光学相控阵相位驱动电路的设计与实现

侯 宇, 陶 敏, 张蓝萱, 李德辉, 石景龙

(吉林大学 电子科学与工程学院, 长春 130012)

0 引 言

激光雷达作为一种先进探测仪器, 利用激光穿透能力强、 数据精度高、 受外界因素干扰小等优点, 拥有无可比拟的优越性能, 目前广泛应用于对气象水域的勘探监测、 地理环境的3D点云建模、 军用目标识别与探测等[1-3]。雷达主要分为机械式激光雷达和固态激光雷达。机械式激光雷达利用机械结构实现波束扫描, 但其扫描速度和精度都受机械结构限制。固态激光雷达摆脱了机械结构的束缚, 其内部通过控制光学相控阵(OPA: Optical Phased Array), 从而改变光束的指向方向实现扫描[4-5]。

OPA是固态激光雷达的核心控制器件, 是一种不需要使用任何机械部件即可实现光束偏转的控制装置[6]。并且其应用前景广泛, 在光学传感器、 光探测和测距器件、 全息显示和光束角度转向等方面都有应用价值。OPA的研究方向主要有液晶[7]材料和锆钛酸铅镧陶瓷[8]材料和光波导相控阵[9]。本系统所控制的OPA就是光波导相控阵[10], 其主要由金属氧化物半导体和硅材料组成, 具有驱动电压低, 扫描角度广, 响应速度快等优点。光波导相控阵主要通过控制OPA芯片中波导的折射率, 改变光束的偏转从而实现扫描。光学相控阵作为固态激光雷达的核心部件, 逐渐成为研究的主流热点, 对其驱动电路的研究也愈加重要。

为了驱动OPA, 笔者采用两种驱动方式完成对相位的精准控制。一种是通过电流源驱动方式, 其优点是通过……