为防止低轨光学卫星相控阵数传任务过程中相机进光而对传感器造成损伤,提出了一种相控阵数传任务期间的太阳光姿态规避方法。首先,计算出地心固连坐标系中卫星指向太阳的向量与卫星指向地面数传站的向量,并建立两向量所在平面的单位法向量。其次,以单位法向量为旋转轴使卫星指向地面数传站的向量以相控阵最大离轴角进行旋转,旋转后的向量即为卫星在地心固连坐标系下的太阳光规避向量。然后,通过太阳光规避向量、地心固联坐标系中卫星的位置及地心固联坐标系到轨道坐标系的转换矩阵,规划卫星在轨道坐标系下的太阳光规避姿态并计算出相控阵指向角。最后,在吉林一号高分02D星上进行了仿真分析和在轨试验。仿真结果表明,在相控阵最大波束角为60°的情况下,卫星使用太阳光姿态规避方法进行数传后,在12月份内相机与太阳光夹角在90°以下的概率由传统凝视姿态数传方法的44.1%降低为2.1%。吉林一号高分02D星在轨试验结果表明,近似相同条件下的两次数传任务在使用太阳光姿态规避方法进行数传后,相机与太阳光的夹角由传统凝视姿态的31.3°~152.1°提升为96.3°~180°,验证了太阳光姿态规避方法可在数传任务期间有效规避太阳光,保证了低轨光学卫星相机在轨的安全性和可靠性。
光学卫星 相控阵数传 太阳光规避 期望姿态 吉林一号高分02D星 optical satellite phased array transmission sunlight avoidance expected attitude Jilin1-GF02D satellite
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
强激光与粒子束
2024, 36(1): 013005
1 中国科学技术大学 微电子学院, 合肥 230026
2 中国电子科技集团公司 第三十八研究所, 合肥 230088
为了改善波束成形质量,基于相控阵芯片幅度和相位校准系统,提出了一种校准算法。在计算出每个状态的误差后,只需要遍历一次所有相控阵芯片的状态,就可以筛选出目标状态,生成查找表。筛选时,对每个状态的幅度误差、相位误差和使用CORDIC计算出的所有目标状态的RMS误差进行约束,可以使相控阵芯片实现误差(RMS)小于2°的6位移相(360°)和误差(RMS)小于0.3 dB的6位衰减(32 dB)。与穷举搜索和逐次逼近的方式相比,提出的校准算法节省了LUT的生成时间。根据此算法,使用65 nm CMOS工艺设计了一个自校准芯片,面积为584 613.16 μm2。
相控阵 自校准 phased array self-calibration LUT LUT CORDIC CORDIC
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
1 复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院,上海 200438
2 复旦大学应用表面物理国家重点实验室,上海 200438
3 张江复旦国际创新中心,上海 201210
Brewster效应作为一种经典物理现象描述了平面偏振电磁波在电介质表面上的零反射行为。随着超材料和超表面的迅速发展,Brewster效应得到了许多扩展研究。人们借助超材料和超表面实现了任意频率、偏振和入射角的平面电磁波的零反射现象,这被称为广义Brewster效应。本文综述了广义Brewster效应的物理实现及其应用研究,首先回顾了实现广义Brewster效应的各种物理体系和物理机制,指出了一些传统分析方法的局限性。为此,创新性地讨论了广义Kerker效应的一种简单而普适的设计原则,即通过人工结构构建多极矩的干涉相消。随后,回顾了在该原则指导下设计的各种超表面,进一步讨论了其在5G毫米波通信电磁窗口和相控阵天线宽角扫描的应用。最后指出了这一领域目前存在的问题并展望了未来的发展方向。
广义Brewster效应 广义Kerker效应 频率选择表面 宽角高透射 宽角扫描相控阵 光学学报
2023, 43(16): 1623010