CN112445013A - 光学相控阵列及其校正相位的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光学相控阵列，包括：光注入器；第一分离器，连接到光注入器；第一移相器，连接到第一分离器；多个波导，连接到第一分离器，并且多个波导的部分经由第一移相器连接到第一分离器；天线阵列，连接到多个波导；单模滤光器，设置在多个波导的每一个中；以及第一光电检测器，连接到第一分离器并配置为检测被辐射到天线阵列上的光的一部分。

Description

光学相控阵列及其校正相位的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0106132的优先权，其公开内容通过全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开的示例实施例涉及光学相控阵列，更具体地，涉及包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件在内的光学相控阵列以及使用该光学相控阵列进行相位校正的方法。
背景技术
相控阵列包括发射相控电磁波的多个组成元件。相控阵列是可以通过适当地控制组成元件之间的相位差以控制电磁波的辐射角在期望方向上而引起相消和相长干涉现象的设备。
光学相控阵列(OPA)是指相对于几微米(μm)或更小的电磁波的短波长(即相对于光信号)操作的相控阵列。OPA可以仅通过电信号来控制光信号的辐射角，而无需机械运动，因此，可以形成高速和高可靠性的光束转向。OPA还可以用于自动驾驶光检测和测距(LiDAR)。
OPA可以以几种方式形成。例如，可以通过使用半导体工艺在硅或氧化硅(SiO2)基板上形成构成OPA的构件来形成OPA。构件可以形成为集成形式。以这种形式形成的OPA被称为OPA芯片。
OPA包括光源，并且光通过分光器被分成N个通道。光源可以被掩埋在OPA芯片中，或者可以通过光纤等从OPA芯片的外部输入。每个分离的通道由移相器和天线组成。移相器向N个通道中的每个通道提供不同的相位差。每个通道中具有不同相位的光信号通过天线阵列而受到干扰，因此成为具有方向性的单个光束。光束被发射的方向可以根据通道之间的相位差条件而变化。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了可以相对简单地执行OPA相位校正的OPA。
一个或多个示例实施例还提供了可以相对快速地执行OPA相位校正的OPA。
一个或多个示例实施例还提供了可以增加关于OPA相位校正的可靠性的OPA。
一个或多个示例实施例还提供了通过使用OPA而快速且可靠地执行OPA相位校正的方法。
附加方面部分地将在以下描述中阐述，且部分地将通过以下描述而变得清楚明白，或者可以通过实践示例实施例来获知。
根据示例实施例的一方面，提供了一种光学相控阵列OPA，包括：光注入器；第一分离器，连接到光注入器；第一移相器，连接到第一分离器；多个波导，连接到第一分离器，多个波导的部分经由第一移相器连接到第一分离器；天线阵列，连接到多个波导；单模滤光器，设置在多个波导的每一个中；以及第一光电检测器，连接到第一分离器并设置为检测被辐射到天线阵列上的光的一部分。
OPA还可以包括：多个分离器，设置在第一分离器和多个波导之间；和多个光电检测器，连接到多个分离器。
OPA还可以包括设置在多个分离器之间的多个移相器。
关于OPA，其中，一个波导和第一光电检测器可以连接到光进入和离开的第一分离器的第一侧，其中，两个波导连接到第一分离器的第二侧并从第一分离器分叉，其中，第一移相器设置在两个波导之一上。
关于OPA，其中，一个波导和光电检测器可以连接到光进入和离开的多个分离器中的每一个的第一侧，并且其中两个波导连接到多个分离器中的每一个的第二侧并从多个分离器中的每一个分叉。
第一光电检测器可以包括分别设置在波导的两侧上的第一光接收元件和第二光接收元件。
连接到多个分离器中的每一个的第一侧的光电检测器可以包括设置在一个波导的两侧上的第一光接收元件和第二光接收元件。
多个光电检测器可以设置在如下位置，该位置被配置为接收当被辐射到天线阵列的光通过多个波导而穿过多个分离器时从波导偏离的光。
单模滤光器可以被集成到多个波导的每一个中。
单模滤光器可以包括：具有第一宽度的第一部分；具有第二宽度的第二部分；以及具有第三宽度的第三部分；其中，第一宽度、第二宽度以及第三宽度彼此不同。
关于OPA，其中，一个波导和光电检测器可以连接到光进入和离开的多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导连接到多个分离器中的每一个的第二侧并从多个分离器中的每一个分叉，并且其中，多个移相器中的每一个设置在从多个分离器中的每一个分叉的两个波导之一中。
关于OPA，其中，多个移相器的数量与多个分离器的数量可以相等，或者，多个移相器的数量可以大于设置在光注入器和天线阵列之间的多个分离器的数量。
当多个移相器的数量大于多个分离器的数量时，多个移相器可以设置在第一分离器与天线阵列之间所设置的多个波导的每一个中。
OPA还可以包括热屏蔽元件，该热屏蔽元件设置在第一移相器和多个移相器中的每一个周围。
关于OPA，其中，一个波导可以连接到光进入和离开的多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导可以连接到多个分离器中的每一个的第二侧并从多个分离器中的每一个分叉，并且其中，抽头耦合器可以被设置为与连接到多个分离器中的每一个的第一侧的一个波导相邻。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种光学相控阵列(OPA)，包括：光接收器；第一分离器，连接到光接收器；第一移相器，连接到第一分离器；多个波导，连接到第一分离器，多个波导的部分经由第一移相器连接到第一分离器；天线阵列，连接到多个波导；以及单模滤光器，设置在多个波导的每一个中。
OPA还可以包括：多个分离器，设置在第一分离器和多个波导之间；和多个光电检测器，连接到多个分离器。
OPA还可以包括设置在多个分离器之间的多个移相器。
关于OPA，其中，一个波导可以连接到光进入和离开的第一分离器的第一侧，并且两个波导可以连接到第一分离器的第二侧并从第一分离器分叉，其中，第一移相器可以设置在从第一分离器分叉的两个波导之一上。
关于OPA，其中，一个波导和光电检测器可以连接到光进入和离开的多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导可以连接到多个分离器中的每一个的第二侧并从多个分离器中的每一个分叉。
连接到多个分离器中的每一个的第一侧的光电检测器可以包括分别设置在一个波导的各侧上的第一光接收元件和第二光接收元件。
多个光电检测器可以设置在如下位置，该位置被配置为接收当被辐射到所述天线阵列的光通过所述多个波导而穿过多个分离器时从波导偏离的光。
单模滤光器可以被集成到多个波导的每一个中。
单模滤光器可以包括：具有第一宽度的第一部分；具有第二宽度的第二部分；以及具有第三宽度的第三部分；其中，第一宽度、第二宽度以及第三宽度彼此不同。
