1 西安科技大学机械工程学院，陕西 西安 710054
2 湖南理工学院机械工程学院，湖南 岳阳 414000
采用光学显微镜和电子背散射衍射技术（electron backscattered diffraction, EBSD），观察分析了激光选区熔化（selective laser melting, SLM）快速成形工艺在不同扫描角度下316L不锈钢的显微组织和晶体取向，研究了扫描角度与熔池生成、凝固的关系，以及与拉伸强度和延伸率的关系。结果表明，晶体的各向异性随激光扫描角度的变化而变化，扫描角度直接影响获得的熔池的稳定性和凝固过程中的温度梯度，同时也进一步影响最终晶体的均匀性，从而导致制件拉伸强度、延伸率发生变化。因此，可以通过改变扫描方向的角度来控制成形件的结构和力学性能。
激光选区熔化 316L合金 激光扫描角度 晶粒取向 微观结构 laser selective melting 316L alloy laser scanning angle grain orientation microstructure
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室，上海200093
2 中国电子科技集团公司第二十七研究所，郑州450047
3 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海200241
4 华东师范大学重庆研究院，重庆01120
基于芯层厚度为220 nm的绝缘体上硅材料平台，利用光束传播法与有限时域差分法设计了大偏转角度的64路硅基光学相控阵集成芯片.利用电子束光刻等工艺实现了芯片制备，并进行了性能表征.对关键的分束器以及阵列波导远场干涉的光斑图像进行了仿真，仿真结果显示了高于49.7%的分束效率和大于31°的偏转范围.利用标准的绝缘衬底上的硅工艺制作芯片，并进行整体封装.采用基于粒子群算法优化的自反馈电压调制系统进行相位调制.测试结果表明，在电压调制下，光斑产生了大于±30°的水平偏转；同时在1 550~1 610 nm的波长调制下，垂直范围也有8.4°的偏转.研究结果有望在自动驾驶、无人机导航等领域得到广泛应用.
光学相控阵 集成芯片 硅基波导 相位调制 扫描角度 Optical phased array Integrated chip Silicon waveguide Phase modulation Scanning angle
1 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 研究生大队, 安徽 合肥 230031
2 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 电子工程教研室, 安徽 合肥 230031
理论分析了光纤干涉型光学相控阵扫描角度与扫描控制电压的关系, 提出了扫描角度与电压关系的实验方法, 即按照场点定点的光强间接测定一定扫描控制电压对应的扫描角度; 采用M-Z型干涉光路来模拟2光路的光纤干涉型相控阵进行模拟实验, 通过改变相位调制器上的控制电压, 对场点定点接收到的光强大小进行测试, 反演出光纤干涉型相控阵实际的扫描角度。实验结果表明: 扫描控制电压在相位调制的半波电压范围内, 扫描控制电压要比集成波导阵列的控制电压小得多,扫描角度为0~6.2 mrad, 在此范围内, 扫描角度的实验值与理论值较好吻合。该模拟实验研究可以为光纤干涉型光学相控阵的远场扫描特性的进一步研究提供参考。
光学相控阵 光纤干涉 相位调制 扫描控制电压 扫描角度 optical phased array fiber interference phase modulator scanning control voltage scanning angle 红外与激光工程
2019, 48(12): 1218002
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
论述了光学相控阵的原理,回顾了光学相控阵的发展历程,特别是近年来硅光子相控阵的研究进展。利用与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺线相兼容的绝缘体上硅(SOI)技术实现了大规模的集成,目前国外报道的最大的硅光子相控阵集成了4096个阵元。在硅光子上实现的二维光束扫描角度可以达到46°×36°,光束宽度只有0.85°×0.18°,天线的损耗小于3 dB,且旁瓣抑制大于10 dB。此外,采用微机电系统(MEMS)器件实现的光学相控阵的光束扫描速度超过0.5 MHz。阐述了各种方式实现光学相控阵的优缺点,并对未来发展前景进行了展望。最后,介绍了光学相控阵在激光雷达、成像、**上的应用。
光学器件 光波导 光学相控阵 扫描角度 绝缘体上硅 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020006
为实现微型光谱仪在工程领域的广泛应用, 研究了其核心器件——扭转式微机械扫描光栅的结构与制作方法。利用SOI工艺, 设计一种无需启动电极的静电梳齿驱动结构, 可以使扭转式微机械扫描光栅具有低频驱动、制作工艺简单、扫描范围广等优点。通过设计的制作工艺方法, 研制出了能够初步满足性能要求的扭转式微机械扫描光栅样件。测试结果表明: 该微扫描光栅在驱动电压为25 V时最大转角可达到±4.8°, 对应的光学扫描角为19.2°。
微扫描光栅 SOI工艺 衍射光谱 扫描角度 micro-machine scanning gratings silicon-on-insulator (SOI) diffraction spectrum scanning range
1 电子科技大学电子工程学院, 四川 成都 610054
2 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
对于激光雷达中液晶相控阵组件, 如何选取一定数量的扫描角度, 使得光束扫描能够覆盖整个视场范围并满足扫描指标的要求是一个崭新的问题。提出了一种基于二元光栅波控模型的液晶相控阵组件扫描角度筛选方法; 该方法利用二元光栅波控模型对液晶相控阵组件的光束扫描进行控制, 并将扫描视场均匀覆盖、光束最大副瓣大小与衍射效率作为扫描角度筛选的约束条件, 通过遍历对比的方式实现扫描角度的筛选。仿真结果表明该筛选方法有效可行。
光学器件 光学相控阵 扫描角度 二元光栅 液晶相控阵
电子科技大学电子工程学院, 四川 成都 610054
扫描精度是激光雷达液晶相控阵扫描组件的一个重要指标。提出了一种对液晶相控阵扫描组件扫描精度误差进行定量计算的方法, 利用瑞利-索末菲(Rayleigh-Sommerfeld)公式精确计算出扫描激光束的远场波束, 得到角度误差值, 采用角度误差值和3 dB主瓣宽度的比值对精度误差进行衡量。利用该方法对电压量化误差、制造误差、高斯预处理三种典型的因素进行了仿真分析, 并得到三种误差造成的扫描精度误差量级分别为10-3, 10-2, 10-5。因此, 激光雷达液晶相控阵扫描组件的设计加工必须考虑加工精度对扫描角度的影响。
光学器件 液晶相控阵 扫描角度 扫描精度
哈尔滨工业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
光学扫描器总是被要求在一定的频率下扫描一定的角度,而检流计式光学扫描器的最高扫描频率和扫描角度两个参量是矛盾的.用受迫振荡的二阶微分方程来描述检流计的动态特性,从理论上分析了检流计式扫描器在正弦波扫描方式下的传递函数,求解可知正弦波驱动函数下的扫描运动还是相同频率正弦波,推导出扫描角度倒数平方可用频率平方的二次函数表示,从实验上测量检流计的扫描频率和扫描角度的关系,从而为寻找高速扫描提出依据.根据理论分析和实验数据的结果,提出适用于小角度扫描的小反射镜设计思想,并进行了实验验证.
测试计量仪器 检流计式光学扫描器 传递函数 扫描频率 扫描角度
分析了二维光学扫描角度非线性产生的原因,给出了二维扫描中仰角、方位角、垂直角方程的数学推导,对二维扫描的非线性进行了分析,讨论了非线性对角度跟踪和扫描成像等应用中的性能的影响,指出非线性修正的方法.
激光扫描 二维扫描 扫描角度 非线性
