光相控阵关键技术与应用-彭超.ppt

* * 光相控阵关键技术与应用Optical Phased Array 彭超 副教授 北京大学 2014年10月 内容 光相控阵的概念和前景 光相控阵相关研究进展 总结和展望 相控阵技术概念 1950s-era phased array system, US 1960s-era phased array system, Sperry Rand, Corp US 相控阵技术的特点 全电控、全不固态、无机械运动部件 扫描速度快、扫描范围大 结构紧凑、可靠性高 相控阵技术代表了微波雷达领域的必威体育精装版成果和未来发展方向 电磁波谱-微波与光 /zh/%E9%9B%BB%E7%A3%81%E6%B3%A2%E8%AD%9C 光相控阵技术概念 通过调控光的相位的实现光束偏转方向的控制和扫描 光源 分路器 光相位控制 光学天线单元 光相干叠加 光相控阵技术应用前景 激光雷达 光电吊舱 新型显示技术 空间光通信 光相控阵技术应用前景 NASA Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) The main goal of LLCD is to prove the fundamental concepts of laser communications and transfer data at a rate of 622 megabits per second (Mbps), which is about five times the current state-of-the-art from lunar distances. /267/271/335.html 光相控阵优点和挑战 全固态光束控制和扫描 扫描速度快、动态范围大 集成度高、体积小 与半导体工艺兼容 挑战：设计和实现稳定高效的相控阵单元 内容 光相控阵的概念和前景 光相控阵相关研究进展 总结和展望 硅基液晶（LCOS）相控阵 空间光相控器（ BNS corp. US） 相位控制单元 由玻璃基板和硅基板组成，之间灌注液晶；硅上镀金属层以提高反射率 基于集成电路工艺技术和液晶工艺技术，与CMOS半导体工艺兼容 优势：成熟技术，与半导体工艺兼容 劣势：液晶稳定性低、调制速度慢、尺寸大 耦合器阵列相控阵 硅基波导光分配网络；光栅耦合器辐射光学天线；热控调相 优势：集成度高，与半导体工艺兼容 劣势：热控调制速度慢 Nature . Prof. Watts， MIT, US 耦合器阵列相控阵 通过控制各个单元的相位分布，实现光束的偏转和扫描 高对比光栅(HCG)相控阵 高对比光栅（High-index constrast grating，HCG）实现宽带反射镜 利用微机电MEMS技术的电控调相 优势：与半导体工艺兼容、电控相位变化、调制速度快(近MHz) 劣势：单元数量有待增加、单元尺寸有待进一步缩小 Prof. Connie J. Chang-Hasnain, UC Berkeley, US 高对比光栅(HCG)相控阵 8x8 相控阵 自然科学基金国际合作项目 负责人 承担单位 HCG波导阵列的色散灵敏特性及相位控制研究 胡薇薇 C.J.Chang 北京大学 UC-Berkeley 二维HCG导模谐振阵列的波束控制研究、设计及研制 C.J.Chang 胡薇薇 UC-Berkeley 北京大学 波导阵列自适应多路相干接收的研究 胡薇薇 北京大学 二维HCG导模谐振阵列光信号高效耦合接收的研究 彭超 北京大学 UC-Berkeley 内容 光相控阵的概念和前景 光相控阵相关研究进展 总结和展望 总结和展望 光束扫描(Beam stearing)在激光雷达、光电探测、光电对抗等军事领域，及新型投影技术、空间光通信等民用领域具有广泛应用前景 光相控阵与微波相控阵原理类似，即在光频上实现相干调相以实现光束扫描 光相控阵的关键是设计高效率、高稳定性、高集成度的光相位控制单元 光相控阵有望实现全固态、电驱动的光束扫描，将极大提光束扫描的速度、集成度和可靠性 基于硅基光子学的光相控阵技术具有与CMOS工艺兼容、集成度高、调制速度快等优点，目前研究的热点 相关论文 [1] Yong Liang, Chao Peng*, Kyosuke Sakai, Seita Iwahashi, Susumu Noda, “Three-dimensional coupled-wave model for square-lattice photonic crystal lasers with transverse electric polarization: A general approach,” Phy. Rev. B, 84, 195119 (2011