对于OPA，其中，一个波导和第一光电检测器可以连接到光进入和离开的多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导可以连接到多个分离器中的每一个的第二侧并从多个分离器中的每一个分叉，并且其中，多个移相器中的每一个可以设置在从多个分离器中的每一个分叉的两个波导之一中。
多个移相器的数量与多个分离器的数量可以相等，或者，多个移相器的数量可以大于设置在光接收器和天线阵列之间的多个分离器的数量。
当多个移相器的数量大于多个分离器的数量时，移相器可以设置在所述第一分离器与所述天线阵列之间所设置的多个波导的每一个中。
OPA还可以包括热屏蔽元件，该热屏蔽元件设置在第一移相器和多个移相器中的每一个周围。
关于OPA，其中，一个波导可以连接到光进入和离开的多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导可以连接到多个分离器中的每一个的第二侧并从多个分离器中的每一个分叉，并且其中，抽头耦合器可以被设置为与连接到多个分离器中的每一个的第一侧的一个波导相邻。
根据示例实施例的又一方面，提供了一种校正光学相控阵列(OPA)相位误差的方法，该方法包括：从OPA的外部向OPA的天线阵列辐射光；测量与第一位置处的辐射的光的至少一部分相对应的电信号，第一位置设置在沿着波导与天线阵列相距的第一距离处；基于所测量的电信号获得相位校正值；将所获得的相位校正值应用于OPA。
可以对包括在OPA中的多个波导同时执行电信号的测量。
测量电信号可以包括：基于传输辐射的光的两个相邻波导之间的相位差，测量与从设置在第一位置处的通道偏离的光相对应的电信号。
测量电信号可以包括：测量从设置在第一位置处并被配置为接收光的至少一部分的光电检测器发射的电信号。
在第一位置处完成相位校正之后，当OPA正常操作时，在光被注入到的光注入器与第一位置之间的第二位置处重复该方法。
光电检测器可以包括分别与设置在第一位置处的分离器相连接的第一光接收元件和第二光接收元件。
光电检测器可以包括抽头耦合器，该抽头耦合器被设置为与波导相邻。
当测量第二位置处的电信号时，可以对设置在第一位置和第二位置之间的多个波导同时执行测量。
在第二位置处完成相位校正之后，可以在光注入器与第二位置之间的第三位置处重复该方法。
移相器可以设置在多个波导的每一个中。
在光注入器与天线阵列之间设置多个分离器和多个移相器，多个分离器的数量与多个移相器的数量相等。
热屏蔽元件可以设置在移相器的每一个上。
单模滤光器设置在多个波导的每一个中。
单模滤光器可以被集成到多个波导的每一个中。
单模滤光器可以包括：具有第一宽度的第一部分；具有第二宽度的第二部分；以及具有第三宽度的第三部分；其中，第一宽度、第二宽度以及第三宽度彼此不同。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的示例实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是示出根据示例实施例的相对于在光学相控阵列(OPA)制造过程期间产生的相位误差的校正方法的构思的框图；
图2是示出根据示例实施例的校正在OPA制造过程期间产生的相位误差的方法的流程图；
图3是示出根据示例实施例的第一OPA的平面图，该第一OPA包括用于校正在制造过程期间产生的相位误差的构件；
图4是示出根据示例实施例的根据在OPA的3×2分光器中的通过两个输入通道传输的光之间的相位差，输出到分光器的主路径的光信号的强度和输出到分光器的侧路径的光信号的强度的变化的曲线图，其中所述OPA包括用于校正在制造过程期间产生的相位误差的构件；
图5是示出根据示例实施例的第二OPA的平面图，该第二OPA包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件；
图6是示出根据示例实施例的第三OPA的平面图，该第三OPA包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件；
图7是示出根据示例实施例的第四OPA的平面图，该第四OPA包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件；
图8是沿图7的线8-8′截取的截面图；
图9是示出根据示例实施例的第五OPA的平面图，该第五OPA包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件；
图10是示出根据示例实施例的包括在OPA中的单模滤光器的示例的平面图，该OPA包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件。
具体实施方式
现在详细参考附图中所示的示例实施例，其中贯穿附图相同的附图标记指代相同的元件。在这点上，示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应理解为包括仅a、仅b、仅c，a和b两者，a和c两者，b和c两者、或a、b和c全部。在整个说明书中，除非另有说明，否则当一部分“包括”一个元件时，还可以包括另一元件，而不是排除另一元件的存在。
在理想的光学相控阵列(OPA)芯片中，如果所有通道的波导长度被匹配并且没有电压施加到移相器，也就是说，没有发生相位调制，则从天线阵列发射的光束在与波导传播方向平行的方向上被收集和被辐射。
然而，在实际制造的OPA中，波导的宽度沿行进方向具有几纳米内的误差。因此，在实际制造的OPA的波导的光学路径与其设计值之间存在误差。
通常，当波导的长度为数百μm或更大时，由于工艺误差引起的相位变化在0至2π的范围内变得随机，也就是说，难以预测工艺误差。结果，即使在设计阶段匹配所有通道的长度，光束也可能由于制造过程中的工艺误差而不在一个方向上会聚。因此，需要确定N个移相器的驱动条件从而以期望的辐射角发射光束。然而，在通过相关技术的相机观察光束形状之后改变移相器的驱动条件的方法的情况下，通常使用了相对昂贵的红外相机。
另外，在相关技术的方法中，通过单独地控制OPA芯片的每个通道的移相器来优化输出光束的形状。但是，存在这样的问题：随着移相器的数量增加(例如，增加了数十个或数百个或更多)，校正时间也呈指数增加。
根据示例实施例的OPA相位误差校正方法可以改善或解决这些问题，并且在不使用相机的情况下校正在制造过程期间产生的相位误差，将光注入到从OPA芯片发射光的区域中，并测量从OPA芯片产生的电信号。
在下文中，将参考附图详细描述包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件在内的光学相控阵列以及通过使用该光学相控阵列来校正相位误差的方法。在该过程中，为了清楚起见，附图中示出的层或区域的厚度可能被放大。
首先，将描述根据示例实施例的相对于在OPA制造过程中产生的相位误差的校正方法的构思。
