光学相控阵技术的发展前景展望

新型激光多波束通信技术的实现依赖于多波束生成及控制技术的发展，目前可以采用光学相控阵实现多波束的生成及控制。传统机械式捕获跟踪机构捕获时间长，难以实现快速捕获，不能有效满足快速掌握战场态势的需求。采用光学相控阵不仅可以实现多波束数据传输，而且具有质量轻、惯性小、响应时间短等优点，在同样条件下具有捕获时间短、捕获概率高、精度高等优点，是波束控制技术发展的方向。如图1.18所示，液晶光学相控阵（LCOPA）是一种新型的可编程相位调制器件，它采用具有驱动电压低、相位调制深度大等特点的向列相液晶作为相位调制的电光材料，使器件具有体积小、质量轻、功耗低、易于和微电子控制电路结合等独特优点。

液晶光学相控阵不仅解决了激光束的高精度、快速、灵活控制问题，而且使光电系统的集成度更高，柔性控制能力更强，制造成本更低，在卫星光通信、红外对抗和目标跟踪等领域具有重要的应用价值。研究基于液晶光学相控阵的新型激光通信系统，可促进传统光通信系统的变革，大大提升卫星光通信能力，具有重要的应用价值。

图1.18　液晶光学相控阵可编程光束偏转示意图

光学相控阵体积小、质量轻、功耗低、易于与微电子电路结合且具有光束灵活控制能力，在激光雷达和空间激光通信等波束偏转控制系统中具有重要的应用前景。从光学相控阵波束控制能力发展需求来看，光学相控阵将向指向精度更高、偏转角度更大、偏转速度更快、天线口径更大的方向发展。从国内外光学相控阵技术发展现状可以看出，光学相控阵正向以下几个方向发展：(www.xing528.com)

（1）宽视角：根据激光雷达和空间激光通信技术发展需求，光学相控阵的视场角需要提高到满足空间激光通信网络需求。

（2）快扫描速度：对于激光雷达，为了有效保证探测精度，有时需要将波束扫描速度提高到兆赫兹量级。

（3）高偏转精度：采用更小的像素电极尺寸和更精密的电压驱动，可以将偏转精度提高到微弧度量级。

（4）大通光孔径：光学相控阵有效通光孔径和光束最小发散角密切相关，为了保证小的光束发散角，需要采用大通光孔径的光学相控阵天线。

从国内外光学相控阵天线技术发展动态和发展水平可以看出，液晶光学相控阵和硅基光子集成光学相控阵是两种最具有研究意义和发展前景的光学相控阵。由于液晶工艺发展成熟，可进行大通光孔径设计，因此最先实现了工程应用，可应用于长距离空间激光通信系统等对波束偏转速率要求不高，但又需要较大有效通光孔径的系统中。在诸如近距离雷达系统中，对波束扫描速度要求很高，但对有效通光孔径要求不高，可以采用硅基光子集成光学相控阵。在未来相当长的时间内，液晶光学相控阵和硅基光子集成光学相控阵将并行发展，在不同波束偏转控制需求的领域发挥各自的作用。