光波导相控阵的优化设计：抑制栅瓣与性能提升

本文主要探讨了光波导相控阵阵列结构的优化设计，这是一种在光学相控阵技术领域具有重要应用前景的新型技术。光波导光学相控阵因其扫描角度大、驱动电压低和响应速度快等特性而备受关注，特别适合于那些需要高速、高效控制光束指向和聚焦的应用场景。 作者首先针对均匀光波导阵列存在的主要问题——衍射场中的强栅瓣效应，进行了深入研究。栅瓣现象会降低阵列的性能，特别是在高精度成像或通信系统中，它可能导致信号的旁瓣干扰。为了改善这一问题，研究者采用对称型薄膜介质耦合理论，对GaAs光波导阵列的单元芯层和包层参数进行了详细分析，以确定适宜的工作范围。 接下来，文章设计了三种不同的非均匀光波导阵列结构，包括随机递增分布、随机分布和子阵分布的单元间距。这些设计旨在通过优化阵列结构来减小栅瓣的影响。作者利用遗传算法这一优化工具，结合最小阵元间距的约束条件，对非均匀阵列进行优化。遗传算法是一种模拟自然选择和遗传机制的计算方法，能够高效地搜索优化空间，找到最佳的结构参数组合。 实验结果显示，非均匀稀布型光波导阵列在抑制栅瓣方面表现出显著的优势。相比于均匀阵列，非均匀阵列的栅瓣主瓣峰值强度比达到了-10.29 dB，这代表了显著的性能提升，能够有效减少旁瓣噪声，提高系统的整体性能。 本文的贡献在于提出了一种有效的光波导相控阵阵列结构优化策略，通过非均匀分布的设计和遗传算法的应用，成功地实现了对栅瓣的抑制，为光学相控阵技术的发展提供了新的思路和方法。这对于光学通信、光学成像以及其他需要精细光束控制的领域具有实际意义。未来的研究可以进一步探索如何将这种优化技术推广到其他类型的光波导结构，以及如何在更广泛的工程应用中实现性能的最大化。