Durch die Steuerung der Phase des einzelnen Strahls im Strahlarray ermöglicht die optische Phased-Array-Technologie die Rekonstruktion oder präzise Regelung der isopischen Ebene des Array-Strahls. Sie zeichnet sich durch geringes Volumen und geringe Masse des Systems, schnelle Reaktionszeit und hohe Strahlqualität aus.
Das Funktionsprinzip der optischen Phased-Array-Technologie beruht darauf, das Signal der nach einem bestimmten Gesetz angeordneten Basiselemente gezielt zu verschieben (oder zu verzögern), um die Ablenkung des Array-Strahls zu erreichen. Gemäß dieser Definition umfasst die optische Phased-Array-Technologie die Technologie zur Strahlablenkung mit großem Winkel für Strahler-Arrays sowie die Interferenzbildgebung mittels Array-Teleskopen zur hochauflösenden Abbildung entfernter Objekte.
Aus Emissionssicht dient das optische Phased-Array der Phasensteuerung des transmittierten Array-Strahls, um die Gesamtablenkung des Array-Strahls oder die Phasenfehlerkompensation zu realisieren. Das Grundprinzip des optischen Phased-Arrays ist in Abb. 1 dargestellt. Abb. 1 (a) zeigt ein inkohärentes synthetisches Array, d. h. es ist lediglich ein „Array“ ohne den Zusatz „Phased-Array“ zu sehen. Abb. 1 (b) bis (d) zeigen drei verschiedene Betriebszustände des optischen Phased-Arrays (d. h. ein kohärentes synthetisches Array).
Das inkohärente Synthesesystem führt lediglich eine einfache Leistungsüberlagerung der Array-Strahlen durch, ohne deren Phase zu steuern. Als Lichtquelle können mehrere Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen dienen. Die Größe des Fernfeldflecks wird durch die Größe der Sende-Array-Einheit bestimmt und ist unabhängig von der Anzahl der Array-Elemente, der äquivalenten Apertur des Arrays und dem Tastverhältnis der Strahlanordnung. Daher kann es im eigentlichen Sinne nicht als Phased-Array-System bezeichnet werden. Aufgrund seiner einfachen Struktur, der geringen Anforderungen an die Leistung der Lichtquelle und der hohen Ausgangsleistung findet das inkohärente Synthesesystem jedoch weite Verbreitung.
Aus Empfangssicht wird die optische Phased-Array-Antenne zur hochauflösenden Abbildung entfernter Ziele eingesetzt (Abb. 2). Sie besteht aus einem Teleskoparray, einem Phasenverzögerungsarray, einem Strahlkombinator und einem Abbildungsgerät. Die komplexe Kohärenz der Zielquelle wird ermittelt. Das Zielbild wird gemäß dem Fansert-Zernick-Theorem berechnet. Dieses Verfahren wird als Interferenzabbildung bezeichnet und zählt zu den synthetischen Aperturabbildungsverfahren. Hinsichtlich der Systemstruktur sind interferometrische Abbildungssysteme und Phased-Array-Emissionssysteme im Wesentlichen identisch, jedoch ist die optische Übertragungsrichtung in beiden Anwendungen entgegengesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 26. Mai 2023