[發明專利]多光束表面發射波導相控陣

有效

• 申請號: 202010067982.1
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111220965B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 郝智彪;劉雅琦;汪萊;熊兵;孫長征;王健;李洪濤;韓彥軍;羅毅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供一種多光束表面發射波導相控陣，包括：輸入波導、分束器、一維相位調制器陣列、分束器陣列、波導陣列以及光柵輻射天線陣列，其中一維相位調制器陣列中的各相位調制器分別與所述分束器各出光路相連，對由分束器輸出的光進行相位調制；分束器陣列將經過相位調制器后的每路光分成具有一系列具有設定幅度和相位的波導模式；波導陣列用于傳輸具有設定分束比的二級分束器產生的一系列具有設定幅度和相位的波導模式；光柵輻射天線陣列將波導陣列中的光耦合到自由空間中，輸出二維分布光束陣列。本公開通過多光束表面發射波導相控陣，通過波導單元和光柵輻射天線，將片上波導中的激光耦合為空間的寬覆蓋二維光束出射。

技術領域

本公開涉及激光雷達系統，進一步的，涉及一種多光束表面發射波導相控陣。

背景技術

激光雷達系統中的光束掃描部件十分重要。目前已有的機械旋轉方式由于移動部件較多且常需要校準，與目前激光雷達系統小型化的目標相悖。同時微機械系統(Micro-electromechanical Systems)與光學相控陣(Optical Phased Array)為單片式激光雷達系統提供了可能，但這兩者都因無法減小的相鄰單元距離，通常無法得到大的掃描角度范圍，需要依靠另外的光學透鏡系統對掃描角度進行放大。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本公開的目的在于提供一種多光束表面發射波導相控陣，以至少部分解決上述技術問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本公開提供一種多光束表面發射波導相控陣，包括：

輸入波導；

分束器，和輸入波導相連，用于將輸入波導中的光分為多路；

一維相位調制器陣列，陣列中的各相位調制器分別與所述分束器各出光路相連，對由分束器輸出的光進行相位調制；

分束器陣列，與所述一維相位調制器陣列相連，用于將經過相位調制器后的每路光分成具有一系列具有設定幅度和相位的波導模式，陣列中的二級分束器獨立的具有設定分束比；

波導陣列，與所述分束器陣列中的各個二級分束器相連，用于傳輸具有設定分束比的二級分束器產生的一系列具有設定幅度和相位的波導模式；以及

光柵輻射天線陣列，與所述波導陣列相連，用于將波導陣列中的光耦合到自由空間中，輸出二維分布光束陣列，且在所述一維相位調制器陣列的調制下，該光束陣列能夠沿一維方向掃描。

在進一步的實施方案中，所述一維相位調制器配置為：光束陣列經調制后沿一維方向掃描，掃描范圍為θ為輸出光束陣列在掃描方向上的覆蓋全角范圍，N為掃描方向上的分束比。

在進一步的實施方案中，所述波導陣列中，波導的寬度相同，該波導陣列在光束陣列掃描方向上重復，重復周期T_y由激光波長λ、輸出的光束陣列在掃描方向上的分束比N和覆蓋全角范圍θ決定：

若N為奇數，

若N為偶數，

則

在進一步的實施方案中，所述一維相位調制器和分束器陣列中的相位調制器和二級分束器的個數與所述波導陣列在光束陣列掃描方向上重復個數相同，為n_y。

在進一步的實施方案中，所述二級分束器配置為能將輸入光分成具有一系列具有設定幅度和相位的波導模式，其分束比通過所需遠場掃描包絡覆蓋范圍和設定分布的波導陣列的位置經過傅里葉逆變換得到。

在進一步的實施方案中，所述光柵輻射天線陣列配置為能將輸入光輻射到自由空間，形成寬覆蓋的強度均勻的一維點陣，其方向與掃描方向垂直。