[发明专利]基于光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体地说是一种利用光波导阵列实现的快速光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩的方法，可用于激光雷达、激光制导、激光显示领域的光束扫描。

背景技术

随着激光雷达、激光制导、激光显示技术的发展，对激光扫描的特性提出了更高的要求，实现激光扫描的技术方案有很多种，如光机扫描、电光扫描、声光扫描、光学相控阵技术等。

光机扫描在诸如红外成像等许多系统中已被广泛采用，特别是近年来发展起来的微电子机械扫描技术，使这种技术得到更广泛的应用。光机扫描的优点是扫描范围大、光损耗小，但因其存在惯性器件，扫描速度慢，使其应用受到限制。

电光、声光扫描是利用电光、声光效应改变光束在空间传播方向。这两种扫描的优点是扫描寻址速度快、可控性好，但是传统的电光、声光扫描由于控制电压高、扫描范围小、光损耗大，直接影响了它们的实际应用。

近年来，光学相控阵技术OPA逐渐成为国际上研究光束扫描的热点。光束控制的基本结构是由若干个阵元构成，通过控制入射到每个阵元中的光的相位延迟，使光束进行空间扫描。光学相控阵具有结构简单、重量轻、精确稳定、方向可控优点，可通过程序控制实现多束光同时扫描，并具有动态的聚焦和散焦能力。多年来，众多的研究人员对其进行了研究。其中，1995年Thomas等人在“Programmable diffractive optical element using a multichannellanthanum-modified lead zirconate titanate phase modulator”(Opt.Lett.，20，1995，1510-1512)中提出的基于铅镧锆钛烧结体PLZT的光学相控阵设计和1996年McManamon等人在“Optical Phased Array Technology”(Proc.IEEE，84，1996，268～298)中提出的基于向列相液晶的紧凑、高分辨率光学相控阵，代表了目前两个重要的研究方向。这两种光学相控阵具有较大的数值孔径，但是由于向列相液晶的响应速度慢，只有ms量级，因而在高速扫描的应用中难以很好的发挥作用；而PLZT因其调制电压较高，驱动电源较复杂，使应用范围也受到了一定的限制。

Hobbs等人在“Laser Electro-Optic Phased Array Devices(LEOSPARD)”(IEEE Laser and Electro-Optics Society Conf.Proc.，1989，94～95)中提出了一种光波导阵列电光相控光束扫描的概念。其中，如图1所示的光波导阵列电光扫描器，代表了可实用化光学相控阵的另一个重要的发展方向，受到了人们的关注，并进行了广泛的研究。在不考虑光波导间的耦合对扫描特性影响的情况下，我们采用“一种新型的光波导阵列电光快速扫描器”(光学学报，2002，1318-1322)中的衍射理论研究光学相控阵的扫描特性表明，光波导阵列电光扫描器空间场分布除了用于扫描的主瓣外，还有一些影响扫描特性的边瓣。图3是由衍射理论计算出的当光波长λ＝0.85μm，光波导芯层厚度即光波导宽度a＝0.55μm，光波导间距d＝1.7μm时，10层光波导阵列的光束辐射特性。图3(a)是未进行扫描即扫描角度为0°时的辐射光强归一化分布，图3(b)为扫描角度为15°时的辐射光强归一化分布。

由图3可见，在光波导阵列电光扫描器的扫描过程中，边瓣对扫描光束特性影响很大，它将导致扫描范围减小并将成为探测信号的干扰。根据实际应用的需要，必须对边瓣进行压缩。