高精度光延遲線設計及應用研究.pdf

1、光延遲技術在相控陣雷達光移相網(wǎng)絡中的應用解決了傳統(tǒng)相控陣天線的孔徑效應和波束偏斜現(xiàn)象問題，突破了電子波束形成系統(tǒng)工作頻率和帶寬的限制。光延遲技術的延時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，是其關鍵技術指標?；诠饫w、高色散光纖以及光纖光柵等的延遲技術方案由于延時精度、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、體積和成本等方面的限制不能滿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。而基于硅基光波導的光延遲技術由于波導工藝的

2、優(yōu)勢不僅具有精度高、體積小、重量輕等特點，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，是目前最具有應用發(fā)展?jié)摿Φ墓庋舆t技術平臺。
　　本文在基于硅基光波導的高精度、小體積、低損耗延遲方案結(jié)構(gòu)設計方面做了一定的研究。為基于螺旋形硅基光波導和Y分支光波導的延遲技術方案設計提供了一定的理論基礎、可供參考的設計方法以及可供參考的延遲技術方案。
　　本文首先在光控相控陣雷達中的光延遲技術應用背景下，介紹了幾種典型的光延遲技術方案和光

3、延遲技術的發(fā)展狀況，并基于硅基光波導延遲技術方案在精度、體積、結(jié)構(gòu)、成本等方面的優(yōu)勢介紹了硅基光波導的一些現(xiàn)狀。然后在相控陣波束形成理論和統(tǒng)計理論基礎上，分析了光延遲技術的延時精度和損耗一致性對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，在此基礎上應用Rsoft和Matlab軟件仿真分析了SOI、Si3N4脊形波導以及SiO2矩形波導的結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料

4、參數(shù)對彎曲輻射損耗的影響，分析了脊形彎曲波導結(jié)構(gòu)參數(shù)對色散的影響，以及平行同向傳輸?shù)腟OI、Si3N4脊形波導和SiO2矩形波導間隔對其耦合長度的影響。最后在以上基礎上完成了一個基于螺旋形Si3N4脊形光波導延遲線和級聯(lián)Y分支光波導結(jié)構(gòu)的2bit高精度無源光延遲技術方案設計，并給出了具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，螺旋形波導中心半徑為2mm，螺旋中心外波導間隔為6μm，螺旋形波導中心彎曲損耗為0.2dB，Y分支光波導損耗共3dB，在1550nm波長處的