CN109407304B - 用于转向光束的有第一和第二转向部分的混合光束转向器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于转向光束的有第一和第二转向部分的混合光束转向器。非机械光束转向器可以提供光束以调节光束的角度，例如在视场上扫描光束。非机械光束转向器可包括转向元件的第一集合，其小于光束的尺寸。转向元件的第一集合可以通过衍射光束来调节光束的角度。非机械光束转向器还可包括转向元件的第二集合，其大于光束的尺寸。转向元件的第二集合可以通过折射光束来调节光束的角度。非机械光束转向器可以在没有补偿板的情况下操作，例如提供减小的光束转向器的尺寸和光束转向器的增加的接收角度。

Description

用于转向光束的有第一和第二转向部分的混合光束转向器
技术领域
本公开涉及用于转向光束的系统和方法。
背景技术
某些非机械光束转向器可在动态调节光束角度时面临挑战。
发明内容
在某些光束转向系统中，子孔径折射元件的阵列可用于调整光束的角度，同时减少衍射效应。可以减少衍射效应，例如通过灼烧折射阵列中的每个单独元件，并且另外，通过使用补偿板。补偿板的使用可导致光束转向器的尺寸增大，另外，可限制光束转向器的接收角度。发明人已经认识到，尤其需要一种可以在没有补偿板的情况下操作的非机械光束转向器，例如提供紧凑的光束转向器和增加的光束转向器的接收角度。在所附权利要求中提供了本公开的进一步的特征，除非在本文档的其他地方明确指出，否则这些特征可以任意地以任何排列或组合相互组合。
在一方面中，本公开的特征可以在于一种用于调节光束角度的光束转向装置。光束转向装置可包括离散的光束转向部分。离散的光束转向部分可包括子孔径光束转向元件集合，以在面内方向上衍射所述光束。光束转向装置还可包括连续的光束转向部分。连续的光束转向部分可包括全孔径折射光束转向元件的集合，以在面内方向上连续地折射所述光束。子孔径光束转向元件的集合可包括子孔径光束转向元件的第一集合以在第一面内方向衍射光束、和子孔径光束转向元件的第二集合以在第二面内方向折射光束，并且所述全孔径折射光束转向元件的集合可包括全孔径折射光束转向元件的第一集合以在第一面内方向连续地折射光束、和全孔径折射光束转向元件的第二集合以在第二面内方向连续地折射光束。所述第一面内方向和所述第二面内方向可以相对于平分线成角度相对。所述子孔径光束转向元件的第一集合可包括第一行的子孔径光束转向元件，其中第一行的子孔径光束转向元件中的子孔径光束转向元件的单独一个可具有这样的间距，该间距使得由子孔径光束转向元件的单独一个折射的光束的子孔径部分的角度对应于第一行的子孔径光束转向元件的衍射顺序的角度。子孔径光束转向元件的第二集合可包括第一行的子孔径光束转向元件，其中第一行的子孔径光束转向元件中的子孔径光束转向元件的单独一个可具有这样的间距，该间距使得由子孔径光束转向元件的单独一个折射的光束的子孔径部分的角度对应于第一行的子孔径光束转向元件的衍射顺序的角度。所述子孔径光束转向元件的第一和第二集合可各自包括至少一行的等腰三角形，其中每个单独等腰三角形可倾斜为使得所述等腰三角形的基部近似平行于所述光束的相应部分的行进方向，以减少所述光束的相应部分的压缩。所述子孔径光束转向元件的第一集合可包括：具有倾斜表面的第一行的子孔径折射元件，所述倾斜表面被布置为提供衍射光束转向和对应于每个子孔径折射元件的光束的尺寸减小；以及具有倾斜表面的第二行的子孔径折射元件，所述倾斜表面可相对于所述第一行的子孔径折射元件的倾斜表面布置，以提供进一步的光束转向和对应于每个子孔径元件的光束的尺寸增加，从而补偿由所述第一行的子孔径折射元件引起的光束尺寸的减小。倾斜表面可以相对于光束的行进方向倾斜。光束转向装置还可包括波导核心，成形为沿着波导的长度引导所述光束。光束转向装置还可包括覆层，包括能够与所述光束的一部分相互作用的电光材料(例如电光材料可以为光束提供折射率)。光束转向装置还可包括至少一个电极，该电极成形并设置为通过调节所述电光材料的折射率来调节所述光束在面内方向中的角度。光束转向装置还可包括消逝波出光耦合器以使所述光束在平面外方向上转向。
