[發(fā)明專利]寬范圍掃描的寬帶激光相控陣系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810558205.X
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108761955B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設計）人: 董濤;徐月
• 申請（專利權）人: 航天恒星科技有限公司
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G02B5/00;H01Q21/00
• 代理公司: 北京善任知識產(chǎn)權代理有限公司 11650
• 代理人: 王大方

本發(fā)明提供一種寬范圍掃描的寬帶激光相控陣系統(tǒng)，包括若干個沿著y軸方向依次排布的激光相控陣子系統(tǒng)，子系統(tǒng)均由包覆層(3)及集成在包覆層(3)上的入射光纖(1)、耦合光柵(2)、包覆層(3)、功分網(wǎng)絡(4)、電光衰減器(5)、電光移相器(6)、等離子體激元天線陣列(7)和光波導(8)組成；入射光纖入射的激光由耦合光柵耦合進入光波導中，經(jīng)過功分網(wǎng)絡將波導中的激光能量平均分到多路光波導中，并通過電光衰減器控制每一路波導中光的強度和利用電光移相器控制相位使相鄰波導之間產(chǎn)生相位差，及由等離子體激元天線陣列輻射到自由空間中。本發(fā)明可有效提高目前激光相控陣的掃描角度范圍和工作帶寬。

技術領域

本發(fā)明屬于天線技術領域，涉及一種寬范圍掃描的寬帶激光相控陣系統(tǒng)。

背景技術

硅基激光相控陣體積小，重量輕，響應速度快，掃描范圍大，與CMOS工藝相兼容，可以實現(xiàn)大規(guī)模集成和量產(chǎn)。

申請?zhí)枮镃N200310122621.9的“高速電光相控陣二維激光光束掃描器”涉及一個單片集成光學相控陣發(fā)射芯片，掃描速度快，精度高，但沒有產(chǎn)生很寬的掃描范圍。申請?zhí)枮镃N201310721989.0的“雙電控掃描激光相控陣雷達”涉及一種液晶調(diào)相的激光相控陣雷達，解決天線單元尺寸大，發(fā)射光束旁瓣多的問題，但不具有寬的掃描范圍。申請?zhí)枮镃N201810048104.8的“一種光學相控陣發(fā)射裝置”公開了一種集成光學相控陣發(fā)射裝置，使用光波導耦合器作為發(fā)射天線，不涉及等離子體激元天線陣列。

經(jīng)非專利文獻檢索，文獻“Large-scale nanophotonic phased array，”(Nature，Vol.493，no.7431，2013，pp195-199)描述了一個8×8激光相控陣，采用熱光移相器，方向圖出現(xiàn)了柵瓣；該激光相控陣不能進行寬范圍掃描。文獻“Large-scale silicon nitridenanophotonic phased arrays at infrared and visible wavelengths，”(OpticsLetters,Vol.42，no.1，pp 21–24)描述了一個1×1024天線陣列，方向圖出現(xiàn)了柵瓣，不能進行寬范圍掃描。

目前，在國內(nèi)外的報道中，未見基于等離子體納米天線單元的可進行寬范圍掃描的寬帶激光相控陣系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題是，針對如何基于等離子體納米天線單元的可進行寬范圍掃描的特性設計寬帶激光相控陣系統(tǒng)。

用于解決課題的技術手段是，本發(fā)明提出一種寬范圍掃描的寬帶激光相控陣系統(tǒng)，將硅基激光相控陣天線單元間距從幾倍波長降低到亞波長，掃描范圍從20°×15°提高到了88°×90°，具有37.1％的71.8THz的工作帶寬。

寬范圍掃描的寬帶激光相控陣系統(tǒng)，包括若干個沿著y軸方向依次排布的激光相控陣子系統(tǒng)，其中每個子系統(tǒng)均由包覆層及集成在包覆層上的入射光纖、耦合光柵、包覆層、功分網(wǎng)絡、電光衰減器、電光移相器、等離子體激元天線陣列和光波導組成；所述每個子系統(tǒng)中入射光纖入射的激光由耦合光柵耦合進入光波導中，經(jīng)過功分網(wǎng)絡將波導中的激光能量平均分到多路光波導中，并通過電光衰減器控制每一路波導中光的強度和利用電光移相器控制每一路波導中光的相位使相鄰波導之間產(chǎn)生相位差，及由等離子體激元天線陣列輻射到自由空間中。

進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述激光相控陣子系統(tǒng)的數(shù)量為8個。

進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述電光移相器控制產(chǎn)生沿x軸和y軸方向的相位差。

進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述等離子體激元天線陣列包括銀板和連接銀板的硅板。

進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述銀板和硅板均為長方體。

進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：全部的等離子體激元天線陣列產(chǎn)生88.0°×90.0°的掃描范圍。