【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳光学器件领域，特别涉及一种多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列。
技术介绍
1、随着激光和光电子技术的快速发展，激光雷达在方向性、稳定性、分辨率和探测距离等诸多方面都有了巨大进步，现在已经广泛地进入民生领域，尤其是智能网联车、智能机器人、自动导引车、虚拟现实、增强现实等等，市场非常广阔。传统的激光雷达由数目庞大的光学器件组成，体积大、成本高、价格昂贵。硅基全固态激光雷达不含机械元件，能够较好地克服上述问题，还能大幅降低成本、体积和功耗。以光学相控阵（optical phased array，opa）为例，相比于传统的机械光束扫描装置，相控阵激光雷达极大地减小了尺寸，有望实现芯片级激光雷达扫描。但opa 在研发过程中存在不小挑战，出射光束发散角大，无法满足远距离测距；硅波导激光功率阈值低；多通道相位控制难度较大以及多路相位控制功耗高等问题还未完美解决。
2、区别于opa方案，基于透镜辅助光束扫描（lens-assisted beam steering，labs）技术以逐点扫描方式，通过控制位于透镜焦平面上光开关阵列中每个开关单元的开合实现焦平面不同部位光学天线的光束依次发射，并根据几何光学原理通过光栅天线上方设置的透镜实现光束偏转，并实现向空间映射面的投影发射。相较于opa技术，此方案实现起来更加简单，有望更快实现商业化应用。
技术实现思路
1、本专利技术目的是：提供一种多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，光开关阵列后接光栅天线，当开关
2、本专利技术的技术方案是：
3、多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，所述蛇形光波导走线结构包括m 行主波导，通过弯曲波导将m行主波导依次连接，形成蛇形的主波导总线路径；
4、所述行列寻址的光开关阵列，包括m×n个开关器件，由m条行选择电路布线和n条列选择电路布线对各开关器件进行控制；
5、所述m×n个开关器件位于各行主波导的上方，当需要选通指定行列的输出光位置时，通过对行选择电路布线和列选择电路布线施加电位差，对应的开关器件下拉与主波导耦合，实现光开关阵列的任意寻址。
6、优选的，所述开关器件包括依次连接的耦合波导、90°弯曲连接波导、光栅天线，以及驱动mems执行器，耦合波导置于驱动mems执行器中，驱动mems执行器受行选择电路布线和列选择电路布线驱动，带动耦合波导向下移动，与主波导耦合，耦合信号通过90°弯曲连接波导、光栅天线在自由空间中发射。
7、优选的，所述驱动mems执行器采用电控驱动的si-photonics mems执行器。
8、优选的，所述驱动mems执行器采用磁控或热控的mems执行器。
9、优选的，所述90°弯曲连接波导和光栅天线由支撑部分承接。
10、优选的，当开关器件处于off状态时，耦合波导悬在行选择电路布线和列选择电路布线的交叉点上方，主波导内的输入光信号将不受影响地沿着主波导总线路径继续传播。
11、优选的，当需要选通指定行列的输出光位置时，通过对行选择电路布线和列选择电路布线施加电位差，即该指定行列位置处的开关处于on状态时，驱动mems执行器受静电力作用被下拉，耦合波导进入主线总波导附近，使主波导中的光信号耦合进入耦合波导，随后光信号沿90°弯曲连接波导传播，最后通过光栅天线在自由空间中以特定的角度发射，实现光开关阵列的任意寻址功能。
12、本专利技术的优点是：
13、本专利技术以si-photonics mems类集成光开关元件为例，其由悬挂在总线波导上方的一对耦合器组成。其中，总线数量大于等于两条，总线之间光路互不影响。通过控制总线上光开关的开合，实现对阵列上各开关处单元的访问，即实现单元处光发射。由于是多总线结构，任意单独总线中，当位于输入端口更近的开关处于“开”状态时，其光能量被有效耦合进处于“开”状态的光栅中进行发射，此时，处于同一总线中的位置靠后的光开关进行“开”操作时，将不会有光能量被耦合进光栅。因此，同一总线中，需按照光入射端口开始，按照顺序依次实现对光开关的操作，由此实现依次扫描完成“开”/“关”动作。也可以进行随机扫描，但必须保证位于其前列的光开关处于“关”状态。其工作方式为：当开关器件处于关闭状态（off 状态）时，耦合器悬挂于总线波导上方一定距离处，不会干扰总线波导内的光传播。当施加电压使得开关器件处于开启状态（on 状态）时，集成 si-photonics mems 致动器静电下拉最初悬挂的绝热耦合器，允许输入光从总线波导耦合到位于其上方的耦合波导中，并通过光栅天线在自由空间中以特定的角度发射，完成输出，从而实现了每个开关单元的独立控制。因此，只有当行和列的“浮动电压”一致时，即开关器件为开启状态，来自两个输入端口之一的光才会被路由到选定的光栅天线，从而实现光开关阵列的任意寻址功能。因为光开关损耗与开关元件的数量无关，所以这种开关架构可以扩展到m×n个端口。
