光學相控陣測距研究分析

近年來，光學相控陣憑借著全固態(tài)架構(gòu)、高掃描速度、高穩(wěn)定性、高分辨率和低成本等優(yōu)勢，被廣泛應用于激光雷達、自由空間光通信、激光成像和生物傳感等領(lǐng)域。然而，目前已報道的結(jié)構(gòu)受限于測距能力，尚不能實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用。為了提高光學相控陣的測距范圍，中科院半導體所潘教青團隊啁啾光柵天線（CGA）展開了研究，并與傳統(tǒng)的均勻光柵天線（UGA）結(jié)構(gòu)進行了對比。在相干測距實驗中，研究者驗證了CGA設(shè)計能夠提升光學相控陣的有效口徑，進而提高光學相控陣的測距能力。

CGA的具體實施方式為通過調(diào)控天線側(cè)壁刻蝕的深度和長度實現(xiàn)光柵的擾動因子調(diào)控，最終使得天線具有均勻的近場出光分布。與之相比，UGA的擾動因子則恒定不變，近場出光分布呈現(xiàn)e指數(shù)衰減，這導致UGA的天線后半段對于信號探測的貢獻微乎其微。

在實驗中，研究者通過對比近場驗證了CGA的設(shè)計成功實現(xiàn)了預期目標，并從近場強度分布曲線分析出CGA的有效口徑是UGA的2倍。此外，在相干測距中，相同的系統(tǒng)配置下CGA展示出UGA近2倍的測距能力，與基于激光雷達測距方程的推論一致。

圖1 (a)單天線示意圖。(b)天線陣列示意圖。(c)光學相控陣芯片。

圖2 (a)-(c)在-40 dBm和-30dBm輸入功率下CGA的近場圖以及歸一化分布。(d)-(f)在-40dBm和-30dBm輸入功率下UGA的近場圖以及歸一化分布。

圖3 (a)-(c)在20m、50m和100m相干測距中CGA的信噪比。(d)-(f)在10m、20m和50m相干測距中UGA的信噪比。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Optics Express上(Vol.30, No.15)。中科院半導體所博士研究生于磊和馬鵬飛為共同第一作者，王鵬飛助理研究員為通訊作者，該工作得到了國家自然科學基金的資助。

編輯：黃飛