[發明專利]光學天線、相控陣激光雷達及光學天線的二維掃描方法

在審

• 申請號: 201810968877.8
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN110857977A
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 王鵬飛;徐洋;李召松;張冶金;于紅艷;潘教青;王慶飛;田林巖
• 申請（專利權）人: 北京萬集科技股份有限公司
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G02B6/12;G02B6/14
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 吳會英;劉芳

1.一種光學天線，其特征在于，包括：SOI襯底，波導結構層，間隔層，環形光柵結構層及保護層；

在所述SOI襯底的頂部硅層形成所述波導結構層，在所述波導結構層的上方依次設置有間隔層，環形光柵結構層及保護層；

所述波導結構層包括：輻射型條形波導陣列，模斑轉換結構和圓形平板耦合區，所述輻射型條形波導陣列和所述圓形平板耦合區之間通過所述模斑轉換結構連接；

其中，所述環形光柵結構層的折射率與所述間隔層及所述保護層的折射率的差值均大于預設閾值且所述環形光柵結構層的折射率高于所述間隔層及所述保護層的折射率。

2.根據權利要求1所述的光學天線，其特征在于，所述輻射型條形波導陣列中每組波導的第一路波導和最后一路波導間的夾角為第一預設角度，所述輻射型條形波導陣列中的第一路波導和最后一路波導間的夾角大于或等于180°和第一預設角度之和；

其中，所述每組波導由相鄰的n路波導構成，所述第一路波導至第n路波導構成第一組波導，第二路波導至第n+1路波導構成第二組波導，依此類推，第m-n+1路波導至第m路波導構成最后一組波導，m為所述輻射型條形波導陣列中的波導的總路數，n為每組波導的路數，n為大于或等于2的整數。

3.根據權利要求2所述的光學天線，其特征在于，所述輻射型條形波導陣列中相鄰的兩路波導的夾角為第二預設角度，所述第二預設角度小于10°。

4.根據權利要求1所述的光學天線，其特征在于，所述模斑轉換結構為梯形結構或斜邊為曲線的類梯形結構，所述模斑轉換結構的長底邊一側靠近所述圓形平板耦合區。

5.根據權利要求1所述的光學天線，其特征在于，所述環形光柵結構層完全位于所述圓形平板耦合區的上方。

6.根據權利要求1-5任一項所述的光學天線，其特征在于，所述環形光柵結構層中的光柵周期與所述圓形平板耦合區的有效折射率和工作波長相匹配，所述環形光柵結構層中光柵厚度和占空比滿足以主瓣向上發射光的條件。

7.一種相控陣激光雷達，其特征在于，包括：光開關器件，調相器及光柵式光學天線或如權利要求1-6中任一項所述的光學天線；

其中，所述光柵式光學天線包括：輻射型條形波導陣列；

所述光學天線中的輻射型條形波導陣列中每一路波導前均設置有調相器和光開關器件；

所述光開關器件與對應的調相器光路連接，所述調相器與對應的波導光路連接；

每組波導及與所述每組波導對應的n個光開關器件及對應的n個調相器形成每組光路器件。

8.根據權利要求7所述的相控陣激光雷達，其特征在于，所述光學天線中的輻射型條形波導陣列的刻蝕深度與所述光學天線連接的前端器件的厚度一致。

9.一種相控陣激光雷達控制光學天線的二維掃描方法，其特征在于，所述相控陣激光雷達為如權利要求7或8所述的相控陣激光雷達，所述光學天線為光柵式光學天線或如權利要求1-6中任一項所述的光學天線，所述方法包括：

接收掃描指令；

根據所述掃描指令分時控制每組光路器件工作，并由所述光學天線發射合成光進行不同方向的一維掃描，以實現光學天線的二維掃描。

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收掃描指令，具體包括：

周期性接收多個掃描指令，每個所述掃描指令中攜帶被控制的光路器件的組別信息；

相應地，根據所述掃描指令分時控制每組光路器件工作，并由所述光學天線發射合成光進行不同方向的一維掃描，以實現光學天線的二維掃描，具體包括：

根據第一掃描指令，控制所述第一掃描指令中只有被控制組別的光開關器件打開，使所述第一掃描指令中被控制組別的波導通光，控制所述第一掃描指令中被控制組別的調相器調制光的相位，以由所述光學天線發射合成光進行所述第一掃描指令被控制組別對應方向的一維掃描；

根據第二掃描指令，控制所述第二掃描指令中只有被控制組別的光開關器件打開，使所述第二掃描指令中被控制組別的波導通光，控制所述第二掃描指令中被控制組別的調相器調制光的相位，以由所述光學天線發射合成光進行所述第二掃描指令被控制組別對應方向的一維掃描；

直到根據最后一個掃描指令，控制所述最后一個掃描指令中只有被控制組別的光開關器件打開，使所述最后一個掃描指令中被控制組別的波導通光，控制所述最后一個掃描指令中被控制組別的調相器調制光的相位，以由所述光學天線發射合成光進行所述最后一個掃描指令被控制組別對應方向的一維掃描；

其中，每組所述光路器件分時工作對應的每個方向的一維掃描形成所述光學天線的二維掃描。