18.90%。(4)采用1×16 OPA結(jié)構(gòu),波導(dǎo)間隔按余弦函數(shù)分布,從最普通的函數(shù)表達(dá)式開始,研究函數(shù)中不同關(guān)鍵參數(shù)對遠(yuǎn)場性能的影響,可同時獲得0.81°的FWHM和17.82%的邊瓣抑制比。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN252

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張穎;王爍;高云磊;;余弦形波導(dǎo)彎曲損耗模型分析[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2015年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 梁華偉;光波導(dǎo)光學(xué)相控陣技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

2 李家立;光波導(dǎo)光學(xué)相控陣技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張珊珊;基于相位加權(quán)方法消除光學(xué)相控陣中的柵瓣[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

本文編號：2738211