在一方面中，本公开的特征可以在于一种使用平面波导转向光束的方法。该方法可包括提供波导的离散的光束转向部分，包括子孔径光束转向元件的第一集合，以在第一面内方向衍射光束。该方法还可包括提供波导的连续的光束转向部分，包括子孔径光束转向元件的第一集合，以在第一面内方向折射光束。该方法还可包括：提供离散的光束转向部分，包括子孔径光束转向元件的第二集合，以在第二面内方向衍射光束；和提供连续的光束转向部分，包括子孔径光束转向元件的第二集合，以在第二面内方向折射光束，其中所述第一面内方向和所述第二面内方向可相对于平分线成角度相对。该方法还可包括提供第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合中的单独子孔径光束转向元件，从而以这样的角度折射光束的对应子孔径部分，该角度对应于第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的衍射顺序的角度。该方法还可包括提供耦合到第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的第一电极，以通过将一组离散的转向电压的一个应用于第一行的子孔径光束转向元件，将光束衍射为第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的一组衍射顺序的一个。该方法还可包括提供所述子孔径光束转向元件的第一集合中的至少一行的倾斜的等腰三角形以衍射光束，其中每个单独等腰三角形可以倾斜为使得所述等腰三角形的基部可近似平行于所述光束的相应部分的行进方向，以减少所述光束的相应部分的压缩。该方法还可包括提供：子孔径折射元件的第一集合中的第一行，以在第一方向提供衍射光束转向和对应每个子孔径折射元件的光束的大小减少；和子孔径折射元件的第一集合中的第二行，以进一步在第一方向提供光束转向和对应每个子孔径折射元件的光束的大小增加，从而补偿由所述第一行的子孔径折射元件引起的光束尺寸的减小。该方法还可包括提供波导核心以沿着波导的长度引导所述光束。该方法还可包括提供能够与所述光束的一部分相互作用的电光覆层。该方法还可包括提供至少一个电极，该电极成形并设置为通过调节电光覆层的折射率来调节所述光束在面内方向中的角度。
在一方面中，本公开的特征可以在于一种用于调节光束角度的波导。波导可包括波导核心，成形为沿着波导的长度引导所述光束。波导还可包括覆层，包括能够与所述光束的一部分相互作用的电光材料。波导还可包括电极，该电极成形并设置为通过调节所述电光材料的折射率来调节所述光束在面内方向中的角度。电极布置可包括离散的光束转向部分。离散的光束转向部分可包括子孔径光束转向元件集合以在面内方向衍射光束。电极布置还可包括连续的光束转向部分。连续的光束转向部分可包括全孔径折射光束转向元件的集合，以在面内方向连续地折射光束。子孔径光束转向元件的集合可包括第一行的子孔径光束转向元件，其中第一行的子孔径光束转向元件中的子孔径光束转向元件的单独一个可具有这样的间距，该间距使得由子孔径光束转向元件的单独一个折射的光束的子孔径部分的角度对应于第一行的子孔径光束转向元件的衍射顺序的角度。子孔径光束转向元件的集合可包括能够在第一面内方向转向光束的第一行的子孔径光束转向元件，其中第一行的子孔径光束转向元件中的子孔径光束转向元件的单独一个可具有这样的间距，该间距使得由子孔径光束转向元件的单独一个折射的光束的子孔径部分的角度对应于第一行的子孔径光束转向元件的衍射顺序的角度，并且其中子孔径光束转向元件的集合可包括能够在第二面内方向转向光束的第二行的子孔径光束转向元件，第二行的子孔径光束转向元件中的子孔径光束转向元件的单独一个可具有这样的间距，该间距使得由子孔径光束转向元件的单独一个折射的光束的子孔径部分的角度对应于第二行的子孔径光束转向元件的衍射顺序的角度。子孔径光束转向元件的集合可包括能够进一步在第一面内方向转向光束的第二行的子孔径光束转向元件，其中第二行的子孔径光束转向元件中的子孔径光束转向元件的单独一个可以具有与第一行中的单独子孔径光束转向元件相同的间距。
在一方面中，本公开的特征可以在于一种使用平面波导转向光束的方法。该方法可包括在第一面内方向离散地衍射光束的子孔径部分。该方法还可包括在第一面内方向连续地折射光束。该方法还可包括在第二面内方向离散地衍射光束的子孔径部分和在第二面内方向连续地折射光束，其中所述第一面内方向和所述第二面内方向相对于平分线成角度相对。该方法还可包括以这样的角度折射对应于单独子孔径折射元件的光束的子孔径部分，该角度对应于第一行的子孔径光束转向元件的第一集合的衍射顺序的角度。该方法还可包括通过将一组离散的转向电压的一个应用于第一行的子孔径光束转向元件，将光束衍射为第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的一组衍射顺序的一个。该方法还可包括使用子孔径光束转向元件的第一集合中的至少一行的倾斜的等腰三角形以衍射光束，其中每个单独等腰三角形倾斜为使得等腰三角形的基部近似平行于光束的相应部分的行进方向，以减少光束的相应部分的压缩。该方法还可包括在第一面内方向衍射地转向光束并且减小对应于第一行的子孔径折射元件中的每个子孔径折射元件的光束的大小，以及进一步在第一面内方向衍射地转向光束并且增加对应于多个子孔径折射元件的每个的光束的大小，从而补偿由所述第一行的子孔径折射元件引起的光束尺寸的减小。该方法还可包括：沿着波导的长度引导所述光束；和通过调节与光束的一部分相互作用的电光覆层的折射率来调节所述光束在面内方向中的角度。
