[發明專利]一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器

在審

• 申請號: 202010635401.X
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111796292A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 時堯成;趙世;陳敬業
• 申請（專利權）人: 浙江大學;舜宇光學（浙江）研究院有限公司
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S7/4911;G01S7/484;G01S7/481;G02F1/29
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器，其特征在于由如下部分構成：輸入端口(1)、多級功分器(2)、相位調制器(3)、彎曲波導(4)、輸出端口(5)；

輸入端口(1)與多級3dB功分器(2)相連接，多級3dB功分器(2)的每個輸出路徑與相位調制器(3)一端相連接；相位調制器(3)的另一端通過波導進入彎曲波導(4)區域；彎曲波導(4)末端經輸出端口(5)出射后；通過在波導路徑中放置彎曲波導(4)，通過彎曲波導(4)調節光場的遠場強度分布，使其衍射強度峰值所在的角度偏離對稱軸；

激光器輸入光源信號I₀通過輸入端口(1)輸入，經過n級功分器(2)進行分束，能夠將輸入光源信號I₀等分至2ⁿ個路徑，n級功分器(2)的每個輸出路徑與波導相連；每個波導上都有相位調制器(3)用于控制波導間的相位差，之后各個波導路徑的光場進入彎曲波導(4)區域，彎曲波導(4)末端波導方向與對稱軸存在夾角，經輸出端口(5)出射后，其遠場能量最大值所在角度偏離對稱軸，且上半區和下半區內波導遠場能量最大值所在的角度關于對稱軸對稱，在兩個最大值所在角度之間，各波導遠場光場幅度和的平方幾乎不隨角度變化而變化。

2.根據權利要求1所述的一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器，其特征在于所述的輸出端口(5)的各波導輸出端面不與波導方向垂直并且處于同一輸出平面內，其中各相鄰波導輸出端面中心間隔相等。

3.根據權利要求1所述的一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器，其特征在于光學相控陣的光束偏轉角度與相鄰波導間的相位差的關系如下：

d·sinθ＝ΔΦ·λ/2π (1)

式(1)中，d為輸出端口(5)處相鄰波導中心間隔，θ為光束偏轉方向與對稱軸間的夾角，ΔΦ為所述輸出端口(7)處相鄰波導間的相位差，λ為工作波長。

4.根據權利要求1所述的一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器，其特征在于傳輸波導路徑上的相位變化的表達式如下：

式(2)中,λ為工作波長，Δn_effi相位調制器(3)引起的第i路和第i-1路波導折射率差，L_i為第i路波導的相位調制器的調制長度。

5.根據權利要求1所述的一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器，其特征在于光束的遠場偏轉角由相鄰波導間相位差ΔΦ所決定，而遠場發射峰強度最大值則是由各波導遠場光場幅度和的平方曲線決定；

遠場光強分布表達式如下：

不同相位差ΔΦ對應的遠場光強最大值所在的角度θ不同，由式(1)確定；在偏轉角θ處的光強表達式如下：

式(3)中，為第i路波導在所述輸出端口(5)處的復振幅，式(3)中A_i(α)為第i路波導出射光遠場幅度隨角度α變化的函數，ΔΦ為輸出端口(5)處相鄰波導間的相位差。