CN100483166C - 基于光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩方法。本方法针对考虑光波导间耦合的光波导阵列电光扫描器的光束边瓣，通过设置不相等的光波导芯层折射率压缩由光波导间耦合引起的扫描光束边瓣，通过设置光波导间距不规则分布压缩由光波导等间距引起的扫描光束边瓣。其过程是：将每个波导芯层的折射率设置为大于或小于相邻波导芯层折射率；各波导间距按照单调线性增大或单调二次方增大或单调三次方增大的规律设置；对此设置参数进行模拟得到未进行光束扫描时的辐射光强分布；再设置不同波导的附加初相位，并进行模拟运算得到光束扫描时的辐射光强分布。本发明可有效降低波导间的耦合，压缩扫描光束边瓣，提高目标探测的能力。

Description

基于光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩方法

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。

对于不考虑光波导间的耦合的理想情况下的边瓣压缩，已经有人对其进行了专门的讨论，如：相控阵光学装置及方法，中国专利，申请号：97119771.7。该专利在忽略光波导之间耦合的前提下，采用光波导间距不规则分布方法研究了光学相控阵的边瓣压缩。但是在实际工作中，由于光波导阵列电光扫描器的光波导宽度和光波导间距都非常小，因而光波导间的耦合对光束扫描特性的影响不能被忽略。如果采用仿真模拟方法—有限差分光束传输法研究光波导阵列电光扫描器的扫描特性就会发现，光波导间的耦合对扫描特性的影响很大，在扫描过程中，除了原来的主瓣和边瓣之外，还出现其它一些边瓣。图4是利用有限差分光束传输法计算出的当光波长λ＝0.85μm，光波导芯层厚度a＝0.55μm，光波导间距d＝1.7μm，芯层折射率n₁＝3.51，包层折射率n₂＝3.43时，10层光波导阵列的光束辐射特性。图4(a)是未进行扫描时即扫描角度为0°的辐射光强归一化分布，图4(b)为扫描角度为15°时的辐射光强归一化分布。由图4与图3比较可见，由于光波导间耦合的影响，空间扫描光场分布特性发生了很大变化，边瓣对扫描特性的影响更加严重，甚至有可能使得目标探测无法进行。因而对于这种光波导阵列电光扫描器，压缩扫描光束的边瓣，以提高光束扫描质量和目标探测精度是一个关键性的重要问题。应当指出的是，这个问题对于类似结构的光学相控阵技术带有普遍意义。

发明的内容

本发明的目的是提供基于光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩方法，在考虑光波导间耦合的情况下，对光波导阵列电光扫描器扫描光束的边瓣进行有效压缩，以解决因扫描光束边瓣较大，影响扫描光束质量和实际应用中探测精度的问题。

本发明是这样实现的：

技术原理

1.通过设置相邻光波导芯层折射率不相等分布，降低光波导间的耦合，压缩扫描光束边瓣。

根据“波导芯层折射率不同的定向耦合器研究”(华中科技大学学报，35(Z1)，2007，30-33)理论，当相邻光波导芯层折射率不相等时，其导模的传播常数差别较大，光波导间耦合很小；对于由折射率不相等引起的光波传播常数失配问题，可以通过合理设计光波导的长度，使得输出面上不同光波导之间的相位差恰好为2π的整数倍，实现相位匹配。因此，可以设置相邻光波导芯层折射率不相等分布，有效降低光波导间的耦合，压缩边瓣。

2.在设置相邻光波导芯层折射率不相等的基础上，通过光波导间距不规则分布进一步压缩边瓣。

光波导间距不规则分布边瓣压缩的原理(Suppression of sidelobes in thefar-field patterns of electro-optical waveguide array，SPIE，5279，2004，416-422)是：通过优化设计光波导间距不规则分布，并利用电光效应控制不同光波导的输出相位