附图说明
下现在将参照附图以举例的方式描述本公开，在附图中：
图1描述混合光束转向器的例子。
图2A描述混合光束转向器的例子。
图2B描述混合光束转向器的剖视图的例子。
图2C描述混合光束转向器的例子。
图2D描述混合光束转向器的例子。
图3A描述混合光束转向器的操作的例子。
图3B描述混合光束转向器的操作的例子。
图3C描述混合光束转向器的操作的例子。
图4描述混合光束转向器中衍射损失的模拟结果。
图5描述非机械光束转向器的例子。
图6A描述非机械光束转向器的操作的例子。
图6B描述非机械光束转向器的操作的例子。
图7描述使用非机械光束转向器转向光束的方法。
具体实施方式
非机械光束转向器可以提供光束以调节光束的角度，例如在视场上扫描光束。非机械光束转向器可用于激光雷达系统，如汽车激光雷达系统。子孔径折射元件阵列可以用于调整光束的角度，其中可以减少衍射效应，例如通过灼烧折射阵列中的每个单独元件，并且另外，通过使用补偿板。然而，补偿板的使用可导致光束转向器的尺寸增大，并且另外可限制光束转向器的接收角度。下面描述的是一种非机械光束转向器，其可以在没有补偿板的情况下操作，例如提供紧凑的光束转向器和光束转向器的增加的接收角度。
图1描述混合光束转向器的例子100。混合光束转向器100可包括离散的光束转向区域104和连续的光束转向区域120。离散的光束转向区域104可包括子孔径折射元件108的第一布置和子孔径折射元件112的第二布置。子孔径折射元件可以指的是小于光束大小的折射元件(例如光束可以跨越几个子孔径折射元件)。连续的光束转向区域120可包括全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置。全孔径折射元件可以指的是大于光束大小的折射元件(例如光束的尺寸小于全孔径折射元件)。在运行期间，光束130可以入射到离散的光束转向区域104。离散的光束转向区域104可以将光束130的角度调节离散角±Δθ粗糙(例如加或减两度)。连续的光束转向区域120可以将光束130的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的连续的角度(例如在-1度到正1度范围内的角度)。Δθ粗糙可以是Δθ精细的两倍大。施加的电压可用于调节离散的光束转向区域104和连续的光束转向区域120中的光束130的角度。
图2A描述混合光束转向器的例子，例如混合光束转向器100。混合光束转向器可包括离散的光束转向区域104和连续的光束转向区域120。离散的光束转向区域104可包括子孔径折射元件108的第一布置和子孔径折射元件112的第二布置。子孔径折射元件108的第一布置的折射率可以不同于子孔径折射元件112的第二布置的折射率。连续的光束转向区域120可包括全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置。全孔径折射元件121的第一布置的折射率可以不同于全孔径折射元件122的第二布置的折射率。子孔径折射元件108的第一布置可包括第一行的子孔径折射元件109和第二行的子孔径折射元件110。第一行的子孔径折射元件109可包括第一界面109a和第二界面109b。第二行的子孔径折射元件110可包括第一界面110a和第二界面110b。在运行期间，光束，例如光束130，可以入射在第一界面109a上并前往第二界面109b，在那里光束可以经历折射。除了在第二界面109b处折射之外，光束的尺寸可以在第二界面109b处折射时减小，例如由于第二界面109b相对于光束130的方向的相对角度。在例子中，其中光束130可以在第一行109中的几个子孔径折射元件上延伸，光束的每个相应部分的尺寸的减小可以导致光束的波前的空间幅度变化并且可以导致光束的衍射增加。光束130可以在被第二界面109b折射之后朝向第一界面110a行进并且入射在第一界面110a上。光束可以被第一界面110a折射，然后在离开第二行的子孔径折射元件110之前行进到第二界面110b。除了在第一界面110a处折射之外，光束130的尺寸可以在第一界面110a处折射时增加，例如由于第一界面110a相对于光束130的方向的相对角度。