光学相控阵光束偏转效率影响因素仿真分析

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1、第13卷第3期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.13，No.32015年6月JournalofTerahertzScienceandElectronicInformationTechnologyJun.，2015文章编号：2095-4980(2015)03-0478-04光学相控阵光束偏转效率影响因素仿真分析a,ba,b田俊林，潘旭东(中国工程物理研究院a.高能激光科学与技术重点实验室；b.应用电子学研究所，四川绵阳621999)摘要：介绍了光学相控阵光束偏转技术的基本原理，根据夫琅和费衍射与傅里叶变换理论建立了光学相控阵模型，针对光学相控阵参数对偏转效率

2、的影响进行了仿真分析。仿真结果表明，相控阵单元数量对偏转效率的影响很小，而增大相控阵填充率，减小相控阵单元总体尺寸，减小偏转角度，则可以有效地提高光学相控阵的偏转效率。关键词：光学相控阵；光束偏转；夫琅和费衍射；傅里叶变换中图分类号：TN24文献标识码：Adoi：10.11805/TKYDA201503.0478SimulationanalysisonbeamsteeringefficiencyofOpticalPhasedArraya,ba,bTIANJunlin，PANXudong(a.KeyLaboratoryofScienceandTechnol

3、ogyonHighEnergyLaser；b.InstituteofAppliedElectronics，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，MianyangSichuan621999，China)Abstract：TheprincipleofbeamsteeringtechnologybasedonOpticalPhasedArray(OPA)isintroduced.ByusingFraunhoferdiffractionandFouriertransform,themodelofOPAisestablished.The

4、influenceofmainparametersofOPAonbeamsteeringefficiencyissimulated.ItshowsthatthebeamsteeringefficiencyofOPAcanbeimprovedbyincreasingdutyratio,anddecreasingtotalunitsizeandsteeringangle;whilethenumberofOPAunitshasaverysmallimpactonbeamsteeringefficiency.Keywords：OpticalPhasedArray

5、；beamsteering；Fraunhoferdiffraction；Fouriertransform光学相控阵(OPA)技术是一种可编程、非机械、实时、模块化的光束偏转控制技术。通过控制施加于相控阵[1]列各个相控单元的电压可以对通过相控单元的光波相位进行调制，进而实现光束的偏转控制。传统的基于机械转动的光束偏转控制技术具有两方面的问题：a)机械转动系统由于自身机械特性的限制，其响应速度较低，对于大口径、大转动惯量的光学系统更是如此；b)提高机械转动系统的性能(响应速度、指向精确度、稳定性)必然会导致系统庞大的体积、重量以及复杂的电路控制系统，限制了

6、其在机载、天基等特殊场合的应用。光学相控阵技术通过对入射光束相位控制实现光束偏转控制，克服了机械转动光束偏转控制技术的上述缺点，因而[2–3]在激光雷达、激光通信、激光定向能等方面具有广阔的应用前景。1光学相控阵光束偏转原理光学相控阵光束偏转的基本原理是，通过调节从各个相控单元出射的光波之间的相位关系，使其在设定方向上干涉相长，而在其他方向上干涉相消，最终结果是在该方向上产生一束高强度的光束，在其他方向上光强[4]接近于零，从而实现光束偏转。图1所示为光学相控阵原理图，一束平行光沿Z轴正方向传播，相位调制器沿X轴放置。当相位调制器对入射光的相位调制作用可

7、以表示为Δ=φθkxsin()0(1)时，入射光经相位调制器调制后即发生θ0角度的偏转，其中k为波数。收稿日期：2014-06-04；修回日期：2014-07-24第3期田俊林等：光学相控阵光束偏转效率影响因素仿真分析4792光学相控阵光束偏转模型考虑实际情况，构成光学相控阵的阵列单元之间很难做到无缝拼接。在此，将光学相控阵建模为带阵列单元间隙的阶梯相位调制模型，如图2所示。假设考虑间隙的相控单元总体尺寸为D，相控单元有效尺寸为d，则相控阵列尺寸为L=ND，N为相控单元个数。D–dDdXXlightinlightoutlightinlightoutZLZ

8、Lθ0θ0phasemodulatorphasemodulatorFig.1Pr