如图1所示，可以以给定的入射角将光照射或注入到OPA芯片100的光学相控阵列区域140的天线区域150中。天线区域150可以包括天线阵列。注入到天线区域150的光L1沿光学相控阵列区域140中的光波导(通道)、以与当完成相位误差校正时在OPA芯片100以光发射模式正常操作时传输光的方向相反的方向传输。当光L1传输通过光学相控阵列区域140的波导之中存在在制造过程期间产生的相位误差的波导时，由于相位误差，一些光可能被发射到相应波导彼此相遇的区域的外部。发射到外部的光由能够进行光电转换的光电检测器检测。光电检测器可以是例如光电二极管或包括光电二极管。从光电检测器产生与检测到的光相对应的电信号ES1。也就是说，从OPA芯片100产生与相位误差相对应的光电转换信号。与光电转换信号相对应的电信号ES1被发送到与OPA芯片100连接的信号处理器110。信号处理器110基于电信号ES1计算去除相位误差所需的相位校正值，并将与相位校正值相对应的信号ES2发送给相位调谐器120。相位调谐器120根据与所发送的相位校正值相对应的信号ES2将相位校正值ES3发送到OPA芯片100。包括在光学相控阵列区域140中的移相器的相位由从相位调谐器120发送的相位校正值ES3控制。可以重复上述过程，直到去除相位误差或将相位误差降低到期望的水平。在图1中，附图标记130可以是光源或光被注入的光注入单元(或光注入器)。
图2示出了根据示例实施例的基于图1所示的相位误差校正方法来校正在OPA制造过程中产生的相位误差的方法(在下文中，称为OPA校正方法)的流程图。
参考图2，在根据示例实施例的OPA校正方法中，首先，将光注入到校正对象OPA的天线阵列中(S11)。在第一操作S11中注入的光可以是属于注入到OPA的光注入单元中的光的波长范围的光，该OPA的相位校正已完成。例如，当OPA正常操作时，假设注入到光注入单元的光使用属于特定波长范围的红外线，则在第一操作S11中注入到天线阵列的光也可以是属于特定波长范围的红外线。例如，在第一操作S11中注入到天线阵列的光可以是红外波段的激光。当将光注入到天线阵列时，如果使用准直器，则整个天线阵列可以被光均匀地照射。光注入还可以应用于稍后描述的OPA。
接下来，不管OPA是否具有相位误差，在当OPA正常操作时从光源发射的光通过多个波导通道被辐射通过天线阵列的过程的相反过程中，注入到天线阵列的光被传输到OPA中。注入的光是沿着包括在OPA中的多个通道从天线阵列朝向光源传输的光，并且在该过程中，可以产生根据注入的光的至少一部分的光电转换的电信号，而不管沿每个通道传输的光之间的相位差。当沿每个通道传输的光之间存在相位差时与当沿每个通道传输的光之间不存在相位差时所产生的电信号的幅度可能不同。此外，当沿每个通道传输的光之间存在相位差时，所产生的电信号的幅度也可能根据相位差的幅度而不同。
以这种方式，随着在第一操作S11中注入的光被传输到OPA中，从OPA产生电信号，并且该电信号包括关于OPA是否具有在制造过程中产生的相位误差的信息以及关于如果存在相位误差则相位误差是多少的信息。因此，可以通过测量电信号来获得关于OPA的相位误差的信息。第二操作是测量来自OPA的电信号(S22)。
第三操作是在通过分析在第二操作S22中测量的电信号来确定是否存在OPA的相位误差以及相位误差的程度之后，计算用于校正OPA的相位误差的相位校正值(S33)。
也就是说，在第三操作S33中，当注入用于校正相位误差的光传输通过每个通道时，如果基于所测量的电信号确定OPA具有相位误差，则对应校正注入的光的相位的量进行分析，并根据分析，计算要应用于包括在OPA中的移相器以用于校正穿过每个通道的注入的光的相位的电信号值(相位校正值)。
在第四操作中，将如上计算的相位校正值应用于OPA以校正OPA的相位(S44)。结果，可以校正在OPA的制造过程中产生的相位误差。可以通过对OPA进行单个相位校正来消除OPA的相位误差，或者将OPA的相位误差降低到期望的水平。由于可能在包括在OPA中的所有多个通道中产生OPA的相位误差，所以对OPA的相位校正可以是对包括在OPA中的多个通道的某些部分的通道中产生的相位误差进行校正。用于对多个通道的剩余部分的通道上的相位误差进行校正的相位校正过程应当被连续地执行。
然后，重复相位校正(S55)。如果在第四操作S44中执行的对OPA的相位校正过程被称为第一相位校正过程，则可以随后在第一至第四操作(S11至S44)中执行第二和第三相位校正过程，换句话说，可以重复地执行第一相位校正过程。
将在包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件在内的OPA的描述中进一步描述根据示例实施例的OPA校正方法。
图3示出根据示例实施例的第一OPA 200。
参考图3，根据示例实施例的第一OPA 200包括光注入单元260和天线光栅阵列(天线阵列250)。在光注入单元260和天线阵列250之间，设置多个光波导WG1、WG2a、WG2b、WG3a至WG3d、WG4a至WG4h，多个分光器S1至S7，多个移相器PS1至PS7，多个光接收元件210和220，以及多个单模滤光器F1至F8。光注入单元260是当OPA正常操作时向其中注入光的区域。注入光注入单元260的光可以是红外波段区域的光。光注入单元260可以是第一光波导WG1的一端，或者光注入单元260可以是连接到第一光波导WG1的一端的单元。第一分光器S1设置在第一光波导WG1的另一端。第二光波导WG2a和第三光波导WG2b从第一分光器S1分叉。第二分光器S2连接到第二光波导WG2a的另一端，第三分光器S3连接到第三光波导WG2b的另一端。第二光波导WG2a设置在第一分光器S1与第二分光器S2之间，第三光波导WG2b设置在第一分光器S1与第三分光器S3之间。第一移相器PS1设置在第三光波导WG2b上。第一移相器PS1可以被配置为控制第三光波导WG2b的穿过第一移相器PS1的一部分的折射率。在示例中，第一移相器PS1可以被配置为改变第三光波导WG2b的穿过第一移相器PS1的一部分的温度。由于第三光波导WG2b的穿过第一移相器PS1的一部分的温度变化，对应部分的折射率改变，结果，通过第三光波导WG2b传输的光的相位可以被控制。在另一示例中，第一移相器PS1可以被配置为对提供给第三光波导WG2b的穿过第一移相器PS1的一部分的载流子密度进行控制。当提供给穿过第一移相器PS1的该部分的载流子密度改变时，第三光波导WG2b的穿过第一移相器PS1的该部分的折射率被改变。因此，可以通过对提供给第三光波导WG2b的穿过第一移相器PS1的一部分的载流子密度进行控制来控制通过第三光波导WG2b传输的光的相位。载流子密度可以包括电子密度或空穴密度。作为示例，第一移相器PS1可以被设置为PIN二极管、PN二极管或电容器。第一移相器PS1的以上描述还可以应用于以下描述的移相器。
第二光波导WG2a从第二分光器S2分叉为第四光波导WG3a和第五光波导WG3b。第四光波导WG3a和第五光波导WG3b彼此分开。第四分光器S4连接到第四光波导WG3a的一端。第五分光器S5连接到第五光波导WG3b的一端。第二移相器PS2设置在第二分光器S2与第五分光器S5之间的第五光波导WG3b上。
第三光波导WG2b从第三分光器S3分叉为第六光波导WG3c和第七光波导WG3d。第六光波导WG3c和第七光波导WG3d彼此分开。第六分光器S6连接到第六光波导WG3c的一端。第七分光器S7连接到第七光波导WG3d的一端。第三移相器PS3设置在第三分光器S3与第七分光器S7之间的第七光波导WG3d上。
