[發明專利]一種光學相控陣、激光雷達發射模塊以及激光雷達

在審

• 申請號: 202211470918.3
• 申請日: 2022-11-23
• 公開（公告）號: CN115792954A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 程立文;陳志朋;劉鵬飛;張家榮;季張杰;馬立
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S17/02;G01S7/481;G02F1/365
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.一種光學相控陣，其特征在于，包括：

光耦合區，用于耦合激光器發射的光進入光分束區的輸入端；

光分束區，用于將接收的光等比例或非等比例分配到多個天線元件波導；

相位調制區，用于通過電極單元向所述天線元件波導施加電場來調制通過所述天線元件波導傳輸的光的相位；

光輸出區，用于將經過相位調制的光輻射到自由空間，并在所述天線元件波導之間設置一維周期性F型硅塊結構，一維周期性F型硅塊結構沿所述天線元件波導對稱排列，通過設計F型硅塊的結構參數，使其工作在共振區域，抑制光串擾；

其中，所述相位調制區的基部頂層為一層非線性光學材料構成的薄膜，所述天線元件波導位于所述相位調制區的部分沉積在所述薄膜上，構成異質脊型波導，波導的折射率能夠隨電光現象的普克爾效應而變化。

2.根據權利要求1所述的一種光學相控陣，其特征在于，所述非線性光學材料為鈮酸鋰、磷酸二氫鉀、磷酸二氘鉀、碘酸鋰、鉭酸鋰或三硼酸鋰。

3.根據權利要求1所述的一種光學相控陣，其特征在于，所述電極單元由設置在所述天線元件波導兩側的第一電極和第二電極構成。

4.根據權利要求1所述的一種光學相控陣，其特征在于，所述天線元件波導位于所述相位調制區的部分由主波導層和設置在所述主波導層上表面的輔助波導層構成，所述主波導層由氮化硅材料構成，所述輔助波導層由硅材料構成。

5.根據權利要求1所述的一種光學相控陣，其特征在于，所述一維周期性F型硅塊結構的周期與天線元件波導中的波導波長相當。

6.根據權利要求1所述的一種光學相控陣，其特征在于，所述一維周期性F型硅塊結構中，F型硅塊結構的長度a為300-350nm，寬度b為250-300nm，厚度H_{_wg}為300-350nm，頂面的刻蝕厚度H_e為130-160nm，非刻蝕硅的長度L_n為70-80nm，位于兩塊非刻蝕硅區域之間的刻蝕硅的長度L_s1為80-90nm，另一刻蝕硅的長度L_s2為80-100nm，一維周期性F型硅塊結構的周期Λ為800nm，一維周期性F型硅塊結構與相鄰天線元件波導之間的間距G為45-135nm，天線元件波導的間距D為0.8-0.9μm。

7.根據權利要求4所述的一種光學相控陣，其特征在于，所述主波導層的厚度不小于200nm，所述輔助波導層的厚度不大于150nm。

8.根據權利要求6所述的一種光學相控陣，其特征在于，所述天線元件波導位于光輸出區的長度L為100-200μm，寬度W為380-410nm以及厚度為300-350nm。

9.根據權利要求1-8任一所述光學相控陣的激光雷達發射模塊，其特征在于，包括激光器以及所述光學相控陣；所述激光器發出的光耦合進入所述光學相控陣后，所述光學相控陣向上輻射激光到自由空間。

10.根據權利要求9所述激光雷達發射模塊的激光雷達，其特征在于，還包括激光接收單元以及信號處理單元；所述激光接收單元用于接收從光學相控陣輸出的激光在目標物上反射后的光信號；所述信號處理單元用于控制所述光學相控陣并對激光接收單元接收的光信號進行處理。