光学相控阵光束电扫描技术及仿真

光学相控阵技术是一种新型光束偏转及扫描技术,介绍了光学相控阵技术光束电扫描的原理,分析了光学相控阵主要参数及高斯光束替代平行光束入射对偏转效果的影响,研究了三种利用光学相控阵实现多光束扫描的方法。研究结果表明,为了提高光束质量应尽量减小单元周期,增大光学相控阵尺寸和填充率,但减小周期并不能完全抑制栅瓣,而高斯光束取代平行光束入射仅影响偏转光束的角宽度,所研究的三种多光束扫描方法均有效,三种方法各有优缺点。     

基于Gires-Tournois谐振腔的二维光学相控阵反射镜

光学相控阵是激光雷达中实现非机械光束偏转的一种技术方案,针对现有光学相控阵存在的尺寸大、二维集成困难等问题,提出了一种可实现二维光束偏转的新型二维光学相控阵反射镜。该反射镜采用易于集成的面阵结构,同时利用Gires-Tournois谐振腔在谐振波长附近的色散特性放大相移。仿真结果表明,该结构在谐振波长附近具有较高的相移效率,为实现二维光束偏转提供了一种新的解决方案。     

基于硅基光学相控阵的大范围二维光束扫描（英文）

基于硅基光学相控阵,提出一种结合了相位控制和不同周期光栅发射器的点阵扫描法,以实现大范围的二维光束扫描.对光束扫描装置进行仿真计算,结果表明,仅使用单波长的光源即可实现120°×100°的扫描范围和超过16×400个可分辨点.此光束扫描装置在应用时,同一时刻仅需要一部分有源器件工作,降低了相调所需的电能耗.所提方法为实现大范围、低成本和低功耗的二维光束扫描装置提供了一种可能的解决方案,尤其适用于低成本的固态激光雷达.     

微透镜阵列光学相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵光束扫描技术在激光雷达、空间光通信和光开关等领域拥有巨大的应用潜力。微透镜阵列光学相控阵可以通过微透镜阵列间μm量级的相对位移同时对多个出射光束的二维倾斜相位进行调制,从而实现大角度二维光束扫描,具有出射口径大、结构简单、体积小、微惯性、多功能等优点。首先介绍了微透镜阵列光学相控阵的扫描原理,之后对微透镜阵列光学相控阵国内外的发展现状、应用和现阶段存在的问题进行了阐述,最后对微透镜阵列光学相控阵的发展趋势进行了展望。     

硅基光学相控阵性能评估方法

针对典型光学相控阵,建立了一套硅基光学相控阵芯片性能评估方法,为光学相控阵优化设计提供可靠的数据支撑。通过设计傅里叶成像系统对光学相控阵进行动态成像,能够实现对近场远场成像的同步观察。在该基础上设计校准方案对相控阵初始相位进行校准优化,同时对扫描速度、角度和精度等特性参数进行了从理论推导和仿真到测试系统结构设计的整体分析。     

应用在相控阵雷达上的光学实时延迟线

相控阵天线是雷达技术的重要发展方向之一。电子相控阵雷达所遇到的问题是天线阵列孔径效应限制了雷达信号的瞬时带宽,使其不能满足通信和雷达技术的发展需要。光学实时延迟技术,可以解决这一问题。介绍了相控阵天线光实时延迟控制原理。并对几种典型的光实时延迟线的工作原理和技术特点作了简要的分析。     

基于互耦补偿策略的IFFT算法及其应用

介绍了一种基于互耦补偿矩阵(MCCM)的迭代快速傅里叶变换(IFFT)技术,并将其应用于宽角度扫描相控阵的低旁瓣综合中。首先,在所提出的综合方法中,将互耦补偿矩阵引入到IFFT技术中以考虑阵元间的互耦效应,使考虑互耦的阵列远场重新满足方向图乘积原理。然后,提出了一款基片集成波导背腔结构的宽波束天线单元,该天线能够同时激励起TE110与TE210两种模式从而展宽其工作频带且具有宽波束性能,并且基于此单元分别建立了阵元数为35,75,100的宽角度扫描相控阵天线。最后,利用所提出的IFFT技术对这三个相控阵进行低旁瓣综合。与基于有源单元方向图遗传算法的对比结果表明,在-60°到60°的扫描范围内均能实现低旁瓣电平,并且IFFT优化算法具有更快的速度。     

光学相控阵技术研究进展与发展趋势

光学相控阵技术具有响应速度快、系统紧凑、功能多样和控制灵活等优点,在众多科学技术领域得到了广泛的应用。在近50年来的光学相控阵研究与应用中,涌现出了众多卓越的成果。为了对光学相控阵领域的发展进行梳理,简要回顾了光学相控阵技术的历史,并论述了光学相控阵技术的基本原理。从光束发射与接收等不同应用场景的角度,结合笔者的思考,深入介绍了光学相控阵在高品质的光源技术、激光相干合成技术、光束扫描技术、大气链路畸变控制技术以及合成孔径探测与成像技术多个领域的发展现状,并最后对光学相控阵技术的瓶颈与未来的发展研究趋势进行了评述。     

新型液晶光学相控阵的特性研究

将液晶作为平板光波导的上包层,构建了液晶光学相控阵器件.根据Frank-Oseen液晶连续体弹性形变理论与光栅衍射理论,研究分析了基于这种新型结构下液晶光学相控阵的传输特性,输出衍射特性和其它性能特性.研究结果表明,器件的传输电控相位延迟可以实现更大的光程差;阵列电极周期数目、电极宽度、电极间隔宽度等结构参量对器件的输出衍射光束的光强分布和半峰值全宽度影响很大,同时光束扫描的可行性得到论证;器件的响应时间提高了一个数量级,且其色散性能获得改善.为以后研制新型液晶光学相控阵提供了理论基础与技术设计依据.     

