高精度光延遲線設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究.pdf

1、光延遲技術(shù)在相控陣?yán)走_(dá)光移相網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)相控陣天線的孔徑效應(yīng)和波束偏斜現(xiàn)象問(wèn)題，突破了電子波束形成系統(tǒng)工作頻率和帶寬的限制。光延遲技術(shù)的延時(shí)精度和損耗一致性影響波束形成的指向精度和抗干擾性能，是其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)?；诠饫w、高色散光纖以及光纖光柵等的延遲技術(shù)方案由于延時(shí)精度、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、體積和成本等方面的限制不能滿(mǎn)足相控陣天線在更高工作頻率、更高精度、更大帶寬、更小體積重量等方面的發(fā)展要求。而基于硅基光波導(dǎo)的光延遲技術(shù)由于波導(dǎo)工藝的

2、優(yōu)勢(shì)不僅具有精度高、體積小、重量輕等特點(diǎn)，還具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、便于規(guī)模制造等優(yōu)勢(shì)，是目前最具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Φ墓庋舆t技術(shù)平臺(tái)。
　　本文在基于硅基光波導(dǎo)的高精度、小體積、低損耗延遲方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面做了一定的研究。為基于螺旋形硅基光波導(dǎo)和Y分支光波導(dǎo)的延遲技術(shù)方案設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)、可供參考的設(shè)計(jì)方法以及可供參考的延遲技術(shù)方案。
　　本文首先在光控相控陣?yán)走_(dá)中的光延遲技術(shù)應(yīng)用背景下，介紹了幾種典型的光延遲技術(shù)方案和光

3、延遲技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，并基于硅基光波導(dǎo)延遲技術(shù)方案在精度、體積、結(jié)構(gòu)、成本等方面的優(yōu)勢(shì)介紹了硅基光波導(dǎo)的一些現(xiàn)狀。然后在相控陣波束形成理論和統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)上，分析了光延遲技術(shù)的延時(shí)精度和損耗一致性對(duì)相控陣天線波束形成的指向精度和電平性能的影響。然后介紹了等效折射率法的理論分析方法和有限差分束傳播法的數(shù)值分析方法以及透明邊界條件，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用Rsoft和Matlab軟件仿真分析了SOI、Si3N4脊形波導(dǎo)以及SiO2矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料

4、參數(shù)對(duì)彎曲輻射損耗的影響，分析了脊形彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)色散的影響，以及平行同向傳輸?shù)腟OI、Si3N4脊形波導(dǎo)和SiO2矩形波導(dǎo)間隔對(duì)其耦合長(zhǎng)度的影響。最后在以上基礎(chǔ)上完成了一個(gè)基于螺旋形Si3N4脊形光波導(dǎo)延遲線和級(jí)聯(lián)Y分支光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的2bit高精度無(wú)源光延遲技術(shù)方案設(shè)計(jì)，并給出了具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，螺旋形波導(dǎo)中心半徑為2mm，螺旋中心外波導(dǎo)間隔為6μm，螺旋形波導(dǎo)中心彎曲損耗為0.2dB，Y分支光波導(dǎo)損耗共3dB，在1550nm波長(zhǎng)處的