第四光波导WG3a从第四分光器S4分叉为第八光波导WG4a和第九光波导WG4b。第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的长度可以相同。第八光波导WG4a和第九光波导WG4b彼此平行并且彼此分开。第一天线AT1和第二天线AT2分别连接到第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的端部。当OPA正常操作时，可以通过第一天线AT1以给定的角度来发射通过第四分光器S4经由第八光波导WG4a传输的光。此外，可以通过第二天线AT2以给定的角度来发射通过第四分光器S4经由第九光波导WG4b传输的光。
当第一OPA 200用作用于校正在制造过程中产生的相位误差的相位校正设备时，类似于图1所示的入射光L1，光从第一OPA 200的外部进入第一天线AT1和第二天线AT2。此时，当入射在第一天线AT1和第二天线AT2上的外部光的光束尺寸小于第一天线AT1和第二天线AT2的尺寸时，连接到第一天线AT1和第二天线AT2的通道之间的相位校正精度的偏差可能增加。因此，入射在第一天线AT1和第二天线AT2上的外部光的光束尺寸可以等于或大于第一天线AT1和第二天线AT2的面积。第一天线AT1和第二天线AT2与入射到其的外部光之间的这种关系可以应用于其他天线和天线阵列250。入射在第一天线AT1和第二天线AT2上的光以与当第一OPA 200正常操作时的方向相反的方向来传输。也就是说，入射在第一天线AT1和第二天线AT2上的光分别被传输通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b，并且在位于与第一天线AT1和第二天线AT2相距第一距离处的第四分光器S4中被组合，然后，光通过第四光波导WG3a、位于与第一天线AT1和第二天线AT2相距第二距离处的第二分光器S2、第二光波导WG2a、以及位于与第一天线AT1和第二天线AT2相距第三距离处的第一分光器S1，到达第一光波导WG1。
第一天线AT1和第二天线AT2可以是光栅，并且可以根据天线的宽度仅提供基本模式或者一起提供基本模式和更高阶模式。结果，入射在第一天线AT1和第二天线AT2上的光可以作为单模光被传输通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b，或者可以作为包括单模光和多模光在内的光被传输通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b。可以通过分别设置在第八光波导WG4a和第九光波导WG4b中的第一单模滤光器F1和第二单模滤光器F2来过滤多模光。例如，多模光在穿过第一单模滤光器F1和第二单模滤光器F2时，可以被散射并消失于第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的外部。因此，通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b传输的单模光被收集在第四分光器S4中。通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b入射在第四光分器S4上的单模光被分成几个阶模，并且所述模通过彼此相交而发散成任意数量。之后，主光通过第四光波导WG3a被传输到第二分光器S2，而多模光被传输到能够进行光电转换并连接到第四分光器S4的第一光接收元件210和第二光接收元件220。因此，可以从第一光接收元件210和第二光接收元件220产生与所产生的多模光相对应的电信号。电信号可以用于分析通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b传输的光之间的相位差和相位差的程度。第二分光器S2和第一分光器S1也可以执行与第四分光器S4相同的过程。结果，单模光可以被传输到第一光波导WG1。第二距离大于第一距离，并且第三距离大于第二距离。
第一单模滤光器Fl设置在第四分光器S4与第一天线ATl之间的第八光波导WG4a中。包括在注入到第一天线AT1中的外部光中的多模光可以由第一单模滤光器F1进行过滤。因此，当在执行相位误差校正的过程中，注入到第一天线AT1中的光通过第一单模滤光器F1被传输到第四分光器S4时，仅单模光可以被传递到第四分光器S4。第一单模滤光器F1可以被设置成仅将单模光传递到第四分光器S4。在一个示例中，第一单模滤光器F1可以是第八光波导WG4a的一部分，并且可以是第八光波导WG4a的修改部分以作为单模滤光器执行。这将在下文中描述。在另一示例中，第一单模滤光器F1可以是作为单模滤光器连接到第八光波导WG4a的独立滤光器。第一单模滤光器F1可以被设置成与第四分光器S4相比更靠近第一天线AT1。关于第一单模滤光器F1的描述可以应用于以下描述的其他单模滤光器。
第四移相器PS4和第二单模滤光器F2被设置在第四分光器S4与第二天线AT2之间的第九光波导WG4b上。第二单模滤光器F2可以位于第四移相器PS4与第二天线AT2之间。
第五光波导WG3b从第五分光器S5分叉为第十光波导WG4c和第十一光波导WG4d。第十光波导WG4c和第十一光波导WG4d彼此平行并且彼此分开。第十光波导WG4c的长度与第十一光波导WG4d的长度相同。第十光波导WG4c的长度可以与第九光波导WG4b的长度相同。第三天线AT3连接到第十光波导WG4c的一端，第四天线AT4连接到第十一光波导WG4d的一端。第三单模滤光器F3设置在第十光波导WG4c上，该第十光波导WG4c设置在第五分光器S5和第三天线AT3之间，其中第五分光器S5位于距第三天线AT3和第四天线AT4的第一距离处。第五移相器PS5和第四单模滤光器F4设置在第十一光波导WG4d上，该第十一光波导WG4d设置在第五分光器S5与第四天线AT4之间。第四单模滤光器F4位于第五移相器PS5与第四天线AT4之间。
第六光波导WG3c从第六分光器S6分叉为第十二光波导WG4e和第十三光波导WG4f。第十二光波导WG4e和第十三光波导WG4f彼此平行并且彼此分开。第十二光波导WG4e的长度与第十三光波导WG4f的长度相同。第十二光波导WG4e的长度可以与第十一光波导WG4b的长度相同。第五天线AT5连接到第十二光波导WG4e的一端，第六天线AT6连接到第十三光波导WG4f的一端。第五单模滤光器F5设置在第十二光波导WG4e上，该第十二光波导WG4e设置在第六分光器S6和第五天线AT5之间，其中第六分光器S6位于距第五天线AT5和第六天线AT6的第一距离处。第六移相器PS6和第六单模滤光器F6设置在第十三光波导WG4f上，该第十三光波导WG4f设置在第六分光器S6与第六天线AT6之间。第六单模滤光器F6位于第六移相器PS6与第六天线AT6之间。
第七光波导WG3d从第七分光器S7分叉为第十四光波导WG4g和第十五光波导WG4h。第十四光波导WG4g和第十五光波导WG4h彼此平行并且彼此分开。第十四光波导WG4g的长度与第十五光波导WG4h的长度相同。第十四光波导WG4g的长度可以与第十三光波导WG4f的长度相同。
