摘要：在簡述電光效應和熱光效應的基礎上綜述了國內(nèi)外光波導相控陣技術研究進展，包括一維和二維光波導相控陣的技術途徑、結構特點和性能指標，給出了光波導相控陣的優(yōu)勢以及在激光雷達、成像等領域的應用前景。結果表明，光波導相控陣技術正向著大掃描角度、高掃描精度、高響應速率、低控制電壓、高集成度的方向發(fā)展。

關鍵詞：光波導相控陣；電光效應；熱光效應；掃描角度；掃描精度

1 引言

光學相控陣技術是一種新型光束偏轉控制技術，具有靈活、高速率、高精度等特點。目前研究較多的是液晶光學相控陣、光波導光學相控陣以及微機電（MEMS）系統(tǒng)光學相控陣。已有綜述性文章，對各種光學相控陣技術進行了綜述，本文擬在以上綜述性文獻的基礎上，考慮到光波導相控陣的優(yōu)勢，側重于基于電光效應和熱光效應的光波導相控陣的研究綜述。首先回顧光波導相控陣的原理，然后綜述國內(nèi)外光波導相控陣的研究進展，最后給出光波導相控陣的優(yōu)勢以及應用前景。

2 光波導光學相控陣的原理

光波導相控陣主要利用介質(zhì)材料的電光效應、熱光效應等，使得光束在通過介質(zhì)材料后發(fā)生偏轉。

2.1 電光效應的光波導相控陣

晶體的電光效應是通過對晶體施加一個外加電場，使得通過晶體的光束產(chǎn)生與外加電場相關的相位延遲。基于晶體的一次電光效應，由電場引起的相位延遲與外加電壓成正比，即可通過控制各光波導芯層電極層上的電壓來改變通過光波導芯層光束的相位延遲。對于N層波導的光波導相控陣，原理如圖1所示，光束在各芯層傳輸可獨立控制，其周期性衍射光場分布特性可以用光柵衍射理論來說明。在芯層上按一定的規(guī)律控制外加電壓得到相對應的相位差分布可以控制光強在遠場的干涉分布，干涉的結果是在某方向上產(chǎn)生高強度光束，而在其他方向上從各相控單元發(fā)出的光波相互抵消，從而實現(xiàn)光束的偏轉掃描。

圖1.基于電光效應光波導相陣列的光柵原理圖

2.2 熱光效應的光波導相控陣

晶體熱光效應是指通過將晶體加熱或冷卻使其分子排列發(fā)生改變，從而造成晶體的光學性質(zhì)隨溫度的改變而改變的現(xiàn)象。由于晶體的各向異性，熱光效應表現(xiàn)是多種多樣的，可能是光率體的半軸長度發(fā)生變化、或光軸角的變化、光軸面的轉換、光率體的旋轉等。熱光效應對光束的偏轉效果和電光效應類似，通過改變加熱的功率從而改變波導有效折射率來實現(xiàn)另一個方向的角度偏轉。圖2是一種基于熱光效應的光波導相控陣的示意圖，相控陣陣列是非均勻排列，集成在300 mm的CMOS器件上，實現(xiàn)了高性能的掃描偏轉。

圖2.一種基于熱光效應的光波導相控陣示意圖