阵列集成光波导应用于光学相控阵中的理论分析

杨登才; 杨作运; 王大勇

阵列集成光波导应用于光学相控阵中的理论分析

杨登才^1,2,
杨作运^1,2,
王大勇^1,2

1.
北京工业大学微纳信息光子技术研究所,北京 100124;
2.
北京工业大学应用数理学院,北京 100124

基金项目:

国家自然科学基金（61077004，61205010）;北京市自然科学基金（1122004）;北京市教育委员会科技发展计划重点项目和北京市自然科学基金重点项目（B类）（KZ200910005001）;服务北京创新人才、团队建设项目

详细信息

作者简介:
杨登才（1978-），男，博士生，主要从事激光相控阵技术方面的研究工作。Email：dengcaiyang@bjut.edu.cn；王大勇（1968-），男，教授，博士生导师，博士，主要从事光学信息处理和光通信方面的研究工作。Email：wdyong@bjut.edu.cn

杨登才（1978-），男，博士生，主要从事激光相控阵技术方面的研究工作。Email：dengcaiyang@bjut.edu.cn；王大勇（1968-），男，教授，博士生导师，博士，主要从事光学信息处理和光通信方面的研究工作。Email：wdyong@bjut.edu.cn

中图分类号: TN256

Theoretical analysis on array of integrated optical waveguides applied in laser-phased-array system

1.
Institute of Information Photonics Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China;
2.
Collage of Applied Science,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China

摘要: 基于光学相控阵理论和钛扩散铌酸锂光波导的导模特性，提出了一种新型阵列集成光波导应用于光学相控。根据光束传输法（BPM），并结合现有半导体工艺水平及参数，对该阵列波导的导光特性，损耗特性以及耦合特性进行了仿真计算，最终给出了相控阵的结构设计参数。结果表明，应用该集成阵列波导的光学相控阵结构可实现光束连续精确定向偏转，偏转角度可达4.5，相位控制半波电压小于6 V，其系统光学控制单元损耗低且响应速度快。
- 光学相控阵 /
- 光波导 /
- 半波电压 /
- 扫描角
Abstract: Based on the theory of the optical phased array (OPA) and behavior of the mode propagation in Ti-diffused Lithium Niobate (Ti_LiNbO3) waveguide, a novel array of integrated optical waveguides applied in OPA system was proposed. According to the beam propagation method (BPM) and the existing semiconductor technology and parameters, optical characteristics of the waveguide array, loss characteristics, and coupling characteristics were simulated. The structure of phased array parameters was presented. Simulation result shows that the OPA based on the array of integrated optical waveguides performs well. This array of integrated optical waveguides can steer consequently and precisely with the steering angle of more than 4.5. The half-wave voltage is less than 6 V, and the control unit has low loss and quick response.
- optical phased array /
- optical waveguide /
- half-voltage /
- steering angle

[1]	Thomas J A, Fainman Y E. Rogrammable diffractive optical element using a multichannel lanthanum-modified lead zirconate titanate phase modulator[J]. Opt Lett, 1995, 20: 1510-1512.
[2]	Xu Lin, Zhang Jian, Wu Liying. Voltage-phase shift characteristic of phase shift unit for liquid crystal optical phased array[J]. Infrared and Laser Engineering, 2007, 36(6): 932-935. (in Chinese)徐林, 张健, 吴丽莹. 液晶光学相阵列相移单元的电压-相移特征[J]. 红外与激光工程, 2007, 36(6): 932-935.
[3]	Meyer R A. Optical Beam steering using a multichannel lithium tantalate crystal[J]. Appl Opt, 1972, 11(3): 613-616.
[4]	CHen Li, Du Peng, Yan Hong, et al. Progress and applied analysis of the optical phased array in beam steering[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(4): 351-355. (in Chinese)陈黎, 杜鹏, 颜宏, 等. 光学相控阵在光束偏转中的应用分析及进展[J].红外与激光工程, 2013, 42(4): 351-355.
[5]	Liang Huawei. Theory and experiment study on waveguide optical phased array technology[D]. Xi'an: School of Technical Physics, Xidian University, 2007.梁华伟. 光波导光学相控阵技术的理论和实验研究[D]. 西安: 西安电子科技大学技术物理学院, 2007. (in Chinese)
[6]	Strake E, Bava G P, Montroset I. Guided modes of Ti:LiNbO3 channel waveguides: a novel quasi-analytical technique in comparison with the scalar finite-element method[J]. IEEE, Journal of Lightwave Technology, 1988, 6(6): 1126-1134.
[7]	Burns W K, Klein P H, West E J. Ti diffusion in Ti:LiNbO3 planar and channel optical waveguides[J]. J Appl Phys, 1979, 50(10): 6176-6182.
[8]	Chen Haibo, Yu Weilong. Temperature dependence of electro-optic modulator and its optimal design[J]. Acta Optica Sinica, 2004, 24(10): 1353-1357. (in Chinese)陈海波, 余卫龙.电光调制器的温度特性及其最优化设计[J]. 光学学报, 2004, 24(10): 1353-1357.
[9]	Yin Yuan. Design and fabrication of interference-type photonic integrated devices[D]. Zhejiang: Department of Optical Engineering, Zhejiang University, 2010. (in Chinese)殷源. 干涉型集成光波导器件设计与实验研究[D]. 浙江:浙江大学光电信息工程学系, 2010.
[10]	Hua Yong, Cui Jianmin, Lv Min, et al. Study on high-speed LiNbO3 optical waveguide phase modulator with low half-wave voltage[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2010, 30(12): 1440-1443. (in Chinese)华勇, 崔建民, 吕敏, 等.低半波电压高速铌酸锂光波导相位调制器研究[J].北京理工大学学报, 2010, 30(12): 1440-1443.
[11]	Cai Borong, Tan Zhifei, Sun Shouyao. Integrated Optics[M]. Chengdu: Press of Chengdu University of Electronic Science and Technology, 1990. (in Chinese)蔡伯荣, 谭志飞, 孙守瑶. 集成光学[M]. 成都: 电子科技大学出版社, 1990.
[12]	Yang Jianyi, Wang Minghua. Optimizing design to optical waveguide bend structure[J]. Journal of Optoelectronics·Lasers, 1999, 10(4): 305-309. (in Chinese)杨建义, 王明华. 光波导弯曲的结构优化[J]. 光电子·激光, 1999, 10(4): 305-309.
[13]	Gan Xiaoyong. The key technologies research for high speed electro-optica modulators based on lithium niobate waveguide[D]. Chengdu: School of Optoelectronic Information, Chengdu University of Electronic Science and Technology, 2004. (in Chinese)