第七天线AT7连接到第十四光波导WG4g的一端，第八天线AT8连接到第十五光波导WG4h的一端。第七单模滤光器F7设置在第十四光波导WG4g上，该第十四光波导WG4g设置在第七分光器S7和第七天线AT7之间，其中第七分光器S7位于距第七天线AT7和第八天线AT8的第一距离处。第七移相器PS7和第八单模滤光器F8设置在第十五光波导WG4h上，该第十五光波导WG4h设置在第七分光器S7与第八天线AT8之间。第八单模滤光器F8位于第七移相器PS7和第八天线AT8之间。第一天线AT1至第八天线AT8可以形成天线阵列250。
在图3中，分别连接到第一天线AT1至第八天线AT8的第八光波导WG4a至第十五光波导WG4h被用作通道。随着光波导分叉的级的数量n的增加，通道的数量增加2的n次方(2n)。此处n为1、2、3......。分光器布置在光波导分叉的级处。在图3的情况下，光波导分叉的级的数量n是3。因此，通道的数量为八(23)。级的数量n可以增加到三个或更多。第一分光器S1设置在第一级，在该第一级处第一光波导WG1第一次分成两级，两个分光器S2和S3设置在第二级，四个分光器S4至S7设置在第三级。在图3中，光波导所分叉的每个级处的分光器的数量为2的(n-1)次方(2(n-1))，从第一级到第n级所设置的分光器的总数量为(2n)-1。设置在每个级中的移相器的数量以及从第一级到第n级所设置的移相器的总数量可以等于分光器的数量。
在图3中，第一光接收元件210和第二光接收元件220连接到第一分光器S1至第七分光器S7中的每一个。第一光接收元件210和第二光接收元件220可以是光电转换元件的示例。第一光接收元件210和第二光接收元件220可以是例如光电二极管或可以包括光电二极管。在图3中，第一光接收元件210和第二光接收元件220设置在分光器S1至分光器S7中的每一个的左侧上。因此，两个光接收元件和一个光波导在分光器中的每一个(例如，第四分光器S4)的两侧(其中光可以通过该两侧进入和离开)的一侧上引出，并且分叉的光波导WG4a和WG4b在第四分光器S4的另一侧上引出。当两个光接收元件与每个分光器的连接被视为两条分支线被连接到每个分光器时，图3的每个分光器可以具有以下形式：三条分支线被连接在分光器中的每一个的左侧上，两条分支线被连接在分光器中的每一个的右侧上。该形式可以是3×2分光器。如果一条分支线连接到分光器的左侧，而两条分支线连接到右侧，则该分光器可以是1×2分光器。在与具有3×2分光器形式的第四分光器S4的左侧连接的三条分支线中，光波导WG3a是传输光的主路径，两个光接收元件(即第一光接收器210和第二光接收器220)是侧路径。对于具有3×2分光器形式的其他分光器也是如此。
在校正相位误差的过程中，当分别通过作为第一通道和第二通道的第八光波导WG4a和第九光波导WG4b发射的光的相位彼此不同时，可以通过使用第四移相器PS4控制第九光波导WG4b的设置有第四移相器PS4的区域中的折射率，来控制通过第九光波导WG4b传输的光的相位。结果，从第一天线AT1和第二天线AT2通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b传输到第四分光器S4的光的相位可以相同。可以由从图1的相位调谐器120提供给第四移相器PS4的电信号ES3来确定通过使用第四移相器PS4对第九光波导WG4b的该区域的折射率进行控制的程度。
例如，当第八光波导WG4a和第九光波导WG4b具有在制造OPA期间产生的相位误差时，例如，在第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的宽度彼此不相等的情况下，为了执行对相位误差的校正，当入射在第一天线AT1和第二天线AT2上的光通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b被传输到第四分光器S4时，在传输到第四分光器S4的光之间存在相位差。由于相位差，存在从第四分光器S4输出到作为侧路径的第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号。由于输出到第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号的强度根据相位差而变化，所以光信号最终包含关于通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b传输的两个光之间的相位差的信息。通过光电转换，从第一光接收元件210和第二光接收元件220输出与光信号相对应的电信号。图1的信号处理器110测量从第一光接收元件210和第二光接收元件220输出的电信号ES1。该测量被包括在图2的第二操作S22中。
图4是示出根据通过两个输入通道传输的光之间的相位差，输出到分光器的主路径的光信号的强度和输出到侧路径的光信号的强度的变化的曲线图。横轴表示相位差，纵轴表示通过每个路径输出的光信号的强度。第一曲线G1表示通过主路径输出的光信号的强度。第二曲线G2表示通过第一侧路径输出的光信号的强度。第三曲线G3表示通过第二侧路径输出的光信号的强度。两个输入通道可以是连接到图3的分光器的右侧的两个光波导。例如，两个输入通道可以是连接到第四分光器S4的第八光波导WG4a和第九光波导WG4b。主路径可以是连接到第四分光器S4的左侧的第四光波导WG3a，并且第一侧路径和第二侧路径可以是分别连接到第四分光器S4的第一光接收元件210和第二光接收元件220。
参考图4，当通过两个输入通道传输的光之间的相位差为0°时，在通过两个输入通道传输的光之间发生相长干涉。结果，可以看出，从第四分光器S4输出到作为主路径的第三光波导WG3a的光信号被最大化，而传输到作为侧路径的第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号被最小化。相反，当通过两个输入通道传输的光之间的相位差为180°时，在通过两个输入通道传输的光之间发生相消干涉。因此，可以看出，分别传输到第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号被最大化，而输出到作为主路径的第三光波导WG3a的光信号被最小化。当通过两个输入通道传输的光之间发生相消干涉时，未输出到主路径的光信号可以被散射和扩散，并且扩散后的光信号被收集到第一和第二侧路径并被输出。当通过两个输入通道传输的光之间的相位差从0°变为180°时，输出到第三光波导WG3a的光信号的强度减小，而传输到第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号的强度增加。另外，当通过两个输入通道传输的光之间的相位差从180°变为360°时，输出到第三光波导(WG3a)的光信号的强度增加，而传输到第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号的强度减小。
图4的响应特性可以用于确定通过两个输入通道传输的光之间的相位差，以及确定要输入到移相器以去除相位差的电信号值(例如，电压值或电流值)。