在例子中，其中光束130可以在第二行110中的几个子孔径折射元件上延伸，光束的每个相应部分的尺寸的增加可以抵消光束的每个相应部分的尺寸的相应减小，例如由第一行的子孔径折射元件109引起。抵消光束的每个相应部分的尺寸的减小，例如由第一行的子孔径折射元件109引起的减小，可以在光束的波前提供减小的幅度变化，以便提供减小的衍射效果。第一行的子孔径折射元件109的相邻部分可以在光束中引起空间相位不连续，例如可以引起光束的衍射。可以选择第二界面109b的间距，以便以与第一行的子孔径折射元件109的衍射顺序相对应的角度提供光束的折射。第二行的子孔径折射元件110的相邻部分可以在光束中引起空间相位不连续，例如可以引起光束的衍射。可以选择第一界面110a的间距，例如以与第二行的子孔径折射元件110的衍射顺序相对应的角度提供光束的折射。在例子中，子孔径折射元件108的第一布置或子孔径折射元件112的第二布置的折射率可以被调节，从而以与第一行的子孔径折射元件109或第二行的子孔径折射元件110的衍射顺序相对应的角度提供光束130的折射。在离开第二界面110b之后，光束可以被引导到连续的光束转向区域120。在例子中，可以选择第二界面109b的间距，例如以不对应于第一行的子孔径折射元件109的衍射顺序的角度提供光束的折射。然后可以将光束引导到第一界面110，并且可以选择第一界面110a的间距，以便以与第二行的子孔径折射元件110的衍射顺序相对应的角度提供光束的折射。然后，光束可以在全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置之间的每个界面123处折射。在例子中，全孔径折射元件121的第一布置或全孔径折射元件122的第二布置的折射率可以调节以调节每个界面123处的光束130的折射。在例子中，子孔径折射元件108的第一布置的折射率大于子孔径折射元件112的第二布置的折射率，离散的光束转向区域104可以在第一方向上调节光束130的角度。在例子中，子孔径折射元件108的第一布置的折射率小于子孔径折射元件112的第二布置的折射率，离散的光束转向区域104可以在第二方向上调节光束130的角度。第一方向和第二方向可相对于平分线成角度相对。在例子中，全孔径折射元件121的第一布置的折射率大于全孔径折射元件122的第二布置的折射率，连续的光束转向区域120可以在第一方向上调节光束130的角度。在例子中，全孔径折射元件121的第一布置的折射率小于全孔径折射元件122的第二布置的折射率，连续的光束转向区域120可以在第二方向上调节光束130的角度。第一方向和第二方向可以相对于平分线成角度相对。
图2B描述混合光束转向器的剖视图，例如混合光束转向器100。混合光束转向器100可包括电极140、第一覆层144、波导核心148和第二覆层152的布置。在运行期间，光束130可以通过波导核心148引导。电极布置140可包括图案，例如对应于折射布置108、112、121和122的图案，如图2A所示。响应于施加到电极布置140的电压，可以在第一覆层144中形成折射形状的图案，折射形状的图案与电极布置140的形状相同。电极布置140可包括一个或多个电极，其中一个或多个电极中的每一个可以对应于折射布置108、112、121和122中的一个。在第一覆层144中形成的折射形状可以调节通过波导核心148引导的光束的面内角，如上面关于图2A所描述的。在例子中，第一覆层144可包括液晶材料，并且施加到电极布置140的电压可以提供液晶材料的折射率的变化，例如在第一覆层144中提供对应于电极布置140的形状的折射形状。波导核心148或第二覆层152可以是导电的，例如在第一覆层144的区域中提供均匀的电场线(例如类似于平行板电容器中的电场线的电场线)。
图2C描述混合光束转向器的例子，其中离散的光束转向区域104可包括第一行的子孔径等腰形状的折射元件160和第二行的子孔径等腰形状的折射元件164。在运行期间，光束，例如光束130，可以通过第一行的子孔径等腰形状的折射元件160在第一方向折射，并且可以通过第二行的子孔径等腰形状的折射元件164在第二方向折射。第一行的子孔径等腰形状的折射元件160和第二行的子孔径等腰形状的折射元件164中的每个单独折射元件可包括大致平行于光束130的行进方向倾斜的基部，以便减小光束130的相应部分的压缩。
图2D描述混合光束转向器的例子，可包括另外的离散的光束转向区域105。离散的光束转向区域104、105中的每个可以将光束130的角度单独调节离散角±Δθ粗糙。结合起来，离散的光束转向区域104和105可以将光束130的角度调节离散角±2Δθ粗糙、±Δθ粗糙或0。
