一種光學(xué)相控陣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種光學(xué)相控陣，屬于光通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 光通信是當(dāng)代通信技術(shù)領(lǐng)域的熱口話題。在傳統(tǒng)微波相控陣的研究基礎(chǔ)上，人們 發(fā)明了一種重要的新型光通信系統(tǒng)一-光學(xué)相控陣。典型光學(xué)相控陣的原理示意圖如圖1， 其包括:相干光源、分束模塊、相位調(diào)制模塊、放大模塊和出射模塊。與傳統(tǒng)相控陣相比，光 學(xué)相控陣的工作波長(zhǎng)由微波頻段轉(zhuǎn)移到近紅外波段乃至可見(jiàn)光波段，使其更加具有了明顯 的優(yōu)勢(shì)。一方面，與微波相控陣一樣，由于相位調(diào)制由電路而非機(jī)械實(shí)現(xiàn)，使光學(xué)相控陣具 有無(wú)慣性、快速波束掃描的特點(diǎn)；另一方面，由于各器件的特征尺寸與工作波長(zhǎng)相當(dāng)，所W 與微波相控陣相比，光學(xué)相控陣的單元模塊更小，陣列規(guī)模可W做到很大，具有更好的集成 度和更小的功耗。
[0003] 當(dāng)然光學(xué)相控陣帶來(lái)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也同時(shí)帶來(lái)了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。為達(dá)到遠(yuǎn)場(chǎng)只保留 主瓣并抑制柵瓣的目的，輸出陣列周期需達(dá)到波長(zhǎng)量級(jí)，同時(shí)要求足夠的旁瓣抑制，W實(shí)現(xiàn) 足夠清晰可辨的波束指向；另一方面，光學(xué)相控陣在單路相位調(diào)制方面需要實(shí)現(xiàn)至少一個(gè) 周期（2n)的相位改變，為保證足夠小的系統(tǒng)尺寸和集成度，要求相位調(diào)制模塊具有很高的 調(diào)制效率及準(zhǔn)確性。運(yùn)些對(duì)目前的相控陣技術(shù)來(lái)說(shuō)都是很有挑戰(zhàn)性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)光學(xué)相控陣的具體需求及現(xiàn)有方案存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供 一種方便大規(guī)模集成、具有高調(diào)制效率及更優(yōu)化的旁瓣抑制比的光學(xué)相控陣設(shè)計(jì)方案。
[0005] 其中，激光器作為相干光源產(chǎn)生的相干光經(jīng)過(guò)分束模塊實(shí)現(xiàn)相干分束，各路相干 光由相位調(diào)制模塊分別進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。通過(guò)相位條件，由外圍電路經(jīng)特定算法控制從各個(gè) 移相器福射出的相干光之間的相位關(guān)系，在設(shè)定的方向上產(chǎn)生多路干設(shè)。干設(shè)的結(jié)果是光 束在該方向上相干相漲，福射強(qiáng)度達(dá)到最大；而在其他方向上相干相消，福射強(qiáng)度接近于 零，W此實(shí)現(xiàn)光束的指向和偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到掃描定位、多點(diǎn)追蹤的目的。
[0006] 進(jìn)一步地，所述相干光源可利用單色激光器產(chǎn)生，用于為光學(xué)相控陣器提供輸入 光源。在一些情況下，相干光源也可W為波長(zhǎng)可調(diào)激光器，也可W采用對(duì)普通激光器或各種 不同類(lèi)型的光源進(jìn)行外調(diào)制等各種方法來(lái)改變激光波長(zhǎng)。
[0007] 進(jìn)一步地，所述分束模塊輸入端與相干光源輸出端通過(guò)光波導(dǎo)直接禪合或光柵空 間禪合連接，所述分束模塊的輸出端與相位控制的輸入端通過(guò)光波導(dǎo)連接，用于將單路入 射光源分束為N路，并輸出至相位調(diào)制模塊。所述分束模塊可W為1至N光學(xué)分束器，也可W 由MMI、Y分支等分束器多層級(jí)聯(lián)形成。其中，1至N光學(xué)分束器的各路可W是等功率輸出，也 可W通過(guò)設(shè)計(jì)各輸出端口的尺寸與相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)不等功率輸出。
