[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

本發明公開了一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器。本發明是激光器光源信號通過I₀端口輸入波導芯片；經過多級3dB功分器將功率等分到各根波導，每根波導利用獨立的相位調制器控制波導間的相位差；之后各根波導路徑的光場進入發射天線，特點在于天線由彎曲波導陣列構成，其中上半區的彎曲波導和下半區的彎曲波導呈中心對稱分布，發射光遠場發生干涉，可以形在不同偏轉角度上具有峰值強度一致的光場分布。本發明有效解決了傳統光學相控陣光束的峰值強度隨著掃描角度增大迅速衰減的問題，能夠滿足寬視場角掃描的激光雷達、自由空間光通信等應用需求。

技術領域

本發明屬于光電子器件領域，具體涉及一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器。

背景技術

大規模光網絡和激光雷達的需求日益增長，其中光學相控陣是激光雷達和自由空間光通信的關鍵單元器件之一，光學相控陣可用在激光雷達，實現大角度、高速的光束掃描，也可對自由空間光傳送角度進行選擇，在空間上實現數據復用，增加了光通信鏈路的靈活性。

CMOS工藝兼容的硅基片上光波導可集成激光器，形成從光源到光束偏轉的一體化芯片，同時支持規模集成，推動了系統的小型化發展。基于硅基片上光波導的光學相控陣具有易于大規模集成、功耗低、成本低等特點，具有很大的應用前景。基于光學相控陣的光束偏轉結構具有尺寸小，重量輕，功耗低等特點，同時光通信和光探測對光強度具有要求，實現具有平坦輸出強度的片上波導光學相控陣掃描器具有非常重要的意義和實用價值。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器。本發明基于對稱彎曲波導的光學相控陣天線設計，結合片上光波導易于集成、能耗低、成本低等優勢，實現在遠場不同光束偏轉范圍內具有平坦、一致的輸出峰值強度。

本發明提出了一種具有平坦輸出強度的片上光學相控陣掃描器，由如下部分構成：輸入端口(1)、多級3dB功分器(2)、相位調制器(3)、彎曲波導(4)、輸出端口(5)。

本發明連接如下：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。

本發明基本原理如下：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，在遠場偏轉角的范圍(-31°～31°)內，各波導遠場光場幅度和的平方幾乎不隨角度變化而變化。通過控制各路徑的相位差，可以在遠場不同光束偏轉角獲得相對輸出強度平坦的發射峰。

所述的輸入端口(1)連接激光器，可具有片上集成的特點。

所述的n級3dB功分器(2)可以將輸入光功率等分至2ⁿ個路徑。

所述的相位調制器(3)可對路徑上光場的相位進行調制，動態控制輸出光束的遠場偏轉角。

所述的彎曲波導(4)可以使輸出的遠場能量的最大值向大角度方向移動，調節光場能量在遠場的分布。

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。

所述的輸出端口(5)后放置探測器，用于探測遠場的光場分布。

本發明具有的有益的效果是：