基于相位补偿的光波导相控阵波束校准与优化方法研究

摘要

光波导光学相控阵具有响应速度快、驱动电压低、扫描角度大等特点,成为激光扫描技术最有潜力的研究方向之一。由于制作工艺的限制、入射光的影响及控制系统误差,导致辐射场光束发生畸变,降低了衍射效率和扫描精度。因此,研究光波导相控阵的波束校准及优化方法,对于提高光波导相控阵光束扫描质量具有较高的研究价值。
　　论文介绍了光波导相控阵的结构组成和工作原理,基于理想光栅衍射模型,给出了光波导相控阵系统的加电方案;基于平板光波导的电磁理论及基尔霍夫积分公式,分析了光波导阵列的光场分布,建立了耦合波方程组及完整的空间辐射场模型,并利用BeamPROP软件验证了该模型的可靠性;在此基础上,通过对波导结构参数、入射光源及控制系统误差等非理想因素的仿真分析,表明出射端光场相位畸变是辐射场光束畸变的主要原因;最后,提出了基于相位补偿的波束校准与优化方法,设计了自适应相位补偿方案,并分别采用基于模式搜索和相位恢复的相位补偿算法进行了仿真分析。两种算法都能补偿相位误差实现波束的校准和优化,相比之下,基于相位恢复的相位补偿算法有效利用了光场中的先验信息,收敛速度更快,性能更好。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容与结构安排

第二章 光波导相控阵的工作原理

2.1光波导相控阵系统的结构组成

2.2光波导相控阵理想光栅衍射叠加模型及扫描特性

2.3光波导相控阵的扫描控制方法

2.4本章小结

第三章 基于电磁理论的光波导阵列辐射场分析

3.1空间辐射场分布建模

3.2模拟计算及分析

3.3本章小结

第四章 光波导相控阵非理想衍射场因素分析

4.1影响衍射场分布因素

4.2出射端光场分布对远场分布的影响

4.3本章小结

第五章 光波导相控阵相位补偿算法研究

5.1自适应相位补偿系统的建立

5.2基于模式搜索的相位补偿方法

5.3基于相位恢复的相位补偿算法

5.4本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士在读期间的研究成果