[0008] 進(jìn)一步地，所述光相位調(diào)制模塊用于對(duì)分束后的N路光束進(jìn)行獨(dú)立的相位調(diào)制，可 W為光波導(dǎo)陣列，也可W為調(diào)制單元陣列。其中，所述光波導(dǎo)可W采用集成光波導(dǎo)陣列，對(duì) 應(yīng)可W利用電光效應(yīng)對(duì)相位進(jìn)行調(diào)制。所述光波導(dǎo)也可W采用各類(lèi)光纖、普通光波導(dǎo)、或其 他光波傳輸線、或利用相同原理制成的光器件等制得，對(duì)應(yīng)利用外加調(diào)制器對(duì)光相位進(jìn)行 調(diào)制。所述調(diào)制單元陣列，為具有獨(dú)立調(diào)相功能的調(diào)制單元按照一定規(guī)律排列而成，用于對(duì) 空間禪合系統(tǒng)分束后的各路光束進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。其中，調(diào)制單元為可W對(duì)相位進(jìn)行改變的 獨(dú)立單元。
[0009] 進(jìn)一步地，所述光波導(dǎo)陣列和調(diào)制單元陣列可W為一維陣列，也可W是二維或多 維陣列。
[0010] 進(jìn)一步地，所述出射模塊用于發(fā)射經(jīng)過(guò)相位調(diào)制后的N路光束，使其在遠(yuǎn)場(chǎng)形成福 射圖案，可W為光波導(dǎo)陣列，也可W為光柵。其中，光波導(dǎo)陣列的間距可W相等，也可W不相 等。其中，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的間距不相等的光波導(dǎo)陣列出射可W使遠(yuǎn)場(chǎng)福射圖案的柵瓣不產(chǎn)生相 干疊加，而只有各個(gè)主瓣相干疊加，遠(yuǎn)場(chǎng)波束掃描范圍受衍射角限制降低。
[0011] 進(jìn)一步地，上述光學(xué)相控陣器可W由分立器件通過(guò)光波導(dǎo)或空間連接而成，也可 W用集成工藝集成在一塊或者幾炔基片上，也可W部分集成在一塊或者幾炔基片上。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為：
[0013] 1.經(jīng)過(guò)不等功率優(yōu)化的分束模塊，顯著提高了旁瓣抑制比，提高了波束指向的明 確性。
[0014] 2.設(shè)計(jì)優(yōu)化了效率更高的相位控制模塊，有效減小了調(diào)制器件尺寸，便于更大規(guī) 模的集成。采用基于電光效應(yīng)的相位控制器，與傳統(tǒng)的熱光或MEMS相位控制方案相比，在響 應(yīng)速度上有明顯提升。
[0015] 3.針對(duì)出射模塊，優(yōu)化了波導(dǎo)或光柵陣列的排列布局，使遠(yuǎn)場(chǎng)干設(shè)效果得到加強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明的一種具體系統(tǒng)方案圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明中出射模塊采用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)實(shí)現(xiàn)的一種具體排布圖。
[0019] 圖4為本發(fā)明中陣列波導(dǎo)光柵經(jīng)不等間距優(yōu)化前后的遠(yuǎn)場(chǎng)功率分布對(duì)比圖。
[0020] (a)為等間距陣元排布下的遠(yuǎn)場(chǎng)功率，（b)為不等間距陣元排布下的遠(yuǎn)場(chǎng)分布。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022] 圖2給出了本發(fā)明中的一種具體實(shí)施方案:單色激光器作為相干光源，產(chǎn)生的相干 光禪合進(jìn)1*N型不等功率分束的星形禪合器中，各路輸出的相干光功率分別是口1，口2---Pi- ? - Pn。每路相干光禪合進(jìn)獨(dú)立的電光相位調(diào)制器中，分別加載不同的電信號(hào)W實(shí)現(xiàn)不 同的相位偏轉(zhuǎn);最后，各路經(jīng)過(guò)相位調(diào)制的相干光禪合進(jìn)由許多個(gè)光柵排布組合成陣列波 導(dǎo)光柵(AWG)中，實(shí)現(xiàn)相干出射。W上是一種特別具體的實(shí)現(xiàn)方式，其中在保證各模炔基礎(chǔ) 功能不變的情況下，其具體實(shí)現(xiàn)方式可W有多種。具體如下：
[0023] 對(duì)于相干光源部分，若在光相位調(diào)制陣列部分采用經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的光波導(dǎo)陣列或在出 射模塊采用經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的光柵禪合器，則可W使用波長(zhǎng)可調(diào)激光器，通過(guò)改變光波長(zhǎng)控制相 位差，W達(dá)到光束控制的目的，實(shí)現(xiàn)一維的任意方向自由掃描。
[0024] 激光器輸出端通過(guò)光纖連接與光波導(dǎo)禪合，波導(dǎo)中的光進(jìn)入I分N相干分束模塊產(chǎn) 生相干光。采用對(duì)稱(chēng)的星形禪合器、MMI、Y型分束器級(jí)聯(lián)等等功率分束方式，均可W達(dá)到相 干分束的目的。特別的，本實(shí)施方式中Wl分N星形禪合器為例，通過(guò)各路不同的功率分配， 在遠(yuǎn)場(chǎng)空間干設(shè)后可W將干設(shè)光場(chǎng)主極強(qiáng)與旁瓣的功率比值(旁瓣抑制比）顯