图3A描述混合光束转向器的操作的例子，例如混合光束转向器100。离散的光束转向区域104可以将光束130的角度调节离散角±Δθ粗糙。连续的光束转向区域120可以将光束130的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的连续的角度。结合起来，离散的光束转向区域104和连续的光束转向区域108可以在三个角度范围170、174、178上调节光束的角度。对于第一角度范围170，可以将一个或多个电压施加到离散的光束转向区域104中的电极以将光束的角度调节离散角-Δθ粗糙，并且可以将一个或多个可变电压施加到连续的光束转向区域120中的电极以将光束的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的连续的角度。因此，在第一角度范围170中，可以将光束的角度调节从-Δθ粗糙-Δθ精细到-Δθ粗糙+Δθ精细的范围。对于第二角度范围174，可以将具有近似零值的一个或多个电压施加到离散的光束转向区域104中的电极，并且光束的角度可以未被离散的光束转向区域104改变。可以将一个或多个可变电压施加到连续的光束转向区域120中的电极以将光束的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的连续的角度。因此，在第二角度范围174中，可以将光束的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的范围。对于第三角度范围178，可以将一个或多个电压施加到离散的光束转向区域104中的电极，以将光束的角度调节离散角+Δθ粗糙，并且可以将一个或多个可变电压施加到连续的光束转向区域120中的电极以将光束的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的连续的角度。因此，在第三角度范围178中，可以将光束的角度调节从+Δθ粗糙-Δθ精细到+Δθ粗糙+Δθ精细的范围。
图3B描述混合光束转向器的操作的方法，例如混合光束转向器100。混合光束转向器可以将光束的面内角调节从-Δθmax到+Δθmax的范围，其中Δθmax可以对应Δθ粗糙+Δθ精细。对于第一角度范围170，可以将电压施加到电极以调节子孔径折射元件112的第二布置的折射率，以便将光束的角度调节角度-Δθ粗糙。另外，可以将电压施加到电极以调节全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置的折射率，以便将光束的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的范围。因此，通过向相应的电极施加电压以调节折射元件112、121和122的折射率，可以在第一角度范围170内调节光束的角度。对于第二角度范围174，子孔径折射元件108和112的第一布置和第二布置可以是无源的(例如，具有近似零值的电压可以施加到对应于折射元件108和112的电极)。可以将电压施加到电极以顺序地调节全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置的折射率，以便将光束的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的范围。因此，通过向相应的电极施加电压以调节折射元件121和122的折射率，可以在第二角度范围174内调节光束的角度。对于第三角度范围178，可以将电压施加到电极以调节子孔径折射元件108的第一布置的折射率，例如将光束的角度调节角度+Δθ粗糙。另外，可以将电压施加到电极以顺序地调节全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置的折射率，以便将光束的角度调节从-Δθ精细到+Δθ精细的范围。因此，通过向相应的电极施加电压以调节折射元件108、121和122的折射率，可以在第三角度范围178内调节光束的角度。
图3C描述混合光束转向器的操作的方法，例如混合光束转向器100。图3C中所示的操作方法类似于关于图3B描述的操作方法，除了在图3C中，可以将电压施加到相应的电极以同时调节全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置的折射率。这与图3B中所示的操作方法形成对比，其中顺序地调节全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置的折射率。