14、传统的m×n行/列可寻址的 si-photonics mems 光开关阵列，同一列中的所有开关都是电连接的，而行选择开关是单独寻址的，因此除了必要的m+n个行/列高压高速开关驱动电路，以及m×n个si-photonics mems 光开关之外，由于两个输入端口的光也需要进行行选择，才能传输到指定行的波导中，所以实际的m×n行/列可寻址的 si-photonicsmems 光开关阵列需要m+n个开关驱动电路，以及m×n+m个si-photonics mems 光开关。在实际应用中，增大了芯片尺寸、增加了工艺成本，产生了电能损耗、控制操作也较复杂。因此本专利技术通过设计一种对称的蛇形光波导走线结构，避免了输入端口光的行选择形式，而是通过m-1个弯曲波导将m行耦合波导连接起来，使得m×n行/列可寻址的 si-photonicsmems 光开关阵列只需要具有位置选定功能的m+n个行/列高压高速开关驱动电路，以及 m×n个si-photonics mems 光开关，从而有效地避免了驱动电路更多、占地面积更大、工艺成本更高的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述蛇形光波导走线结构包括M 行主波导，通过弯曲波导（11）将M行主波导依次连接，形成蛇形的主波导总线路径（1）；
2.根据权利要求1所述的多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述开关器件（2）包括依次连接的耦合波导（21）、90°弯曲连接波导（22）、光栅天线（23），以及驱动MEMS执行器（24），耦合波导（21）置于驱动MEMS执行器（24）中，驱动MEMS执行器（24）受行选择电路布线（3）和列选择电路布线（4）驱动，带动耦合波导（21）向下移动，与主波导耦合，耦合信号通过90°弯曲连接波导（22）、光栅天线（23）在自由空间中发射。
3.根据权利要求2所述的多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述驱动MEMS执行器（24）采用电控驱动的Si-Photonics MEMS执行器。
4.根据权利要求2所述的多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述驱动MEMS执行器（24）采用磁控或热控的MEMS执行器。
<...【技术特征摘要】
1.多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述蛇形光波导走线结构包括m 行主波导，通过弯曲波导（11）将m行主波导依次连接，形成蛇形的主波导总线路径（1）；
2.根据权利要求1所述的多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述开关器件（2）包括依次连接的耦合波导（21）、90°弯曲连接波导（22）、光栅天线（23），以及驱动mems执行器（24），耦合波导（21）置于驱动mems执行器（24）中，驱动mems执行器（24）受行选择电路布线（3）和列选择电路布线（4）驱动，带动耦合波导（21）向下移动，与主波导耦合，耦合信号通过90°弯曲连接波导（22）、光栅天线（23）在自由空间中发射。
3.根据权利要求2所述的多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述驱动mems执行器（24）采用电控驱动的si-photonics mems执行器。
4.根据权利要求2所述的多路蛇形光波导走线结构的行列寻址的光开关阵列，其特征在于，所述驱动mems执行器（24）采...
【专利技术属性】
技术研发人员：任李营，姚子君，崔博文，刘思源，徐叔喜，沈吉，何伟基，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。