相比传统机械扫描, 光学相控阵技术在扫描精度、扫描速度、转动惯量等方面具有优势, 是实现大视场范围内多目标定位和三维成像的重要技术途径。随着微纳光子集成的发展, 硅基光波导光学相控阵器件得到了广泛研究, 并被视为全景光电成像和激光成像雷达的核心器件。介绍了硅基光波导光学相控阵的基本原理和数学模型, 并设计了一个16元相控阵器件, 对其温度场分布和热特性进行了分析。在此基础上, 对光栅耦合器、MMI分束器、波导光栅天线等关键元件进了有限元分析和仿真, 完成优化设计。基于该设计完成了器件的流片制备, 并搭建了性能测试验证平台。利用该平台对器件的扫描精度(1.2°)、扫描范围(大于 ±30°)和扫描速度(20 kHz)分别进行了测试, 验证了设计方法的可行性。

加速度计在地球物理、惯性导航、油气勘探和地震检波等多个领域有广泛的应用, 基于微光栅MEMS加速度计具有抗电磁干扰、高精度、易集成、体积小、重量轻等优势。针对微光栅加速度计受到交叉轴串扰导致的测量精度不高的问题, 提出了一种基于双器件层SOI基片制备敏感结构设计及其闭环控制方法, 通过采用Comsol有限元仿真分析可知, 该设计理论上, 当上下层悬臂梁厚度差为0.5 μm时, 交叉轴串扰仅为0.01%, 同时结构的敏感轴与非敏感轴的模态分离比传统结构提升了5.3倍, 有效提高了敏感结构抗高阶机械模态扰动的能力。在此基础上, 分析了静电力和磁电反馈的特点, 并根据器件自身结构和电气特性, 采用磁电反馈方式以增大线性范围。

设计了速调管的单间隙和双间隙圆柱同轴腔高阶TM310模式输出回路。为降低外输出腔的外观品质因数和增加腔内工作模式电磁场的均匀性，采用了在输出孔处腔内侧位置设置轴向短路金属线的措施。由等效电路理论分别计算了它们加载空矩形波导TE10基模时，腔内漂移管中心位置处的等效间隙阻抗及对应的输出带宽。计算模拟发现，与单间隙腔相比，双间隙腔具有较大的间隙阻抗及带宽。