图4描述作为施加电压的函数的衍射损耗(例如，从中心光束射出的衍射散射)的模拟结果，其可以调节子孔径折射元件109或110的行之一的折射率。随着施加的电压增加，当子孔径折射元件的单独一个的折射角对应于子孔径折射元件的行的衍射顺序时，可以减少衍射损失。在图4描述的例子中，子孔径折射元件的行可包括当子孔径折射元件的单独一个折射角对应于四个衍射顺序中的一个时，可以减少四阶衍射光栅和衍射损耗。
第四衍射顺序可以对应于最大转向电压(例如，可以应用于调节子孔径折射元件的行的折射率的最大可允许电压)。在例子中，其中子孔径折射元件的行可包括n阶衍射光栅，最大转向电压可对应于n阶衍射光栅，并且子孔径折射元件的行可以在n个离散角处在减少的衍射损耗的情况下转向光束，其中n可以是正整数。
图5描述非机械光束转向器的例子500。非机械光束转向器可包括入光耦合器504、混合光束转向器100和出光耦合器508。在运行期间，光束130可通过入光耦合器504耦合到非机械光束转向器500中。入光耦合器504可包括消逝波入光耦合器或衍射入光耦合器。光束130然后可以被引导到混合光束转向器100。混合光束转向器可以调节光束130的面内角。光束130然后可通过出光耦合器508从混合光束转向器100耦合出来。出光耦合器508可包括衍射出光耦合器或消逝波出光耦合器，例如Anderson et al.的美国专利公开No.US 2017/0153530 A1中所述的消逝波出光耦合器，其全部内容在此引入作为参考。在例子中，出光耦合器508可以调节光束120在面外方向上的角度。
图6A描述非机械光束转向器的操作的例子，例如非机械光束转向器500。非机械光束转向器可以动态调整光束的角度，例如跨越二维视场600扫描光束130。出光耦合器508可以调整光束在面外方向上的角度，例如响应于施加的电压，并且混合光束转向器100可以调整光束在面内方向中的角度，例如响应于施加的电压。混合光束转向器100如路径620所示，可以在三个角度范围170、174和178上连续地调整光束的角度。然后可以通过出光耦合器508调节光束的面外角度。混合光束转向器100可以在三个角度范围170、174和178上连续地调节光束的角度，如路径621所示。扫描可以沿着路径622-628继续，并且出光耦合器508和混合光束转向器100可以跨越关注度600的二维场扫描光束，包括角度170、174、178和610范围内的角度。在角度范围170、174和178之间的每个边界处，可以调节施加到混合光束转向器100内的离散的光束转向区域的电压。
图6B描述非机械光束转向器的操作的例子，例如非机械光束转向器500。类似于图6A，非机械光束转向器可以动态地调整光束的角度，例如跨越二维场600扫描光束。出光耦合器508可以调整光束在面外方向上的角度，例如响应于施加的电压，并且混合光束转向器100可以调整光束在面内方向中的角度，例如响应于施加的电压。在图6B描述的例子中，可以减少在扫描光束期间施加到离散的光束转向区域(例如离散的光束转向区域108)的多个电压变化。当离散的光束转向区域比非机械光束转向器500的其他部分响应电压变化更慢时，应用于离散的光束转向区域的电压变化的这种减少可能是有利的。如路径650a所示，混合光束转向器100可以在第一角度范围170上连续地调整光束的角度。然后可以通过出光耦合器508调节光束的面外角度。然后，混合光束转向器100可以在第一角度范围170上连续地调节光束的角度，如路径650b所示。扫描可以沿着路径650c-650k继续，并且出光耦合器508和混合光束转向器108可以在角度170和610的范围内的角度上扫描光束。然后，可以改变施加到离散的光束转向区域108的电压，并且混合光束转向器108和出光耦合器508可以沿着路径655a-655k和出光耦合器508以及混合光束扫描光束。转向器108可以在角度174和610的范围内的角度扫描光束。然后，可以改变施加到离散的光束转向区域108的电压，并且混合光束转向器108和出光耦合器508可以沿着路径660a-660k和出光耦合器508以及混合光束扫描光束。转向器108可以在角度178和610的范围内的角度扫描光束。
