相控阵元、二维光学相控阵及光学相控阵系统技术方案

本发明专利技术涉及光通信技术领域，具体公开了一种相控阵元、二维光学相控阵及光学相控阵系统，包括：沿光的传输方向依次设置的热光调制组件、电光调制组件和出光耦合组件；热光调制组件能够通过热光效应在第一电信号作用下改变所经过的输入光的等效光程，获得第一输出光，第一输出光具有第一相位和第一幅度；电光调制组件能够通过电光效应在第二电信号作用下改变所经过的所述第一输出光的等效光程，获得第二输出光，第二输出光具有第二相位和第二幅度；出光耦合组件能够对第二输出光进行耦合后获得最终出光，并将最终出光沿预设出光方向发射至自由空间。本发明专利技术提供的相控阵元、二维光学相控阵及光学相控阵系统能够灵活的进行二维波束调控。二维波束调控。二维波束调控。

【技术实现步骤摘要】
相控阵元、二维光学相控阵及光学相控阵系统


[0001]本专利技术涉及光通信
，尤其涉及一种相控阵元、二维光学相控阵及光学相控阵系统。

技术介绍

[0002]光学相控阵(Optical Phased Array，简称OPA)技术与微波相控阵原理相同，光学相控阵技术是微波到光领域的延伸。不同于以微波为信息载体，光学相控阵有着明显的优势，可以避免无线电波的干扰；由于激光本身的特性，波束窄，保密性高，不易被侦查。光学相控阵无机械运动部件，则具有体积小、重量轻、光束指向精确、分辨率高等优点，使得其在自由空间光通信、光存储和激光雷达等光学领域有着极大应用前景。
[0003]虽然光学相控阵的原理与微波相控阵相同，但是微波相控阵的实现方式却不能直接应用于光学相控阵技术中，这就导致当前光学相控阵的技术实现上仍然存在很多无法突破的技术壁垒。例如，现有的光学相控阵多采用一维阵列，难以实现二维的波束调控。即便有能够实现的二维波束调控，其波束调控方式也是比较单一，不够灵活。
[0004]因此，如何能够提供一种灵活的二维波束调控方式成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种相控阵元、二维光学相控阵及光学相控阵系统，解决相关技术中存在的二维波束调控方式单一的问题。
[0006]作为本专利技术的第一个方面，提供一种相控阵元，其中，包括：
[0007]沿光的传输方向依次设置的热光调制组件、电光调制组件和出光耦合组件，所述热光调制组件和所述电光调制组件之间通过第一光传输介质连接，所述电光调制组件和所述出光耦合组件之间通过第二光传输介质连接；
[0008]所述热光调制组件能够通过热光效应在第一电信号作用下改变所经过的输入光的等效光程，获得第一输出光，所述第一输出光具有第一相位和第一幅度；
[0009]所述电光调制组件能够通过电光效应在第二电信号作用下改变所经过的所述第一输出光的等效光程，获得第二输出光，所述第二输出光具有第二相位和第二幅度；
[0010]所述出光耦合组件能够对所述第二输出光进行耦合后获得最终出光，并将所述最终出光沿预设出光方向发射至自由空间。
[0011]进一步地，所述热光调制组件包括热源部和设置在所述热源部两端的第一导电部，
[0012]所述第一导电部用于连接第一电极，所述第一电极用于接入第一电信号；
[0013]所述热源部能够在所述第一电信号的作用下发热以获得变化折射率，所述变化折射率能够改变所经过的输入光的等效光程。
[0014]进一步地，所述电光调制组件包括PN结结构和设置在所述PN结结构两侧的第二导
电部，
[0015]所述第二导电部用于连接第二电极，所述第二电极用于接入第二电信号；
[0016]当通过所述第二电极向所述PN结结构施加正向偏压时，所述PN结结构形成注入型调制器，所述注入型调制器能够在所述第二电信号的作用下改变所述第一输出光的幅度；
[0017]当通过所述第二电极向所述PN结结构施加反向偏压时，所述PN结结构形成耗尽型调制器，所述耗尽型调制器能够在所述第二电信号的作用下改变第一输出光的相位。
[0018]进一步地，还包括：
[0019]探测器组件，与所述电光调制组件通过第三光传输介质连接，所述探测器组件用于探测所述电光调制组件输出的第二输出光的光强。
[0020]进一步地，所述热光调制组件和所述电光调制组件之间设置隔离槽，所述隔离槽的长度不小于所述热光调制组件的长度。
[0021]进一步地，所述出光耦合组件包括耦合光栅。
[0022]作为本专利技术的另一个方面，提供一种二维光学相控阵，其中，包括沿光的传输方向依次耦合连接的输入耦合器件和相位控制器件，所述输入耦合器件用于根据光源形成输入光，所述相位控制器件包括多个前文所述的相控阵元，且多个所述相控阵元按照预设方式排列，所有相控阵元的最终出光相互干涉后形成二维光学相控阵的出光波束。
[0023]进一步地，所述相位控制器件被划分为第一相控阵元区域和第二相控阵元区域，所述第二相控阵元区域环绕所述第一相控阵元区域设置，位于所述第一相控阵元区域内的每个相控阵元的电光调制组件均包括耗尽型调制器，位于所述第二相控阵元区域内的每个相控阵元的电光调制组件均包括注入型调制器，所述第一相控阵元区域和第二相控阵元区域内的所有相控阵元均为均匀间隔排列。