[1]	李小艳, 李义春, 李中天, 王映德, 王立成, 王艳辉, 田振男. 玻璃波导有效折射率的原位测量（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220491-1-20220491-8. doi: 10.3788/IRLA20220491
[2]	李淑慧, 宋洪晓, 程亚洲. 中红外4 μm波长下MgF₂晶体脊形光波导的制备及特性研究（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20220441-1-20220441-6. doi: 10.3788/IRLA20220441
[3]	陈沁, 南向红, 梁文跃, 郑麒麟, 孙志伟, 文龙. 片上集成光学传感检测技术的研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210671-1-20210671-18. doi: 10.3788/IRLA20210671
[4]	张耀元, 王锐, 姜瑞韬, 杜坤阳, 李远洋. 硅基光学相控阵扇形天线优化设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(7): 20210013-1-20210013-8. doi: 10.3788/IRLA20210013
[5]	马阎星, 吴坚, 粟荣涛, 马鹏飞, 周朴, 许晓军, 赵伊君. 光学相控阵技术发展概述 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20201042-1-20201042-14. doi: 10.3788/IRLA20201042
[6]	王帅, 孙华燕, 赵延仲, 曾海瑞, 刘田间. 基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 406003-0406003(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0406003
[7]	郝寅雷, 丁君珂, 陈浩, 蒋建光, 孟浩然, 刘欣悦. 集成光学移相干涉仪的研制与性能表征 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 420001-0420001(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0420001
[8]	任远中, 柴金华. 光纤干涉型光学相控阵扫描角度的模拟实验 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1218002-1218002(6). doi: 10.3788/IRLA201948.1218002
[9]	汪相如, 周庄奇. 液晶光学相控阵在高功率激光应用中的研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 103006-0103006(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0103006
[10]	谢楠, 邱鑫茂, 徐启峰, 谭巧, 马靖. 锗酸铋电光晶体的半波电压调控 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0420003
[11]	陈朝夕, 温浩康, 于浩, 李彬, 胡军, 郭天娥, 马小玲, 华平壤. 高掺铒硅基氧化钽脊形光波导 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 821002-0821002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0821002
[12]	曾祥豹, 王海旭, 王忠民, 周天水, 崔洪亮, 常天英. 锯齿波调制半波扫描技术对甲烷检测系统的性能改进 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 817003-0817003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0817003
[13]	叶佳雨, 李立京, 陈文, 郑月, 孙鸣捷. 一种新型的光波导光学相控阵的特性研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 620003-0620003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0620003
[14]	吴超, 刘春波, 韩香娥. 光波导相控阵激光雷达接收系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1030003-1030003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1030003
[15]	段倩倩, 唐海泉, 任馨宇, 菅傲群, 魏重光, 桑胜波, 张文栋. 硅氢键对波导表面光滑化影响的理论仿真 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 816001-0816001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0816001
[16]	贺晓娴, 汪相如, 李曼, 胡明刚, 柳建龙, 邱琪. 液晶中波红外光学相控阵关键技术研究进展 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 830003-0830003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0830003
[17]	郝寅雷, 曾福林, 王志坚, 胡文学, 陈斯聪, 杨建义, 王明华. 玻璃基片上双层多模光波导的制备 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3000-3004.
[18]	孙艳玲, 聂光, 石顺祥, 马琳, 鲁振中. 非平整端面光波导光学相控阵输出特性的研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2747-2751.
[19]	杨作运, 王大勇, 王云新, 戎路, 杨登才. 基于激光相控阵原理的相位调制器半波电压测量方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 906-910.
[20]	石强, 桑胜波, 张文栋, 李朋伟, 胡杰, 李刚. 纳米光波导光滑技术研究进展 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3040-3046.

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Theoretical analysis on array of integrated optical waveguides applied in laser-phased-array system

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阵列集成光波导应用于光学相控阵中的理论分析

1. 北京工业大学微纳信息光子技术研究所,北京 100124;

2. 北京工业大学应用数理学院,北京 100124

English Abstract

Theoretical analysis on array of integrated optical waveguides applied in laser-phased-array system

1. Institute of Information Photonics Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China;

2. Collage of Applied Science,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China

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阵列集成光波导应用于光学相控阵中的理论分析

1. 北京工业大学 微纳信息光子技术研究所,北京 100124; 2. 北京工业大学 应用数理学院,北京 100124

English Abstract

Theoretical analysis on array of integrated optical waveguides applied in laser-phased-array system

1. Institute of Information Photonics Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China; 2. Collage of Applied Science,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China

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