图7描述使用非机械光束转向器转向光束的方法，例如平面波导。波导的离散的光束转向部分，例如可提供离散的光束转向区域104(步骤710)。波导的离散的光束转向部分可包括子孔径光束转向元件的第一集合，例如子孔径折射元件108的第一布置。所述子孔径光束转向元件的第一集合可在第一面内方向衍射光束。可提供波导的连续的光束转向部分，例如连续的光束转向区域120(步骤720)。波导的连续的光束转向部分可包括子孔径光束转向元件的第一集合，例如全孔径折射元件121的第一布置和全孔径折射元件122的第二布置。全孔径折射元件121的第一布置可在第一面内方向折射光束。波导的离散的光束转向部分可包括子孔径光束转向元件的第二集合，例如子孔径折射元件112的第二布置。子孔径光束转向元件的第二集合可在第二面内方向衍射光束。连续的光束转向部分可包括子孔径光束转向元件的第二集合，例如全孔径折射元件122的第二布置。全孔径折射元件122的第二布置可在第二面内方向折射光束。所述第一面内方向和所述第二面内方向可以相对于平分线成角度相对。所述子孔径光束转向元件的第一集合可包括第一行的子孔径光束转向元件，其可以这样的角度反射光束的对应子孔径部分，该角度对应于第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的衍射顺序的角度(步骤730)。可提供耦合到第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的第一电极，例如通过将一组离散的转向电压中的一个应用到第一行的子孔径光束转向元件，例如以将光束衍射为第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的一组衍射顺序中的一个(步骤740)。
本文描述的每个非限制性方面可以独立存在，或者可以以各种排列组合或与一个或多个其他示例组合。以上详细描述包括对附图的参考，附图形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。这些示例除了示出或描述的那些之外还可以包括元件。然而，本发明人还设想了仅提供所示出或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑使用关于特定示例(或其一个或多个方面)或关于其他示例示出或描述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例。(或其一个或多个方面)在此示出或描述。如果本文档与通过引用并入的任何文档之间的使用不一致，则以本文档中的用法为准。
在该文献中，术语“一种”或“一个”在专利文献中是常见的，包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。“在本文件中，术语”或“用于表示非排他性的，或者”A或B“包括”A但不是B“，”B但不是A“和”A和B“，除非另有说明表示。在本文中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的普通英语等同物。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”。是开放式的，即除了在权利要求中的这一术语之后列出的元件之外的元件的系统，装置，物品，组合物，配方或工艺仍被认为属于该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。
这里描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备以执行如以上示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在例子中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性，非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如光盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图无人认领的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求作为示例或实施例被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (10)

1.一种用于调节光束角度的光束转向装置，该光束转向装置包括：
第一光束转向部分，将所述光束的角度调节离散的角度，包括：
子孔径光束转向元件的集合，在面内方向上折射并衍射所述光束，所述子孔径光束转向元件具有小于所述光束的大小；和
第二光束转向部分，将所述光束的角度调节连续的角度，包括：
全孔径折射光束转向元件的集合，在面内方向上折射所述光束，所述全孔径折射光束转向元件具有大于所述光束的大小，
