应用于激光雷达的光学相控阵技术

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1、第39卷第2期光电工程V_ol-39．NO．22012年2月Opto—ElectronicEngineeringFeb。2012文章编号：1003—501X(2012)02—0081—06应用于激光雷达的光学相控阵技术叶征宇，赵思思，王智勇(北京工业大学激光工程研究院，北京100124)摘要：以激光雷达作为主要应用背景，概述了光学相控阵技术的研究意义和研究进展。介绍了光学相控阵技术的基本原理；依据几种典型材料对光学相控阵的技术方案进行分类，并详细阐述了各种方案的机理、所涉及的关键技术和最新的研究成果；对各种

2、方案进行了分析、对比和评价。最后，对应用于激光雷达的光学相控阵技术的发展作了展望。关键词：光学相控阵；激光雷达；移相器；扫描中图分类号：TN958．98；TN24文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1003．501X．2012．02．016optical—phased-array(OPA)TechnologyAppliedtoLaserRadarYEZheng-yu，ZHAOSi-si，WANGZhi-yong(CollegeofLaserEngineering,Beij'ingUniver

3、sityofTechnology，Beijing100124，China)Abstract：Basedonthemainapplicationoflaserradar,ShesignificanceandthelatestprogressofOptical-phased-array(OPA)technologyweresummarized．ThebasicprincipleofOPAwaspresented．Optical-phased·arraytechnologiesareclassifiedaccor

4、dingtotypicalmaterials，andillustratedindetailinvolvingthekeytechnologiesandthelatestachievementscorespondingly．Thetechnologiesareanalyzed，comparedandevaluated．Finally,thedevelopmentofopticalphasedarraytechnologyappliedtolaserradarwasprospected．Keywords：opt

5、ical·-phased·-array；laserradar；phaseshifter；scanning0引言激光雷达是利用激光束搜索、跟踪目标并精确测定目标方位、距离和速度的设备。与微波雷达相比，激光雷达具有分辨力高、隐蔽性好、低空探测性能好、体积小、质量轻等优点。传统的较为成熟的激光雷达有机械扫描雷达和非扫描雷达。机械扫描雷达的扫描器转动速率限制了成像速度和帧频，其惯性扫描方式使系统的控制精度和灵活性很难满足高性能雷达要求。非扫描激光雷达能量利用率低、作用距离近、图像中心与边缘分辨力相差很大。而伴随着各

6、领域学科的不断进步，比拟微波雷达的发展，激光雷达发展的重要趋势是光学相控阵激光雷达。光学相控阵激光雷达是通过控制光学孔径上每个辐射单元光的初始相位，从而驱动光束方向实现光束扫描的雷达。基于光学相控阵的波束指向控制是光学相控阵激光雷达实现各种功能的重要技术环节J，而且高性能光学相控阵技术不仅对光学相控阵激光雷达产生革命性影响，还为其他电光传感器提供可编程随机电子波束驱动，比如：灵活便捷连续的图像扫描J、多通道光通信J、远场波束形状控制、多波束产生J和超大孔径超高功率激光输出等。由此可见，光学相控阵技术拥有广阔

7、的应用前景和重要的研究的价值。光学相控阵技术属于低惯性非机械扫描L6J，现处于研发阶段由于其具有波束指向灵活、扫描速度快、角度驱动范围大等扫描特点，而且易于实现小型化、集成化和多功能化，因而倍受各国关注。美国的空军、收稿日期：2011—07—26l收到修改稿日期：2011—08—23基金项目：新世纪优秀人才支持计划资助(NCET一09—0002)作者简介：叶征宇(1963一)，男(汉族)，浙江温卅『人。高级工程师，主要研究光电探测和激光探测测量技术。E-mail：ye_zj@yahoo．corn．ca光电工

8、程2012年2月相位分布，实现一维光束扫描、聚焦、发散或修正光束的相位。采用液晶作移相器，最大相移量根本上取决于液晶的厚度，而液晶厚度的不断增大又会增加器件的响应时间和光损耗。由于光波为正弦函数形式，只要在每个区域(图6(a))实现27c相移，再在每个区域适当提取2兀的整数倍，就会形成特定方向连续的波前。因此，液晶最佳的设计厚度只须满足27c相移即可。但是采用这种方法，会产生空间回扫(Flyback)~象，降低光