保证在空间扫描角度θ_s上衍射光束相干相长，形成扫描主瓣，而在其它衍射方向上不满足相干相长，达到边瓣压缩的目的。

对于光波导间距不规则分布的光波导阵列电光扫描器，空间辐射角为θ时的振幅分布为

式中，E₀为相应的单缝衍射接收屏中心处的振幅，α＝πasinθ/λ，a为光波导厚度，λ为入射光波长，N为光波导阵列层数，A_j为第j层光波导的光场振幅，k为真空中的波数，x_j是第j个光波导到第一个光波导的距离。

对于均匀照射光波导阵列的情况(4_j＝1)，上式可简化为

d_j＝x_j-x_j-1                        (3)

d_j为第j个光波导与第j-1个光波导的间距。相应地，空间辐射角为θ时的光强分布为

$I_0=E_0^2$ 为相应的单波导辐射光束接受屏中心处的光强。

根据上式，改变d_j的大小即改变x_j的分布，并通过电光效应控制

就可以改变光强I(θ)的分布。当通过优化设计满足在空间扫描角度θ_s上，衍射光束相干相长，形成扫描主瓣，而在其它衍射方向上，不满足相干相长，达到边瓣压缩的目的。

通过设计相邻光波导芯层的折射率不等分布，已使光波导间的耦合变得很小，在此基础上，再通过优化设计光波导间距的不规则分布，可进一步压缩边瓣。

实现本发明目的的技术思路是：针对考虑光波导间耦合的光波导阵列电光扫描器，通过改变光波导阵列结构来压缩扫描光束边瓣，即通过使相邻光波导芯层折射率不相等分布降低光波导间的耦合，以压缩扫描光束边瓣；通过使光波导间距不规则分布进一步压缩扫描光束边瓣，从而有效改善扫描光束的质量，提高目标探测的能力。

技术方案1

根据光波导材料和金属有机物化学气相沉积技术的要求，设置每个光波导包层折射率、光波导宽度、光波导长度及入射光波长；

设置相邻光波导芯层折射率不相等，以降低光波导间的耦合，压缩扫描光束边瓣；

将各光波导间距按照单调线性增大设置，以进一步压缩扫描光束边瓣；

根据 $I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_0\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}{\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{ikx}}_j\sin \mathrm{\θ}\right)\right|}^2,$ 利用Matlab软件对此参数进行模拟得到未进行光束扫描即扫描角度为0°时的辐射光强分布；

按照

设置由于电光效应引起的波导附加相位，式中，j＝2，3，…10，为第j个波导的附加相位，x_j是第j个波导到第一个波导的距离，p的不同大小对应了不同的扫描角度，对于某个确定的扫描位置，p为定值；

根据

利用Matlab软件进行模拟运算得到光束扫描时的辐射光强分布，式中，I₀为相应的单缝衍射接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为光波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为光波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个光波导到第一个光波导的距离。

技术方案2

根据光波导材料和金属有机物化学气相沉积技术的要求，设置每个光波导包层折射率、光波导宽度、光波导长度及入射光波长

设置相邻光波导芯层折射率不相等，降低光波导间的耦合，压缩由光波导间的耦合引起的扫描光束边瓣，

按照单调二次方或单调三次方增大规律设置各光波导的间距，进一步压缩扫描光束边瓣；

根据 $I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_0\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}{\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{ikx}}_j\sin \mathrm{\θ}\right)\right|}^2,$ 利用Matlab软件对此参数进行模拟，得到未进行光束扫描即扫描角度为0°时的辐射光强分布；

按照设置波导附加相位，式中，j＝2，3，…10，

为第j个波导的附加相位，x_j是第j个波导到第一个波导的距离，p的不同大小对应了不同的扫描角度，对于某个确定的扫描位置，p为定值；

根据

利用Matlab软件进行模拟运算得到了光束扫描时的辐射光强分布，式中，I₀为相应的单缝衍射接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为光波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为光波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个光波导到第一个光波导的距离。