例如，当两个输入通道是第八光波导WG4a和第九光波导WG4b时，在校正相位差的过程中，通过第一天线AT1注入的光通过第八光波导WG4a被传输到第四分光器S4，通过第二天线AT2注入的光通过第九光波导WG4b被传输到第四分光器S4。
参考图4，可以从由连接到第四分光器S4的作为侧路径的第一光接收元件210和第二光接收元件220接收的光信号的强度看出通过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b传输的光之间的相位差，并且可以通过测量从作为光电转换元件的第一光接收元件210和第二光接收元件220输出的电信号来找到由第一光接收元件210和第二光接收元件220接收的光信号的强度。可以通过使用设置在第九光波导WG4b上的第四移相器PS4向第九光波导WG4b施加相位变化，来去除相位差。例如，通过使用第四移相器PS4来控制第九光波导WG4b的相位变化，直到由第一光接收元件210和第二光接收元件220接收的光信号的强度为最小。通过控制第九光波导WG4b的相位变化来改变通过第九光波导WG4b传输的光的相位。因此，对第九光波导WG4b的相位变化的控制可以最终表示对第九光波导WG4b的设置有第四移相器PS4的一部分的折射率的控制。因此，可以根据施加到第四移相器PS4的电信号值来控制第九光波导WG4b的相位变化。当第一电信号值被施加到第四移相器PS4时，如果由第一光接收元件210和第二光接收元件220接收的光信号的强度最小，则当第一电信号值被施加到第四移相器PS4时，穿过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的光之间的相位差消失。即，穿过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的光的相位相同。换句话说，可以通过将输入到第四移相器PS4的值控制为第一电信号值来校正在第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的制造过程期间产生的相位误差。
识别穿过第八光波导WG4a和第九光波导WG4b的光之间的相位差并找到施加于第四移相器PS4以去除参考图4所描述的相位差的电信号值的过程还可以应用于图3所示的第一OPA 200的剩余光波导。通过这种施加方式，要施加到第五移相器PS5以去除第十光波导WG4c和第十一光波导WG4d的相位误差的电信号值、要施加到第六移相器PS6以去除第十二光波导WG4e和第十三光波导WG4f的相位误差的电信号值、以及要施加到第七移相器PS7以去除第十四光波导WG4g和第十五光波导WG4h的相位误差的电信号值可以是已知的。另外，要施加到第二移相器PS2以去除第四光波导WG3a和第五光波导WG3b的相位误差的电信号值和要施加到第三移相器PS3以去除第六光波导WG3c和第七光波导WG3d的相位误差的电信号值可以是已知的。另外，要施加到第一移相器PS1以去除第二光波导WG2a和第三光波导WG2b的相位误差的电信号值可以是已知的。
通过在图3的第一OPA 200中将第一移相器PS1至第七移相器PS7的输入值控制为电信号值，可以去除由第一OPA 200中的所有光学路径的制造过程导致的相位差。也就是说，可以完全校正在制造过程期间产生的第一OPA 200的相位误差。因此，在第一OPA 200的正常操作中，可以根据需要在辐射到光源的光通过通道被传输到天线阵列250并且被发射的过程中来控制每个通道的相位。因此，可以形成更准确且更可靠的光束转向。
校正上述第一OPA 200的相位误差的过程包括使输出到作为侧路径的第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号的强度最小化的过程。使输出到第一光接收元件210和第二光接收元件220的光信号的强度最小化的过程是通过使用移相器去除相关通道的相位差的过程，并且根据相位差的幅度施加到移相器的电信号的值也会改变。对若干通道执行校正相位误差的过程。因此，校正相位误差的过程是去除各种大小的相位差的过程，并且是将各种大小的电信号值施加到移相器以去除各种大小的相位差的过程。重复执行该过程，直到相位误差被校正。因此，当完成校正相位误差的过程时，可以累积关于施加到移相器的电信号值的数据，以去除在通道中产生的各种幅度的相位差。以这种方式获得的数据可以确定向移相器提供电信号的程度，以将通道的相位控制为给定值。也就是说，当基于在校正OPA的相位误差的过程中获得的数据，在根据初始目的正常操作OPA的过程中控制每个通道的相位时，即，当控制通过每个通道传输的光的相位时，可以确定输入到移相器以进行相位控制的电信号的量。由于OPA的光束转向是通过多个通道传输的光的相位控制的结果，因此在校正OPA的相位误差的过程中获得的数据可以用于光束转向。
在OPA的正常操作中，可以通过使用例如通过穿过波导的一侧的边缘耦合的水平入射法或通过光栅耦合器的垂直入射法来执行向光注入单元260的光注入。在另一示例中，可以通过在将光源直接提供给OPA芯片之后将光从光源注入光注入单元260中来执行光注入。
图5示出根据另一示例实施例的第二OPA 300，其包括用于校正在制造过程期间产生的相位误差的构件。将仅描述与参考图3所描述的第一OPA 200不同的部分。相似的附图标记用于表示与图3的元件基本相同的元件。在第二OPA 300中，诸如图3的第一光接收元件210和第二光接收元件220的光接收元件未连接到第一分光器S1至第七分光器S7中的每一个。仅三个光波导连接到第一分光器S1至第七分光器S7中的每一个。一个光波导连接到分光器S1至S7中的每一个的左侧，两个光波导连接到分光器S1至S7中的每一个的右侧。因此，图5中的分光器S1至S7中的每一个是1×2分光器。第一抽头耦合器310被设置为靠近第一光波导WG1。第一抽头耦合器310可以设置在光注入单元260和第一分光器S1之间。第一抽头耦合器310包括第一光接收元件310a和连接到第一光接收元件310a的第一抽头路径310b。第一抽头耦合器310是对通过相邻光波导WG1传输的光的一部分进行抽出的元件，即，将通过光波导WG1传输的光的一部分提取到第一抽头路径310b中的元件。因此，第一抽头路径310b可以设置在被配置为对通过第一光波导WG1传输的光的一部分进行抽出的位置处。例如，当与正常操作相反地传输光时，即，当光通过第一分光器S1被传输到第一光波导WG1时，可以设置第一抽头路径310b以抽出通过第一光波导WG1传输的光的一部分。第一光接收元件310a可以是例如光电二极管或包括光电二极管。第一抽头路径310b可以与第一光波导WG1的一侧接触。
当第二OPA 300正常操作时，可以停止与光波导相邻的抽头耦合器的操作，以减少通过光波导传输的光的损耗。这可以应用于包括在第二OPA 300中的所有抽头耦合器。