[0024]进一步地，所述相位控制器件被划分为第一相控阵元区域和第二相控阵元区域，所述第二相控阵元区域环绕所述第一相控阵元区域设置，位于所述第一相控阵元区域内的每个相控阵元的电光调制组件均包括耗尽型调制器，位于所述第二相控阵元区域内的每个相控阵元的电光调制组件均包括注入型调制器，所述第一相控阵元区域和第二相控阵元区域内的所有相控阵元均为按照预设排列规则非均匀间隔排列。
[0025]作为本专利技术的另一个方面，提供一种光学相控阵系统，其中，包括：激光器和前文所述的二维光学相控阵，所述激光器与所述二维光学相控阵耦合连接，所述激光器用于提供光源。
[0026]本专利技术提供的相控阵元、二维光学相控阵及光学相控阵系统，由于二维光学相控阵中的每个相控阵元均采用热光调制组件与电光调制组件相结合的调控方式，既能满足对相位有需求的波束调控，又能满足对幅度有需求的波束调控，同时还能够使得波束调控的角度范围更大，因此，当这种相控阵元应用在本专利技术的光学相控阵系统中时，在实现了二维波束调控的情况下还具有灵活调控的优势，能够满足不同应用场景下的波束调控需求。
附图说明
[0027]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。
[0028]图1为本专利技术提供的光学相控阵系统的结构框图。
[0029]图2为本专利技术提供的二维光学相控阵的结构框图。
[0030]图3为本专利技术提供的相控阵元的结构框图。
[0031]图4为本专利技术提供的相控阵元的具体结构示意图。
[0032]图5为本专利技术提供的耦合光栅形成在硅表面的剖视图。
[0033]图6a为本专利技术提供的8*8均匀矩形阵列点阵排布示意图。
[0034]图6b为图6a对应的相控阵元实际排布示意图。
[0035]图7a为图6a对应的波束光场分布3D仿真图。
[0036]图7b为图7a沿水平方向的切面图。
[0037]图7c为图7a沿垂直方向的切面图。
[0038]图7d为调节相位后获得的波束偏转角度示意图。
[0039]图8a为本专利技术提供的带有矩形网格的圆形平面点阵排布示意图。
[0040]图8b为与图8a对应的相控阵元实际排布示意图。
[0041]图9a为图8a对应的波束光场分布3D仿真图。
[0042]图9b为图9a沿水平方向的切面图。
[0043]图9c为图9a沿垂直方向的切面图。
[0044]图10a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相控阵元，其特征在于，包括：沿光的传输方向依次设置的热光调制组件、电光调制组件和出光耦合组件，所述热光调制组件和所述电光调制组件之间通过第一光传输介质连接，所述电光调制组件和所述出光耦合组件之间通过第二光传输介质连接；所述热光调制组件能够通过热光效应在第一电信号作用下改变所经过的输入光的等效光程，获得第一输出光，所述第一输出光具有第一相位和第一幅度；所述电光调制组件能够通过电光效应在第二电信号作用下改变所经过的所述第一输出光的等效光程，获得第二输出光，所述第二输出光具有第二相位和第二幅度；所述出光耦合组件能够对所述第二输出光进行耦合后获得最终出光，并将所述最终出光沿预设出光方向发射至自由空间。2.根据权利要求1所述的相控阵元，其特征在于，所述热光调制组件包括热源部和设置在所述热源部两端的第一导电部，所述第一导电部用于连接第一电极，所述第一电极用于接入第一电信号；所述热源部能够在所述第一电信号的作用下发热以获得变化折射率，所述变化折射率能够改变所经过的输入光的等效光程。3.根据权利要求1所述的相控阵元，其特征在于，所述电光调制组件包括PN结结构和设置在所述PN结结构两侧的第二导电部，所述第二导电部用于连接第二电极，所述第二电极用于接入第二电信号；当通过所述第二电极向所述PN结结构施加正向偏压时，所述PN结结构形成注入型调制器，所述注入型调制器能够在所述第二电信号的作用下改变所述第一输出光的幅度；当通过所述第二电极向所述PN结结构施加反向偏压时，所述PN结结构形成耗尽型调制器，所述耗尽型调制器能够在所述第二电信号的作用下改变第一输出光的相位。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的相控阵元，其特征在于，还包括：探测器组件，与所述电光调制组件通过第三光传输介质连接，所述探测器组件用于探测所述电光调制组件输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋泽国，方勤学，郝沁汾，
申请(专利权)人：无锡芯光互连技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：