其中所述子孔径光束转向元件的集合包括子孔径光束转向元件的第一集合以在第一面内方向折射并衍射所述光束，和子孔径光束转向元件的第二集合以在第二面内方向折射并衍射所述光束；
其中所述全孔径折射光束转向元件的集合包括全孔径折射光束转向元件的第一集合以在所述第一面内方向折射所述光束，和全孔径折射光束转向元件的第二集合以在所述第二面内方向折射所述光束；
其中所述子孔径光束转向元件的第一和第二集合每个包括至少一行的等腰三角形，其中每个单独等腰三角形倾斜为使得所述等腰三角形的基部近似平行于所述光束的相应部分的行进方向，以减少所述光束的相应部分的压缩；并且
其中所述子孔径光束转向元件的第一集合包括第一行的子孔径光束转向元件，所述第一行的子孔径光束转向元件中的子孔径光束转向元件的单独一个具有这样的间距，该间距使得由子孔径光束转向元件的单独一个折射的光束的子孔径部分的角度对应于第一行的子孔径光束转向元件的衍射顺序的角度，所述第一行的子孔径光束转向元件包括n阶衍射光栅，并能够在n个离散角处在减少的衍射损耗的情况下使所述光束转向，其中n是正整数。
2.根据权利要求1所述的光束转向装置，其中所述第一面内方向和所述第二面内方向相对于平分线成角度相对。
3.根据权利要求1所述的光束转向装置，其中所述子孔径光束转向元件的第一集合包括：具有倾斜表面的第一行的子孔径折射元件，所述倾斜表面被布置为提供衍射光束转向和对应于每个子孔径折射元件的光束的尺寸减小；以及具有倾斜表面的第二行的子孔径折射元件，所述倾斜表面相对于所述第一行的子孔径折射元件的倾斜表面布置，以提供进一步的光束转向和对应于每个子孔径元件的光束的尺寸增加，从而补偿由所述第一行的子孔径折射元件引起的光束尺寸的减小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光束转向装置，包括：
波导核心，成形为沿着波导的长度引导所述光束；和
覆层，包括能够与所述光束的一部分相互作用的电光材料；
其中所述第一光束转向部分和第二光束转向部分中的至少一个包括至少一个电极，该电极成形并设置为通过调节所述电光材料的折射率来调节所述光束在面内方向中的角度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光束转向装置，包括消逝波出光耦合器以使所述光束在平面外方向上转向。
6.一种使用平面波导转向光束的方法，该方法包括：
使用第一光束转向部分在第一面内方向折射并衍射所述光束，所述第一光束转向部分将所述光束的角度调节离散的角度，并包括具有小于所述光束的大小的子孔径光束转向元件的第一集合；
使用第二光束转向部分在第一面内方向折射所述光束，所述第二光束转向部分将所述光束的角度调节连续的角度，并包括具有大于所述光束的大小的全孔径折射光束转向元件的第一集合；
使用子孔径光束转向元件的第一集合中至少一行的倾斜的等腰三角形衍射所述光束，其中每个单独等腰三角形倾斜为使得所述等腰三角形的基部近似平行于所述光束的相应部分的行进方向，以减少所述光束的相应部分的压缩；和
以这样的角度折射对应于单独子孔径折射元件的光束的子孔径部分，该角度对应于第一行的子孔径光束转向元件的第一集合的衍射顺序的角度，所述第一行的子孔径光束转向元件包括n阶衍射光栅，并能够在n个离散角处在减少的衍射损耗的情况下使所述光束转向，其中n是正整数。
7.根据权利要求6所述的方法，包括在第二面内方向衍射所述光束的子孔径部分，并且在所述第二面内方向折射所述光束，其中所述第一面内方向和所述第二面内方向相对于平分线成角度相对。
8.根据权利要求6所述的方法，包括通过将一组离散的转向电压中的一个应用于第一行的子孔径光束转向元件，将所述光束衍射成第一行的所述子孔径光束转向元件的第一集合的一组衍射顺序中的一个。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，包括在所述第一面内方向衍射地转向所述光束并且对应于第一行的子孔径折射元件中的每个子孔径折射元件降低所述光束的尺寸，以及进一步在所述第一面内方向衍射地转向所述光束并且对应于多个子孔径折射元件中的每个增加所述光束的尺寸，从而补偿由所述第一行的子孔径折射元件引起的光束尺寸的减小。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，包括：
沿着波导的长度引导所述光束；和
通过调节与所述光束的一部分相互作用的电光覆层的折射率来调节所述光束在面内方向中的角度。
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