第二抽头耦合器312被设置与第二光波导WG2a相邻。第二抽头耦合器312被设置为相比第一分光器S1更靠近第二分光器S2。第二抽头耦合器312包括第二光接收元件312a和第二抽头路径312b。第二光接收元件312a可以是例如光电二极管或包括光电二极管。第二抽头路径312b可以设置在被配置为对通过第二光波导WG2a传输的光的一部分进行抽出的位置处。例如，当通过第二分光器S2传输到第二光波导WG2a和第一分光器S1的光的一部分发射到第二光波导器WG2a的外部时，第二抽头路径312b可以设置在能够接收发射的光的位置处。第三抽头耦合器314被设置为靠近第三光波导WG2b。第三抽头耦合器314包括第三光接收元件314a和第三抽头路径314b。第三抽头耦合器314可以设置在第一移相器PS1和第三分光器S3之间。第三光接收元件314a可以是与第一光接收元件310a和第二光接收元件312a相同的器件，或者可以是另一光电转换元件。第三抽头路径314b可以与第三光波导WG2b接触。第三抽头路径314b可以是被设置为将光传输到第三光接收元件314a的光学路径。第三抽头路径314b可以被设置为用于抽出从第三分光器S3传输到第三光波导WG2b的光的一部分。第四抽头耦合器316被设置为靠近第四光波导WG3a。第四抽头耦合器316包括第四光接收元件316a和与其连接的第四抽头路径316b。第四光接收元件316a可以是与第三光接收元件314a相同的光电转换元件。第四抽头耦合器316被布置为相比第二分光器S2更靠近第四分光器S4。第四抽头路径316b可以与第四光波导WG3a接触。第四抽头路径316b可以设置在被配置为对通过第四分光器S4传输到第四光波导WG3a的光的一部分进行抽出的位置处。
第五抽头耦合器318被设置为与第五光波导WG3b相邻。第五抽头耦合器318被设置在第二移相器PS2和第五分光器S5之间。第五抽头耦合器318包括第五光接收元件318a和与其连接的第五抽头路径318b。第五光接收元件318a可以是光电转换元件。例如，第五光接收元件318a可以是光电二极管或包括光电二极管。第五抽头路径318b可以与第五光波导WG3b接触。第五抽头路径318b可以设置在被配置为对通过第五分光器S5传输通过第五光波导WG3b的光进行抽出的位置处。
第六抽头耦合器320被设置为与第六光波导WG3c相邻。第六抽头耦合器320可以位于第三分光器S3和第六分光器S6之间。第六抽头耦合器320包括第六光接收元件320a和第六抽头路径320b。第六光接收元件320a在配置和作用上可以是与第五光接收元件318a相同的元件。第六抽头路径320b的一侧可以连接到第六光接收元件320a，并且起另一侧可以靠近或接触第六光波导WG3c。在任何一种情况下，第六抽头路径320b可以设置在被配置为对通过第六分光器S6传输通过第六光波导WG3c的光进行抽出的位置处。
第七抽头耦合器322的位置靠近第七光波导WG3d。第七抽头耦合器322被设置在第七分光器S7和第三移相器PS3之间。第七抽头耦合器322可以设置在被配置为对通过第七分光器S7传输通过第七光波导WG3d的光进行抽出的位置处。第七抽头耦合器322可以包括第七光接收元件322a和第七抽头路径322b。第七光接收元件322a可以是与第六光接收元件320a相同的器件。第七光接收元件322a与第七光波导WG3d分开。第七抽头路径322b的一侧连接到第七光接收元件322a，并且其另一侧可以靠近或接触第七光波导WG3d以抽出光。可以通过第七抽头路径322b来执行对通过第七分光器S7传输通过第七光波导WG3d的光进行抽出。
以上描述的第一抽头耦合器至第七抽头耦合器310、312、314、316、318、320和322的配置可以全部相同，但是这仅仅是示例。在另一示例中，第一抽头耦合器至第七抽头耦合器310、312、314、316、318、320和322中的某些可以被配置为在功能上与其余抽头耦合器相同，但是在配置上可以与其余抽头耦合器不同。
图6示出根据另一示例实施例的第三OPA 400，其包括用于校正在制造过程期间产生的相位误差的构件。关于图6的第三OPA 400的描述限于与图3的第一OPA 200不同的部分。而且，相似的附图标记用于表示与图3的元件基本相同的元件。
与图3的第一OPA 200相比，第三OPA 400包括更多的移相器。例如，第三OPA 400可以包括比包括在图3的第一OPA 200中的移相器的数量的两倍还多的移相器。
参考图6，移相器被设置在第一分光器S1与天线阵列250之间所设置的所有光波导WG2a、WG2b、WG3a至WG3d和WG4a至WG4h中。也就是说，第三OPA 400可以包括图3的第一移相器PS1至第七移相器PS7，以及设置在第二光波导WG2a上的第八移相器PS8、设置在第四光波导WG3a上的第九移相器PS9、设置在第六光波导WG3c上的第十移相器PS10、设置在作为第一通道的第八光波导WG4a上的第十一移相器PS11、设置在作为第三通道的第十光波导WG4c上的第十二移相器PS12、设置在作为第五通道的第十二光波导WG4e上的第十三移相器PS13、以及设置在作为第七通道的第十四光波导WG4g上的第十四移相器PS14。
在两个移相器布置在相同位置(等效的光波导)的情况下，每个移相器负责从0到π的相移。例如，第二光波导WG2a和第三光波导WG2b可以是等效的光波导，第四光波导WG3a和第五光波导WG3b也可以是等效的光波导。等效的光波导可以指从同一分光器直接分支的两个光波导。因此，第一移相器PS1和第八移相器PS8可以是设置在相同位置处的两个移相器，并且第一移相器PS1和第八移相器PS8中的每一个分别负责0至π的相移。与图3的第一OPA200的情况一样，当仅在第四光波导WG3a和第五光波导WG3b中的第五光波导WG3b上设置第二移相器PS2时，第二移相器PS2负责0到2π的相移。
图7示出根据另一示例实施例的第四OPA 500，其包括用于校正在制造过程中产生的相位误差的构件。关于图7的第四OPA 500的描述限于与图3的第一OPA 200不同的部分。而且，相似的附图标记用于表示与图3的元件基本相同的元件。
参考图7，在第四OPA 500中，热屏蔽元件510、520、530、540、550、560和570分别设置在第一移相器PS1至第七移相器PS7周围。在平面图中，热屏蔽元件510、520、530、540、550、560和570中的每一个可以围绕整个对应的移相器。热屏蔽元件510、520、530、540、550、560和570中的每一个被设置为防止或减少从对应移相器的操作产生的热传递到相邻的光波导(通道)、或使热传递最小化。由于设置了热屏蔽元件，因此可以防止或减少在校正关于特定通道的相位的过程中所产生的热对相邻通道的相位校正的影响。热屏蔽元件还可以设置在图6的第三OPA 400中。
图8示出热屏蔽元件的示例，并且示出沿图7中的线8-8'截取的截面。
参考图8，第十四光波导WG4g和第十五光波导WG4h在基板600上彼此分开。基板600可以包括硅基板，而且可以包括各种基板。例如，砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、SiO2等可以用作基板600。第十四光波导WG4g和第十五光波导WG4h的材料可以包括硅。尽管描述了第七移相器PS7设置在第十五光波导WG4h的一侧，但是实施例不限于此。例如，第十五光波导WG4h的与第七移相器PS7接触的部分也可以是第七移相器PS7的构件。在第十四光波导WG4g和第十五光波导WG4h之间的基板600中形成沟槽610。相比第十四光波导WG4g，沟槽610被形成为更靠近第十五光波导WG4h。沟槽610设置在第十五光波导WG4h的两侧。由于沟槽610形成在第十五光波导WG4h的周围，因此可以阻止在操作第七移相器PS7以控制通过第十五光波导WG4h传输的光的相位时所产生的热传递到第十四光波导WG4g。沟槽610可以不被填充，或者可以被填充具有低热导率的绝缘材料，例如，SiO2。