啁啾光纤光栅延迟线在光控相控阵雷达中的应用研究

介绍了啁啾光纤光栅延迟线在光控相控阵雷达中的两种应用系统及其工作原理，即基于单波长激光器和多个可调啁啾光纤光栅延迟线的系统以及基于多波长激光器和一个可调啁啾光纤光栅延迟线的系统。介绍了这两种系统的光控相控阵雷达扫描角要实现连续变化时，啁啾光纤光栅延迟线的调谐原理。分析结果表明，若啁啾光纤光栅的长度长而反射谱窄，则啁啾光纤光栅较小的调谐量就能使光控相控阵雷达天线实现较大的扫描范围。     

Design and simulation of single-electrode liquid crystal phased arrays

Liquid crystal (LC) phased arrays and gratings have been employed in optical switching and routing [1]. These diffractive optic elements are of great interest because they can be scaled up to a large number of elements and their optical properties can be electrically addressed with a low driving voltage. LC phase gratings have been achieved either by periodic addressing of pixels or by using periodically-modified structures. The latter approach leads to less reconfigurable devices but the addressing is simpler. In this paper we focus on optical phased arrays where the phase is varied either continuously or discretely and where the periodicity is induced by electrode configuration. We first describe a possible structure based on a conductive silicon wafer. We argue that this structure can induce either continuously or discretely varying arrays while applying single voltage to the array. In the second part we simulate the behaviour of such arrays. We base the simulation on a LC synthesized at the Military University of Technology, this high-birefringence nematic LC shows in a 4-μm thick cell a linear phase shift range of more than 360° between 1.2 V and 1.8 V. We calculate the distribution of the LC molecule director and assess the performance of the array with respect to the applied voltage. Finally, the relevance of such technology for switchable phased arrays is discussed.     

平面相控阵的尺寸对声波聚焦效果的影响

对平面相控阵加上一定的时间延迟即可实现声波的聚焦的性质进行了研究，推出了平面相控阵的空间声压分布表达式，并采用数值分析法，探讨了相控阵的尺寸对声波聚焦效果的影响。为进一步研究相控阵打下了基础。     

Cascade arrangement of irregular optical phased arrays

We present the principle of cascade arrangement of irregular optical phased arrays. The optical phased-array beam deflector comprises arrayed optical waveguides that are spaced irregularly and arranged in a two-stage cascade. Relations between optical path differences and corresponding center-to-center spacings among elements in each stage are found, and phase matches between the two stages are achieved. Simulation shows a wide scanning angle with dramatically suppressed sidelobes.     

热疗用环形平面换能器声场特性的研究

引入负声源，导出了环形平面换能器声场的简洁表示式，计算了单个圆环、多个同心圆环同时激励及环阵相控聚焦声源产生的声场，分析了环的宽度、环数及聚焦点位置等因素对声场特征的影响。提出根据各阵元在声场中某点产生的声压的相位来确定各阵元电激励信号的延时，此方法较根据各阵元到该点的平均声程确定各阵元电激励信号的延时，能更难确地在该点实现聚焦。     

微透镜阵列线性光学扫描器

本文介绍了一种新型的线性扫描光学系统，它由一对处于望远型结构的微透镜阵列和一个普通的会聚透镜组成。微透镜阵列采用二元光学技术进行设计和制作。该装置具有扫描灵敏度高（～１０００）、扫描范围大（±１００ｍｍ）、结构紧凑、价格低廉等优点。     

微纳相控线阵超声换能器参数的理论分析*

微纳相控线阵超声换能器参数(阵元数目、阵元宽度及阵元间距)直接影响其横向声场分布,而其横向声场分布是能否实现高成像分辨率、大探测深度的决定性因素,也是制备换能器的主要依据。该文利用数值模拟研究微纳相控线阵超声换能器阵元参数对其横向声场中主瓣强度、-3 dB主瓣宽度、第一级旁瓣及栅瓣的影响。结果表明,主瓣强度随着阵元数目增加而增大,随阵元间距减小而增大,随着阵元宽度的增大呈现先增大后减小的趋势;-3 dB主瓣宽度随着阵元数目和阵元间距的增大而减小,随着阵元宽度的减小而减小;此外,减小阵元数目、减小阵元间距或增大阵元宽度均可以抑制旁瓣;栅瓣在阵元间距满足一定条件时可以完全消除。通过这些研究为微纳相控线阵超声换能器的优化设计与制备提供理论参考。     

Two-dimensional phased arrays for application in surgery: Scanning by several focuses

Numerical simulation and comparative analysis of acoustic fields formed by two-dimensional phased arrays designed for ultrasonic surgery are conducted for the case of scanning by several focuses (in particular, by nine focuses arranged in a line and also by an array of nine focuses forming a 3×3 square grid). Calculations are performed for arrays with elements positioned at the surface both regularly (in square, ring, or hexagonal patterns) and randomly. Criteria for evaluating the “quality” of the intensity distributions in the field formed by the array in the case of scanning by several focuses are proposed. The quality of the intensity distributions for arrays containing 255 and 256 elements 5 mm in diameter arranged in regular patterns on the array’s surface (in square, ring, or hexagonal patterns) is inferior to that for arrays containing 256 randomly positioned elements. Among the regular arrays, the highest quality of intensity distributions is obtained for ring arrays, and the lowest quality is obtained for arrays with elements arranged in square or hexagonal patterns. The irregularity in the element positioning the array’s surface improves the quality of intensity distributions by reducing the secondary intensity peaks in the field formed by the array and, primarily, in the focal plane.