光学相控阵器件结构参数对栅瓣的抑制效果研究
激光扫描技术在自由空间光通信、航空航天、激光雷达和激光成像等领域应用广泛。光学相控阵扫描技术是一种很有发展前景的新型扫描技术，能够不移动激光扫描系统就完成精准迅速的激光波束成形。但是受到当前工艺技术的限制，工作光的波长一般都小于光学相控阵的阵元间距，导致扫描光束必然产生栅瓣，大大降低了扫描的精准度及扫描速度。所以，针对光学相控阵的栅瓣优化问题的研究，在实际工程应用中具有十分重要的意义。 针对栅瓣存在影响波束扫描的问题，跟踪国内外发展动态，综合当前光学相控阵波束形成及偏转理论，主要研究了光学相控阵器件结构参数对于栅瓣抑制的效果，讨论了栅瓣抑制的原理，对不同结构参数进行仿真，研究对栅瓣的抑制效果。采用改进的粒子群算法对非均匀光学相控阵的阵元分布进行了优化以实现最佳的栅瓣抑制，并进一步研究了级联结构对于栅瓣的影响，最后设计了双结构光栅器件以及用于光学扫描的液晶光开关结构。具体有以下三个方面开展研究工作： 1.讨论了三种栅瓣抑制的方法，采用密度加权法，研究了光学相控阵的阵元间距分别呈线性变化，曲线变化，随机范围内变化时的栅瓣抑制效果，通过改进的粒子群算法对不等间距进行优化，得到超低栅瓣的阵元最佳分布。 2.阐述了光学相控阵的级联理论，讨论了级联复合结构和级联粗/精结构，并对不规则光学相控阵级联结构进行优化，满足了相位匹配，得到很好栅瓣抑制的效果。 3.讨论了光学相控阵阵元个数和入射光波长对于栅瓣抑制的影响，提出一种用于光束扫描的双结构光栅器件以及用于光束扫描的液晶光开关，讨论了此种结构的优劣，使得将来应用于实际工程成为可能。
光学相控阵;栅瓣抑制;粒子群算法;光束扫描
华北水利水电大学
硕士
控制工程
陈建明;尚向东
2020
中文
TN252;TP301.6
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）