基于體全息光柵的光學(xué)相控陣放大級(jí)研究.pdf

1、光學(xué)相控陣技術(shù)是一種新型的任意方向光束指向控制技術(shù)，具有不受機(jī)械傳動(dòng)影響、分辨率高、掃描速度快、體積小、抗干擾和保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在光束精確控制和掃描領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，光束偏轉(zhuǎn)能力有限是限制光學(xué)相控陣進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)用化的重要因素，需要放大級(jí)器件進(jìn)一步擴(kuò)展掃描范圍。在放大級(jí)器件的研究中，基于透射式體全息布拉格光柵的角度放大器技術(shù)是目前較為可行的技術(shù)之一，對(duì)光學(xué)相控陣的應(yīng)用有著重要推動(dòng)作用。本論文以基于透射式體全息光柵的角度放大器

2、應(yīng)用于光學(xué)相控陣放大級(jí)為主要研究?jī)?nèi)容，對(duì)其中涉及的一些關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。論文主要內(nèi)容如下:
　　簡(jiǎn)述了透射式體全息光柵用于光學(xué)相控陣放大級(jí)的應(yīng)用背景，從理論研究和實(shí)驗(yàn)研究?jī)煞矫婢C述和分析了體全息光柵器件的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　角度放大器根據(jù)其中體全息光柵的個(gè)數(shù)分類，可以分為基于單路體光柵的角度放大器和基于多路復(fù)用體光柵的角度放大器。本論文按照循序漸進(jìn)的原則，首先對(duì)基于單路體全息光柵的角度放大器進(jìn)行了

3、理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。介紹了Kogelnik耦合波理論，從光柵輸出性能的影響因素、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、誤差分析和容差優(yōu)化等方面對(duì)體全息光柵進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，在實(shí)驗(yàn)研究方面，對(duì)數(shù)值模擬總結(jié)的規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證，并給出了體光柵制作工藝方面的建議。研究結(jié)果表明:(1)衍射效率主要受到光柵厚度和折射率調(diào)制度的綜合影響，角度選擇半寬主要受到光柵周期和光柵厚度的影響，光柵周期越大或者光柵厚度越小，則角度選擇寬度越大;(2)光柵周期誤差、矢量?jī)A斜角誤差會(huì)造成

4、衍射角偏離，增加讀出光波長(zhǎng)可以降低光柵周期誤差影響，增大光柵后面衍射光所處空間的折射率可以降低矢量?jī)A斜角誤差影響;光柵厚度誤差通過(guò)調(diào)節(jié)折射率調(diào)制度進(jìn)行補(bǔ)償，折射率調(diào)制度誤差通過(guò)減小光柵厚度進(jìn)行改善。(3)震動(dòng)、光束質(zhì)量和偏振會(huì)極大地影響制作的光柵質(zhì)量，需要從采用防震措施、優(yōu)化寫入光的光束均勻性以及調(diào)整兩束寫入光偏振平行等方面優(yōu)化制作工藝，提高光柵的衍射效率和出射光斑質(zhì)量。
　　論文對(duì)基于多路復(fù)用體全息光柵的角度放大器進(jìn)行了理論分析

5、和實(shí)驗(yàn)研究。在理論研究方面，推導(dǎo)了適用于角度放大器的多路復(fù)用體全息光柵的耦合波理論，并與單路耦合波理論進(jìn)行了比較，針對(duì)多路體光柵的串?dāng)_問(wèn)題，提出了三種串?dāng)_優(yōu)化方式。在實(shí)驗(yàn)研究方面，對(duì)三種串?dāng)_優(yōu)化方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析比較。研究結(jié)果表明:(1)當(dāng)相鄰兩路布拉格角間隔小于二者角度選擇半寬之和時(shí)，應(yīng)使用多路耦合波理論描述不同VHG之間的相互作用結(jié)果;當(dāng)相鄰兩路布拉格角間隔大于二者角度選擇半寬之和時(shí)，可用單路耦合波理論近似模擬多路復(fù)用體光柵中

6、各路VHG的衍射情況;(2)在復(fù)用體光柵中存在次峰抑制效應(yīng)，產(chǎn)生的原因是多路復(fù)用體光柵中各路VHG之間的耦合競(jìng)爭(zhēng);(3)增大光柵矢量?jī)A斜角間隔、減小光柵周期、增大介質(zhì)厚度都可以起到降低復(fù)用體光柵中串?dāng)_的效果。調(diào)整矢量?jī)A斜角間隔可以明顯減弱串?dāng)_，但會(huì)增大布拉格角間隔，極大地降低角放大率;增加介質(zhì)厚度不改變布拉格角的位置，也不影響角放大率，但需要厚度倍數(shù)增加才能起到降低串?dāng)_的效果，而實(shí)際中厚度不能過(guò)大;減小光柵周期數(shù)十納米量級(jí)即可降低串?dāng)_，