研究目的
研究基于硅的光学相控阵（OPA）利用平面螺旋轨道角动量（PS-OAM）光束实现360度波束扫描的潜力。
研究成果
基于硅的OPA与PS-OAM发射器提供了一种实现360度光束转向的实用方法，在光通信和激光雷达系统中具有潜在应用价值。通过增加PS-OAM模式数量可减小光束宽度，为高分辨率光束转向提供可扩展的解决方案。
研究不足
该研究的局限性在于控制大量元件实现360度波束转向的复杂性，以及所提出的光学相控阵（OPA）设计方案在制造和集成方面面临的实际挑战。
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于平面螺旋轨道角动量波叠加的芯片级360°光束转向技术
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DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873009
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
过去十年间，光学波束转向技术因其在光通信和激光雷达系统等潜在应用领域的价值而备受关注。光学相控阵（OPA）作为一种极具前景的波束转向方案，具有低成本、芯片级集成、高分辨率和快速扫描等优势[1]。但当前OPA存在的主要问题是扫描角度受限——基于平面外发射波导光栅的OPA转向角通常小于50度，端射式OPA虽具有更大转向角，却仍受几何结构限制而难以突破180度[2]?；沸蜲PA虽能实现360度波束转向[3-4]，但现有方案需要大量控制元件导致难以实际应用。我们报道了一种基于轨道角动量（OAM）研究的硅基OPA[5-6]，该器件由N个同心微环OAM发射器构成：当注入横磁（TM）偏振模式时，能发射"侧向"平面螺旋轨道角动量（PS-OAM）光束——其相位前沿在微环平面内呈螺旋状向外扩展，具有由偶极模型[7-9]确定的li数臂结构。通过叠加这些PS-OAM波（即方位角傅里叶谐波∑Ni=1aiexp(jliφ)exp(jφi)）并调控其振幅ai、相位φi和拓扑荷数li，可实现射频与光学波段的实用化波束成形[7-9]。通过调节移相器即可轻松实现窄波束360度旋转，且随着PS-OAM模式数量增加，其3dB波束宽度会相应减小。
作者：
Shihao Zeng，Yanfeng Zhang，Jiangbo Zhu，Zeru Wu，Yujie Chen，Siyuan Yu
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