本发明由于首先设置每个光波导芯层的折射率与相邻光波导芯层折射率不同的参数，然后再设置各光波导间距不规则分布，因而可以很好地压缩考虑光波导间的耦合的光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣，极大地提高了扫描光束的质量。

附图说明

图1是本发明控制的光波导阵列电光扫描器实例图；

图2是本发明的扫描光束边瓣压缩过程图；

图3(a)是不考虑光波导间耦合的影响，扫描角度为0°即未进行光束扫描时的辐射光强分布图；

图3(b)是不考虑光波导间耦合的影响，扫描角度为15°时的辐射光强分布图；

图4(a)是考虑光波导间耦合的影响，扫描角度为0°即未进行光束扫描时的辐射光强分布图；

图4(b)是考虑光波导间耦合的影响，扫描角度为15°时的辐射光强分布图；

图5(a)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距相等，扫描角度为0°即未进行光束扫描时的辐射光强分布图；

图5(b)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距相等，扫描角度为15°时的辐射光强分布图；

图6(a)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距采用单调线性增大方式设置，扫描角度为0°即未进行光束扫描时的辐射光强分布图；

图6(b)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距采用单调线性增大方式设置，扫描角度为15°时的辐射光强分布图；

图7(a)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距采用单调二次方增大方式设置，扫描角度为0°即未进行光束扫描时的辐射光强分布图；

图7(b)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距采用单调二次方增大方式设置，扫描角度为15°时的辐射光强分布图；

图8(a)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距采用单调三次方增大方式设置，扫描角度为0°即未进行光束扫描时的辐射光强分布图；

图8(b)是考虑光波导间耦合的影响，设置相邻光波导芯层折射率不相等，光波导间距采用单调三次方增大方式设置，扫描角度为15°时的辐射光强分布图。

具体实施方式

参照图1，本发明控制的光波导阵列电光扫描器包括：光波导芯层、光波导包层和控制系统，其中，包层兼起电极的作用，又称为电极层，控制系统是驱动电源，它可以根据需要输出多路电压。光波导阵列电光扫描器的基本工作原理：通过控制系统可以在各个电极层上设置所需要的电位，就可在光波导中形成了所需要的电场，从而在光波导阵列输出截面上形成所需要的附加相位，而按一定规律分布的附加相位可以引起输出光束的偏转。

利用图1所示的光波导阵列电光扫描器进行扫描光束边瓣压缩的过程如图2。

实施例1

选用由10个光波导组成的光波导阵列电光扫描器，选用AlGaAs作为光波导材料，选用半导体激光器来产生激光束，半导体激光器的驱动电源采用普通的电源，控制系统采用可以快速变化输出10路电压的驱动电源，选用硫酸纸作为辐射光束接收屏，选用电荷耦合器件CCD接收扫描光束。

步骤1，设置光波导阵列的结构参数和入射光波长，即包层折射率为3.43，光波导宽度为0.55μm，光波导长度6000μm，入射光波长设为0.85μm；

步骤2，按照相邻光波导芯层折射率不相等的规则，设置光波导芯层折射率，即10个光波导芯层折射率依次交替为3.51和3.52；

步骤3，按照光波导间距线性单调增大即d_j＝d₂+c(j-2)的规律变化对各波导间距进行设置，式中，j＝2，3，4…N，N为波导个数，d_j为第j个波导与第j-1个波导的间距，d₂为第2个波导与第1个波导之间的距离，c为第2个波导间距相对于第1个波导间距增大的幅度，即d₂＝1.7μm，d₃＝1.9μm，d₄＝2.1μm，d₅＝2.3μm，d₆＝2.5μm，d₇＝2.7μm，d₈＝2.9μm，d₉＝3.1μm，d₁₀＝3.3μm；

