[發(fā)明專利]用于產(chǎn)生和/或接收光束的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380078581.4
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN105431773B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·比陶爾德;A·尼斯卡寧
• 申請（專利權(quán)）人: 諾基亞技術(shù)有限公司
• 主分類號: G02F1/295
• 分類號: G02F1/295;G02F1/29;H04B10/11;H04B10/112;H04B10/114;H04L9/08
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

公開了用于產(chǎn)生和/或接收光束的裝置和方法。在芯片上的相控陣列包括移相器和芯片外的耦合器以提供相位控制的像素。光學(xué)系統(tǒng)被布置在所述相控陣列的前面。光學(xué)系統(tǒng)被配置為集中來自相控陣列的光和/或擴展用于輸入到相控陣列中的所接收的光的光束。

本公開涉及光束，以及更具體地涉及使用相控陣列來產(chǎn)生和/或接收光束。

光束可以用于各種目的。例如光束可以用于自由空間中的通信。在光通信中，使用光作為在設(shè)備之間的物理介質(zhì)來傳遞信息。設(shè)備可以是例如固定和/或移動通信設(shè)備、基站和其它接入點、服務(wù)器、機器類型的設(shè)備等。光鏈路可以用于各種類型的信息的通信，例如用于控制和用戶信息的通信、以及用于各種應(yīng)用，諸如支付應(yīng)用、通信應(yīng)用、安全應(yīng)用等。可以使光束指向特定目標(biāo)。光通信的方向性允許設(shè)備與附近的若干設(shè)備中的另一個設(shè)備選擇性地通信。定向光鏈路是例如針對諸如使得能夠無條件地安全通信的量子密鑰分配(QKD)的技術(shù)的先決條件。

為了在兩個光模塊之間建立定向光鏈路，如果模塊作為發(fā)射器進行操作，則該模塊需要調(diào)節(jié)(即操縱)它的光束的方向，或如果模塊作為接收器進行操作，則該模塊需要調(diào)節(jié)它的視野。通常，定向自由空間光(FSO)光束的操縱通過移動宏觀元件，諸如鏡頭、反光鏡和/或整個模塊來完成。這可能設(shè)置速度限制，造成靈敏度沖擊和/或振動，向裝置增加體積大的元件等。

由多個相位控制的像素組成的集成的光子相控陣列被認(rèn)為是使元件移動的可替代的方案。光子相控陣列被認(rèn)為是在自由空間中操縱光的有希望的途徑，尤其是因為可以在不從集成光學(xué)芯片直接移動元件的情況下來提供它們。然而，迄今為止，相控陣列應(yīng)用于光束操縱已經(jīng)被阻止，因為它們在多個衍射級中發(fā)射。相控陣列還可以具有非常有限的角度調(diào)諧范圍。調(diào)諧范圍通常被理解為角度的范圍，或最大偏轉(zhuǎn)，在角度的范圍或最大偏轉(zhuǎn)中光可以被定向。此外，陣列的每個像素的相位被個體地調(diào)節(jié)。針對定向通信的相控陣列的應(yīng)用性還可能在某些應(yīng)用中受到限制，因為它們可能是極化選擇性的。

注意的是，此處論述的問題不局限于任何特定裝置和應(yīng)用，而是可以出現(xiàn)在相控陣列用于光束的通信的任何情景中。

本發(fā)明的實施例旨在解決以上問題中的一個或若干問題。

根據(jù)一個方面，提供了一種用于產(chǎn)生和/或接收光束的裝置，所述裝置包括：在芯片上的相控陣列以及光學(xué)系統(tǒng)，所述在芯片上的相控陣列包括移相器和芯片外的耦合器以提供相位控制的像素，所述光學(xué)系統(tǒng)被布置在所述相控陣列的前面，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置為集中來自所述相控陣列的光和/或擴展用于輸入到所述相控陣列中的所接收的光的光束。

根據(jù)另一個方面，提供了一種用于產(chǎn)生光束的方法，所述方法包括：由在芯片上的相控陣列的相位控制的像素來發(fā)射光，其中通過移相器和芯片外的耦合器來提供所述像素，以及引導(dǎo)來自所述相位控制的像素的光通過光集中光學(xué)系統(tǒng)。

依照更詳細(xì)的方面，通過至少一個微透鏡來減少所發(fā)射的光的衍射級以及由反向光束擴展器來放大所發(fā)射的光。

根據(jù)另一個方面，提供了一種用于接收光束的方法，所述方法包括使用移相器和芯片外的耦合器來提供在芯片上的相控陣列的相位控制的像素，以及通過被布置在所述相控陣列的前面的光束擴展光學(xué)系統(tǒng)將所述光束引導(dǎo)到所述相位控制的像素。

根據(jù)一個方面，所述光學(xué)系統(tǒng)包括共焦的光束擴展器。可以通過至少一個會聚透鏡和至少一個發(fā)散透鏡、通過至少兩個會聚透鏡、通過棱鏡光束擴展器、或通過光柵布置來提供所述光束擴展器。所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括至少一個微透鏡，所述至少一個微透鏡被布置為減少由所述相控陣列所發(fā)射的光的衍射級的數(shù)量。

在陣列上的像素的相位的控制可以被布置為借助于單個參數(shù)在至少一個方向中來提供。可以基于各自的兩個參數(shù)在兩個正交方向中來控制陣列的所有像素的相位。在相控陣列上的像素的聚焦的控制也可以被布置為基于一個參數(shù)來提供。

至少一個微透鏡的焦距可以近似等于在芯片外的耦合器之間的距離與芯片外的耦合器的散度的比率。