[發明專利]一種基于渦旋光的集成光學相控陣

有效

• 申請號: 202110842379.0
• 申請日: 2021-07-26
• 公開（公告）號: CN113448136B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 張彥峰;曾世豪;余思遠
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明公開了一種基于渦旋光的集成光學相控陣，包括若干個片上集成的同心的平面渦旋光微環發射器，所述若干個片上集成的同心的平面渦旋光微環發射器通過光學分束器連接，所述平面渦旋光微環發射器包括下層直波導、相移器、上層帶光柵微環波導和金屬微型加熱器，所述相移器設置在下層直波導上，所述金屬微型加熱器設置在帶光柵微環波導上。通過使用本發明，可以實現360度全平面光束掃描。本發明作為一種基于渦旋光的集成光學相控陣，可廣泛應用于光學相控陣領域。

技術領域

本發明涉及光學相控陣領域，尤其涉及一種基于渦旋光的集成光學相控陣。

背景技術

光學相控陣是一種具有發展前景的光束成形方法，通過調節每個出射波的相位，從而可以控制光束主瓣的出射方向。該方法具有成本低、芯片尺寸小、分辨率高、精度高和響應速度快等優點。現有的光學相控陣掃描范圍只有幾十度，即使是邊出射方案，由于幾何形狀的限制，掃描角度仍然無法超過180度。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種基于渦旋光的集成光學相控陣，可以實現360度全平面光束掃描。

本發明所采用的第一技術方案是：一種基于渦旋光的集成光學相控陣，包括若干個片上集成的同心的平面渦旋光微環發射器，所述若干個片上集成的同心的平面渦旋光微環發射器通過光學分束器連接，所述平面渦旋光微環發射器包括下層直波導、相移器、上層帶光柵微環波導和金屬微型加熱器，所述相移器設置在下層直波導上，所述金屬微型加熱器設置在帶光柵微環波導上，其中：

平面渦旋光微環發射器，將入射到下層直波導中的光場耦合至上層帶光柵微環波導中，從上層帶光柵微環波導側壁出射平面渦旋光；

相移器，用于調節初始相位的大小；

金屬微型加熱器，用于改變上層帶光柵微環波導的溫度從而改變上層帶光柵微環波導的折射率，使得每個上層帶光柵微環波導有一個共同的諧振頻率。

進一步，所述上層帶光柵微環波導上表面帶有淺刻蝕圓形光柵，所述淺刻蝕圓形光柵直徑為200nm，深度為350nm。

進一步，所述下層直波導采用硅制成，厚度為220nm，寬度為500nm。

進一步，所述相移器設置在下層直波導上方2500nm處，所述相移器由長1mm、寬1000nm和厚100nm的鎳鉻合金制成。

進一步，所述上層帶光柵微環波導采用Si₃N₄制成，厚度為500nm，寬度為1200nm。

進一步，所述金屬微型加熱器與上層帶光柵微環波導間隔1500nm。

進一步，所述微型加熱器位于上層帶光柵微環波導的正上方，由寬度2000nm，厚度100nm的鎳鉻合金制成。

進一步，N個平面渦旋光微環發射器的出射總光場可以表示為：

上式中，E₀是各個平面渦旋光相同的振幅大小，Δl表示各階渦旋光的階數差，ψ_m是每個渦旋光在光學相控陣出射面處的附加初相位，m為正整數，代表微環發射器序號，j表示虛數單位，N表示微環發射器個數。要使光學相控陣主瓣出射在某個角度上，則需該方向上總光強最大，即每個微環發射器對應的相位調制器調制的相位ψ_m滿足此時光場在方向上的總振幅為：E＝NE₀，即此時光學相控陣主瓣沿方向出射。

另外，還可以采用第二技術方案，區別點在于，所述下層直波導采用硅制成，所述上層帶光柵微環波導采用硅制成，所述下層直波導和上層帶光柵微環波導通過兩片SOI片鍵合在一起。