步骤4，根据 $I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_0\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}{\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{ikx}}_j\sin \mathrm{\θ}\right)\right|}^2,$ 利用Matlab软件对此参数进行模拟运算，得到不同空间辐射角的光强值，利用这些光强值进行绘图，得到未进行光束扫描即扫描角度为0°时的辐射光强分布如图6(a)，式中，I₀为单波导辐射光束接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为光波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个波导到第一个波导的距离；

步骤5，按

设置由于电光效应引起的波导附加相位，式中，j＝2，3，…10，

为第j个波导的附加相位，x_j是第j个波导到第一个波导的距离，p的不同大小对应了不同的扫描角度，对于某个确定的扫描位置，p为定值；

步骤6，根据

利用Matlab软件进行模拟运算，得到不同空间辐射角的光强值，利用这些光强值进行绘图，得到进行光束扫描时的一个辐射光强分布如图6(b)，式中，I₀为相应的单波导衍射接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个波导到第一个波导的距离。

实施例2

选用由10个光波导组成的光波导阵列电光扫描器，选用AlGaAs作为光波导材料，选用半导体激光器产生激光束，半导体激光器的驱动电源采用普通的电源，控制系统采用可以快速变化输出10路电压的驱动电源，选用硫酸纸作为辐射光束接收屏，选用电荷耦合器件CCD接收扫描光束。

步骤1，设置光波导阵列的结构参数和入射光波长，即包层折射率为3.43，光波导宽度为0.55μm，光波导长度6000μm，入射光波长设为0.85μm；

步骤2，按照相邻光波导芯层折射率不相等的规则，设置光波导芯层折射率，即10个光波导芯层折射率依次交替为3.51和3.52；

步骤3，按照光波导间距二次方单调增大即d_j＝d₂+c(j-2)²的规律变化对各波导间距进行设置，式中，j＝2，3，4…N，N为波导个数，d_j为第j个波导与第j-1个波导的间距，d₂为第2个波导与第1个波导之间的距离，c为第2个波导间距相对于第1个波导间距增大的幅度，即d₂＝1.7μm，d₃＝1.8μm，d₄＝2.1μm，d₅＝2.6μm，d₆＝3.3μm，d₇＝4.2μm，d₈＝5.3μm，d₉＝6.6μm，d₁₀＝8.1μm；

步骤4，根据 $I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_0\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}{\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{ikx}}_j\sin \mathrm{\θ}\right)\right|}^2,$ 利用Matlab软件对此参数进行模拟运算，得到不同空间辐射角的光强值，利用这些光强值进行绘图，得到未进行光束扫描即扫描角度为0°时的辐射光强分布如图7(a)，式中，I₀为单波导辐射光束接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为光波导阵列层数，k为真空中的波数，x_l是第j个波导到第一个波导的距离；

步骤5，按

设置电光效应引起的波导附加相位，式中，j＝2，3，…10，

为第j个波导的附加相位，x_j是第j个波导到第一个波导的距离，p的不同大小对应了不同的扫描角度，对于某个确定的扫描位置，p为定值；

步骤6，根据

利用Matlab软件进行模拟运算，得到不同空间辐射角的光强值，利用这些光强值进行绘图，得到进行光束扫描时的一个辐射光强分布如图7(b)，式中，I₀为相应的单波导衍射接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个波导到第一个波导的距离。

实施例3

选用由10个光波导组成的光波导阵列电光扫描器，选用AlGaAs作为光波导材料，选用半导体激光器来产生激光束，半导体激光器的驱动电源采用普通的电源，控制系统采用可以快速变化输出10路电压的驱动电源，选用硫酸纸作为辐射光束接收屏，选用电荷耦合器件CCD接收扫描光束。

