1 电子科技大学光电科学与工程学院,四川 成都 611731
2 新疆大学软件学院,新疆 乌鲁木齐 830091
作为一种新兴的非机械式波束控制技术,光学相控阵大大提高了系统的效率和稳定性,具有低质量、小尺寸、快速波束赋形和低功耗等优点,在多个领域得到了广泛的应用。本文从波束指向器的角度,综述了液晶空间光学相控阵技术在激光通信中的研究进展。根据激光通信系统对波束指向器的性能要求,从大口径、大角度、快速响应、多波束和偏转效率提升等多方面介绍了液晶光学相控阵领域的研究现状与最新进展,总结了液晶光学相控阵目前面临的问题及未来的发展趋势。
激光通信 光学相控阵 液晶 空间光调制器 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706009
上海航天技术研究院上海无线电设备研究所,上海 200090
光学相控阵技术通过调节和控制光学天线阵元的相对相位,可实现高速灵活的定向辐射,逐渐发展成为非机械式光束控制的主流方案。其兼具功耗低、集成度高、体积小、质量轻等优点,可以同时控制多波束的收发,满足未来一对多激光通信的迫切发展需求。本文主要针对光学相控阵技术当前三种主流的技术方案在激光通信领域的应用现状进行阐述,对比给出了基于液晶、微机电系统和集成光波导平台的技术特点和应用优劣。最后针对光学相控阵技术在激光通信领域的未来发展,给出了笔者的一些思考与建议。
激光通信 光学相控阵 液晶 微机电系统 集成光波导 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706003
香港中文大学(深圳)人工智能与机器人研究院,广东 深圳 518172
波分复用技术已被证明可以有效提高近红外波段光通信的容量,并减小通道间串扰。 然而,迄今为止,蓝绿光波段的波分复用系统仅支持有限数量的波长通道,通道间隔较大。这是因为没有适用于可见光的具有精细波长间隔的波分复用器和解复用器。为了阐述清楚这一问题,本文综述可见光波段波分复用技术的发展,特别关注基于集成光学相控阵解复用器的密集蓝绿波分复用技术的进展。最后,对目前蓝绿波分复用技术的发展趋势进行了总结和展望。
波分复用 可见光通信 蓝绿光通信 光学相控阵 解复用器 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706006
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
The high-power mode-programmable orbital angular momentum (OAM) beam has attracted significant attention in a wide range of applications, such as long-distance optical communication, nonlinear frequency conversion, and beam shaping. Coherent beam combining (CBC) of an optical phased array (OPA) can offer a promising solution for both generating the high-power OAM beam and rapidly switching the OAM modes. However, achieving real-time phase noise locking and formation of desired phase structures in a high-power CBC system faces significant challenges. Here, an internal phase-sensing technique was utilized to generate the high-power OAM beam, which effectively mitigated thermal effects and eliminated the need for large optical devices. An OPA with six elements was employed for experimental demonstration. The first effective generation of over 1.5 kW mode-programmable OAM beam in a continuous-wave domain was presented. Moreover, the results demonstrated that the generated OAM beam could be modulated with multiple dimensions. The topological charge can be switched in real time from -1 to -2. Notably, this OAM beam emitter could function as an OAM beam copier by easily transforming a single OAM beam into an OAM beam array. More importantly, a comprehensive analysis was conducted on power scaling, mode switching speed, and expansion of OAM modes. Additionally, the system’s compact design enabled it to function as a packageable OAM beam emitter. Owing to the advantages of having high power and programmable modes with multiple dimension modulation in phase structures and intensity distribution, this work can pave the way for producing high-power structured light beams and advancing their applications.
orbital angular momentum optical vortex optical phased array coherent beam combining Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021402
南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
光学相控阵激光雷达系统具有体积小、扫描速度快等特点,但栅瓣问题很大程度上限制了它的性能。采用不等间距光学相控阵方法破坏光学相控阵周期性从而抑制栅瓣的生成。提出一种改进的粒子群算法,引入自适应参数优化、扰动策略和最优保留策略改善传统粒子群算法寻优效果,不断优化光学相控阵最优阵元分布,最终得到使栅瓣降至低水平的阵元间距值。对所提基于改进粒子群算法的栅瓣优化算法进行模拟实验,测试结果表明最大栅瓣值降低至0.0968,有效改善了栅瓣问题。最后使用所提算法对二维矩阵平面阵列进行研究,提出了二维非均匀光学相控阵的优化设计方法。
遥感 激光雷达 光学相控阵 粒子群算法 栅瓣抑制 非均匀间隔 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2028003
1 西南技术物理研究所,四川 成都 610041
2 四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
硅基光电子技术的发展可以将激光雷达系统发射模块和接收模块中分立的有源和无源器件集成在芯片上,使激光雷达体积更小、稳定性更强、成本更低,推动激光雷达在自动驾驶等领域的应用。首先,分析激光雷达的基本概念及测量原理。随后,根据扫描方式的不同,将硅基片上激光雷达分为面阵闪光、光学相控阵、透镜辅助光束转向和慢光光栅等4类,并分别对其技术特点和研究进展进行阐述。最后,对目前硅基片上激光雷达的发展趋势进行了总结和展望。
激光雷达 硅基光电子 面阵闪光 光学相控阵 透镜辅助光束转向 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1600002
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
随机并行梯度下降(SPGD)算法是一种应用广泛的最优化算法,在光学相控阵的多光束相位调控中具有重要作用。常规的SPGD算法在光学相控阵单元数目较大的应用场景下存在着迭代步数多、收敛速度慢等缺陷。为此提出了一种分级SPGD算法,将多光束进行分级,通过在多级使用SPGD算法对光束的调控来实现快速收敛和稳定维持。介绍了该算法的理论模型和流程,运用数值仿真的方式与传统算法进行了性能比较,结果表明,分级SPGD算法能够在大规模光学相控阵中显著提高收敛速度。搭建了光学相控阵实验系统进行分级SPGD算法的原理和可行性验证,在不同光束数目条件下实现了分级SPGD算法的闭环锁相,验证了算法的优越性,结果显示分级算法在32路光束时可以将迭代次数降低到常规算法的59.6%。
激光光学 光学相控阵 分级随机并行梯度下降算法 相位调控