一种基于光学相控阵的二维光束扫描方法及光学相控阵.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108459448A(43)申请公布日2018.08.28(21)申请号201810271334.0(22)申请日2018.03.29(71)申请人中国科学院西安光学精密机械研究所地址710119陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号(72)发明人张文富孙笑晨王国玺李中宇章羚璇杜书剑(74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211代理人杨引雪(51)Int.Cl.G02F1/295(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于光学相控阵的二维光束扫描方法及光学相控阵(57)摘要本发明公开了一种基于光学相控阵的二维光束扫描方法及光学相控阵，旨在解决现有片上光学相控阵光束扫描范围小、功耗高的问题。该光学相控阵由波导、光开关阵列、N个分束器组、N个相位调制组和N个天线阵列组构成。每个相位调制组包括M个相位调制单元，每个天线阵列组包括M个天线单元。入射光耦合进入光学相控阵后，通过光开关实现光路选择，使天线阵列组轮流通光，可完成纵轴方向的光束扫描。对通光的天线阵列组进行多次相位调制，可完成横轴方向的光束扫描。本发明仅使用单波长的光源即可形成二维的光束扫描，并具有光束扫描范围大、调制功耗低的优势，适用于智能移动设备与可穿戴设备等要求低功耗、低成本的应用场景。CN108459448ACN108459448A权利要求书1/2页1.一种基于光学相控阵的二维光束扫描方法，其特征在于：1)入射光进入光学相控阵后，在光开关阵列(2)的控制下，进入N个天线阵列组(6)中的一个，并通过该组的天线单元(5)衍射出光，完成纵向一个角度的光束出射；2)控制通光天线阵列组(6)所对应的相位调制组，使该天线阵列组(6)中M个天线单元(5)之间形成相位差，调节相位差分布，实现在该纵向角度下的横轴方向的光束扫描；3)重复步骤1-2，利用光开关阵列(2)的光路选通作用，使入射光依次进入N个天线阵列组(6)，并进行相位调制，完成二维的光束扫描。2.根据权利要求1所述的基于光学相控阵的二维光束扫描方法，其特征在于：当采用可调波长光源时，步骤1)还包括在每个天线阵列组(6)通光时，对光源波长进行扫描，形成纵轴方向一定范围内的光束扫描。3.根据权利要求1或2所述的基于光学相控阵的二维光束扫描方法，其特征在于：M和N的取值为大于等于4的整数。4.实现权利要求1至3任一所述的基于光学相控阵的二维光束扫描方法的光学相控阵，包括波导(7)、分束器单元(3)、N个相位调制组和N个天线阵列组(6)，每个相位调制组包括M个相位调制单元(4)，每个天线阵列组(6)包括M个天线单元(5)，其特征在于：还包括光开关阵列(2)，所述光开关阵列(2)的输入端口为一个，输出端口为N个；所述分束器单元(3)的输入端口为N个，一个输入端口对应M个输出端口；光开关阵列(2)的N个输出端口分别与分束器单元(3)的N个输入口端连接；分束器单元(3)的一个输入端口所对应的M个输出端口分别与一个相位调制组中的M个相位调制单元(4)输入端口连接；一个相位调制组中的M个相位调制单元(4)的输出端口分别与一个天线阵列组(6)的M个天线单元(5)输入端口连接；所述N个天线阵列组(6)之间的天线单元(5)的参数不同，对应N个不同的纵向出射光角度；构成每个天线阵列组(6)的M个天线单元(5)参数相同，对应相同的纵向出射光角度。5.根据权利要求4所述的光学相控阵，其特征在于：所述天线阵列组(6)中的天线单元(5)采用波导光栅，波导光栅的参数通过公式(1)确定：其中，θ为出射光线角度，Λ是波导光栅的周期，λ0是光源的波长，ηeff是波导光栅的有效折射率，ηc是波导光栅包层的有效折射率。6.根据权利要求5所述的光学相控阵，其特征在于：所述分束器单元包括N个分束器组，每个分束器组的输入端口为一个，输出端口为M个。7.根据权利要求4或5或6所述的光学相控阵，其特征在于：所述光开关阵列(2)中的光开关为集成的热调制光开关或电调制光开关。8.根据权利要求7所述的光学相控阵，其特征在于：每一个天线阵列组(6)中波导光栅之间的间距是通过对波导光栅进行仿真优化确定的。9.根据权利要求8所述的光学相控阵，其特征在于：所述N个天线阵列组(6)中的波导光2CN108459448A权利要求书2/2页栅的光栅齿高度是通过仿真优化确定的。3CN108459448A说明书1/5页一种基于光学相控阵的二维光束扫描方法及光学相控阵技术领域[0001]本发明涉及一种基于片上光学相控阵的二维光束扫描方法，可应用于光通信，光学探测、光学成像等技术领域。背景技术[0002]相控阵是一种由相位控制阵元组成的阵列，通过调节每个阵元出射波相位来实现波束转向，相较