步骤1，设置光波导阵列的结构参数和入射光波长，即包层折射率为3.43，光波导宽度为0.55μm，光波导长度6000μm，入射光波长设为0.85μm；

步骤2，按照相邻光波导芯层折射率不相等的规则设置光波导芯层折射率，即10个光波导芯层折射率依次交替为3.51和3.52；

步骤3，按照光波导间距单调三次方增大即d_j＝d₂+c(j-2)³的规律变化对各波导间距进行设置，式中，j＝2，3，4…N，N为波导个数，d_j为第j个波导与第j-1个波导的间距，d₂为第2个波导与第1个波导之间的距离，c为第2个波导间距相对于第1个波导间距增大的幅度，即d₂＝1.7μm，d₃＝1.8μm，d₄＝2.5μm，d₅＝4.4μm，d₆＝8.1μm，d₇＝14.2μm，d₈＝23.3μm，d₉＝36μm，d₁₀＝52.9μm；

步骤4，根据 $I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_0\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}{\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{ikx}}_j\sin \mathrm{\θ}\right)\right|}^2,$ 利用Matlab软件对此参数进行模拟运算，得到不同空间辐射角的光强值，利用这些光强值进行绘图，得到未进行光束扫描即扫描角度为0°时的辐射光强分布如图8(a)，式中，I₀为单波导辐射光束接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为光波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个波导到第一个波导的距离；

步骤5，按设置电光效应引起的波导附加相位，式中，j＝2，3，…10，

为第j个波导的附加相位，x_j是第j个波导到第一个波导的距离，p的不同大小对应了不同的扫描角度，对于某个确定的扫描位置，p为定值；

步骤6，根据利用Matlab软件进行模拟运算，得到不同空间辐射角的光强值，利用这些光强值进行绘图，得到进行光束扫描时的一个辐射光强分布如图8(b)，式中，I₀为相应的单波导衍射接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个波导到第一个波导的距离。

本发明的压缩效果可以通过图3～8详细说明，即以图5为基准，分别与图3、图4、图6、图7、图8进行比较。

设光波导芯层折射率交替为3.51和3.52，且满足出射截面上光场的相位相差为2π的整数倍，光波长λ＝0.85μm，光波导芯层厚度a＝0.55μm，光波导间距d＝1.7μm，包层折射率n₂＝3.43时，由有限差分光束传输法计算出的10层光波导阵列辐射光强分布如图5所示，其中，图5(a)为未进行扫描即扫描角度为0°时的辐射光强归一化分布，图5(b)为扫描角度为15°时的辐射光强归一化分布。

由图5(a)与图4(a)比较可知，当扫描角度为0°时，设置相邻光波导芯层折射率不等，对扫描特性的影响不大；由图5(b)与图4(b)比较可知，扫描角度为15°时，设置相邻光波导芯层折射率不等，扫描光束质量得到明显改善，但仍有剩余边瓣。

由图5(a)和(b)与图3(a)和(b)比较可知，当设置相邻光波导芯层折射率不相等时，考虑光波导间耦合的边瓣与衍射理论中未考虑光波导间耦合的边瓣相似。由此可知，光波导间的耦合得到较大的降低，边瓣得到压缩。

由图6(a)和(b)与图5(a)和(b)比较可以看出，采用光波导间距单调线性增大分布可以有效压缩边瓣。

由图7(a)和(b)与图5(a)和(b)比较可以看出，采用光波导间距单调二次方增大分布可以压缩边瓣。

由图8(a)和(b)与图5(a)和(b)比较可以看出，采用光波导间距单调三次方增大分布可以压缩边瓣。

由图6、7、8比较可以看出，在这三种分布方式当中，光波导间距采用单调线性增大方式边瓣压缩效果最好。

由图3～8比较可以看出，通过优化设计光波导阵列结构，可以在考虑光波导间耦合影响的实际情况下很好地压缩边瓣，即通过设置相邻光波导芯层折射率不等降低光波导间的耦合，压缩边瓣，通过设置光波导间距不规则分布进一步压缩边瓣。

Claims (8)

1.一种光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，包括如下过程：

根据波导材料和金属有机物化学气相沉积的要求设置每个波导包层折射率、波导宽度、波导长度及入射光波长；

将每个波导芯层的折射率设置为大于或小于相邻波导芯层折射率，以降低波导间的耦合，压缩扫描光束边瓣；

将各波导间距按照单调线性增大设置，以压缩由于波导等间距引起的边瓣；

根据 $I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_0\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}{\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{ikx}}_j\sin \mathrm{\θ}\right)\right|}^2,$ 利用Matlab软件对此参数进行模拟得到未进行光束扫描时的辐射光强分布，这种光强分布即是扫描角度为0°时的辐射光强分布；

按照单调增大设置不同波导的附加初相位不同的增大斜率对应了不同的扫描角度，根据

利用Matlab软件进行模拟运算得到了光束扫描时的辐射光强分布，

式中，I(θ)为空间辐射角为θ时的光强分布，I₀为相应的单缝衍射接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个波导到第一个波导的距离。

2.根据权利要求1所述的光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，其特征在于每个波导芯层的折射率是按n_i≠n_i-1且n_i≠n_i+1设置，式中，n_i是第i个波导的折射率，i＝2，3…N-1，N为波导个数，n_i-1与n_i+1可以相等也可以不相等。

3.根据权利要求1所述的光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，其特征在于将各波导间距按照单调线性增大设置，是按d_j＝d₂+c(j-2)的规律变化进行，式中，j＝2，3，4…N，N为波导个数，d_j为第j个波导与第j-1个波导的间距，d₂为第2个波导与第1个波导之间的距离，c为第2个波导间距相对于第1个波导间距增大的幅度。

4.根据权利要求1所述的光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，其特征在于每个波导芯层的折射率设置，对于铝镓砷材料交替设为3.51和3.52。

5.一种光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，包括如下过程：

根据波导材料和金属有机物化学气相沉积的要求设置每个波导包层折射率、波导宽度、波导长度及入射光波长；

将每个波导芯层的折射率设置为大于或小于相邻波导芯层折射率，以降低波导间的耦合，压缩扫描光束边瓣；

按照单调二次方或单调三次方增大规律设置各波导的间距，以压缩由于波导等间距引起的边瓣；

根据 $I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_0\frac{\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}{\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({\mathrm{ikx}}_j\sin \mathrm{\θ}\right)\right|}^2,$ 利用Matlab软件对此参数进行模拟，得到未进行光束扫描时的辐射光强分布；

按照单调增大设置不同波导的附加初相位不同的增大斜率对应了不同的扫描角度，根据

利用Matlab软件进行模拟运算得到了光束扫描时的辐射光强分布，

式中，I(θ)为空间辐射角为θ时的光强分布，I₀为相应的单缝衍射接收屏中心处的光强，α＝πasinθ/λ，a为波导厚度，θ为空间辐射角，λ为入射光波长，N为波导阵列层数，k为真空中的波数，x_j是第j个波导到第一个波导的距离。

6.根据权利要求5所述的光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，其特征在于各波导间距按照单调二次方增大设置，是按d_j＝d₂+c(j-2)²规律变化进行，式中，j＝2，3，4…N，N为波导个数，d_j为第j个波导与第j-1个波导的间距，d₂为第2个波导与第1个波导之间的距离，c为第2个波导间距相对于第1个波导间距增大的幅度。

7.根据权利要求5所述的光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，其特征在于各波导间距按照单调三次方增大设置，是按d_j＝d₂+c(j-2)³规律变化进行，式中，j＝2，3，4…N，N为波导个数，d_j为第j个波导与第j-1个波导的间距，d₂为第2个波导与第1个波导之间的距离，c为第2个波导间距相对于第1个波导间距增大的幅度。

8.根据权利要求5所述的光波导阵列电光扫描器边瓣压缩方法，其特征在于每个波导芯层的折射率设置，对于铝镓砷材料交替设为3.51和3.52。

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