图9示出包括用于校正相位误差的构件在内的第五OPA 900。在第五OPA 900中，第一分光器S1的右侧部分与上述第一OPA 200、第二OPA 300、第三OPA 400和第四OPA 500中的任何一个相同，因此，省略其描述。如果第一OPA 200、第二OPA 300、第三OPA 400和第四OPA 500是结合了光发射模式(完成了相位校正的OPA的正常操作模式)和光接收模式(相位校正模式)的OPA，则第五OPA 900是仅在光接收模式下操作的OPA。第五OPA 900不具有光注入单元。第五OPA 900包括光学接收器910，以替代第一OPA 200、第二OPA 300、第三OPA 400和第四OPA 500的光注入单元260。第一分光器S1是1×2分光器，并且不包括连接到第一OPA200、第二OPA 300、第三OPA 400和第四OPA 500的第一分光器S1的第一光接收元件210和第二光接收元件220。第五OPA 900以光接收模式操作，但是可以以与第一OPA 200、第二OPA300、第三OPA 400和第四OPA 500中描述的相同的方式来执行第一分光器S1与天线阵列250之间的光波导的相位差的校正。光学接收器910可以是光电检测器。光学接收器910可以是光接收元件或者包括光接收元件的光接收器。例如，光接收元件可以是光电二极管。光学接收器910可以测量通过天线阵列250入射的光的量。
图10示出包括在上述第一OPA 200、第二OPA 300、第三OPA 400和第四OPA 500中的单模滤光器F1至F8中的任何一个的示例。例如，图10中描绘的单模滤光器可以是第一单模滤光器F1。关于图10中描绘的单模滤光器的描述可以应用于其他单模滤光器。图10中描绘的第一单模滤光器F1不与通道分开设置，而是通过修改光波导的某些部分来形成。
参考图10，通过修改第八光波导WG4a的某些部分以使得对应部分具有单模滤光器功能，从而形成第一单模滤光器F1。
详细地，第一单模滤光器F1可以包括第一部分P1、第二部分P2和第三部分P3。第一部分P1连接到第四分光器S4，第三部分P3连接到第一天线AT1。在第一部分P1至第三部分P3中，第一部分P1的宽度W1最小，而第三部分P3的宽度W3最大。第一部分P1的宽度W1可以是仅可以传输光的基本模式(单模)的宽度。例如，第一部分P1的宽度W1可以从约0.2μm至约1μm。然而，宽度W1的大小不限于此。第三部分P3的宽度W3可以是例如约0.5μm至10μm，但不限于此。第二部分P2在第一部分P1和第三部分P3之间，并且宽度W2在长度方向上改变。第二部分P2的宽度W2从第一部分P1朝向第三部分P3增加。当光通过天线入射以校正OPA的相位误差时，从第一天线AT1传输到第三部分P3的光可以包括基本模式和几个更高阶模式。也就是说，在第三部分P3中，可以从第一天线AT1传输第二模式和第三模式的光与基本模式混合在一起的光。因此，第三部分P3可以为多模部分。传输到第三部分P3的光穿过宽度W2逐渐减小的第二部分P2，并且此时，除基本模式之外的几个更高阶模式的光被顺序地散射以离开光波导WG4a，并且仅基本模式光被传输到第一部分P1。因此，第一部分P1可以为单模部分。另外，由于光在穿过第二部分P2时从多模转换为单模，因此第二部分P2可以为转换部分。作为单模滤光器的作用的结果，仅单模光可以传输到分光器侧。
当考虑第一单模滤光器F1的配置并且当OPA在以光发射模式正常操作时，应当考虑第一单模滤光器F1的效果。然而，当第二部分P2的长度足够长时，即使光穿过第二部分P2，通过第四分光器S4传输到第一单模滤光器F1的单模光也可以保持单模。结果，当OPA正常操作并且当第二部分P2的长度足够长时，即使在穿过第一单模滤光器F1之后，通过第四分光器S4传输到第一单模滤光器F1的单模光也可以保持单模。因此，当OPA正常操作时，穿过第一单模滤光器F1的光可以在保持单模的同时被传输到第一天线AT1。可以获得这些结果的第二部分P2的长度可以是例如约10μm至100μm，但是不限于此。
OPA相位校正方法的评估可以基于应被评估以实现特定的边模抑制比(SMSR)的移相器输入组合的数量。换句话说，可以通过需要对将电信号输入到包括在OPA中的移相器的过程(评估过程)进行重复直到获得期望的结果(例如，光束形成)的次数，来评估OPA相位校正方法。当使用第一校正方法替代第二校正方法以用于评估过程时，如果第一校正方法的重复次数少于第二校正方法的重复次数，则第一校正方法可以被评估为相对地优于第二校正方法。
当使用根据上述示例实施例的OPA(例如，图3的第一OPA 200)时，将描述对评估过程进行重复以获得期望的光束形成的次数。
图3的第一OPA 200的通道的数量为8(WG4a至WG4h)，但是针对评估，第一OPA 200的通道的数量被认为是32。为了使第一OPA 200中的通道的数量为32，除了图3中示出的三个级以外，还应在右侧进一步扩展两个级。也就是说，级的数量n为5，并且通道的数量通过2的5次方(25)得出为32。在第一OPA 200的情况下，在每一级处从分光器S1至S7中的每一个分叉出两个光波导，并且移相器设置在分叉的光波导的一半处。因此，当在第一OPA 200中设置32个通道时，包括在第一OPA 200中的移相器的总数为31(16+8+4+2+1)。当考虑移相器的数量时，利用移相器进行扫描(即，在整个周期(2π)内执行相位控制)实际上是困难的，因此，可以假设在以下条件下执行通过使用移相器而进行的相位扫描。
详细地，通过将一个周期(2π)的相位划分为八个步长，在每个移相器中以π/4的间隔执行扫描。在被认为用于校正扫描的八个步长中的相位的扫描中，针对施加到用于相应扫描的移相器的电信号值周围的四个值，执行附加扫描。这将增加准确性。例如，假设在两-级扫描的π/2的相位扫描的情况下(即，当通过使用移相器以多达π/2来控制通过相应通道传输的光的相位时)获得校正的结果，可以假定通过将传输的光的相位控制为稍大于或小于π/2的四个值来观察校正结果的变化。
在这些条件下，当通过使用31个移相器来执行评估过程以获得期望的校正结果(例如，光束形成)时，评估过程总共重复372次，即移相器的数量：31×(在一个周期中的每个移相器的扫描步长的数量：8+在特定扫描步长中执行的附加扫描数量：4)。即，当使用图3的第一OPA 200时，可以在372个评估过程之后获得期望的光束形成。
相对于相关技术的具有32个通道的OPA，当使用诸如PSO的校正算法(用于控制移相器的输入值的算法)时，直到获得期望的校正结果(例如，光束形成)所执行的评估的次数为207,600次，当使用被称为SPGD的校准算法时，执行的评估的次数为80,001次，而当使用被称为DSGD的校准算法时，执行的评估的次数为7,048次。评估的次数是当使用图3的第一OPA 200(其为372次)时的约15倍，以及多达约500倍以上。这表明当通过使用根据上述示例实施例的OPA来执行相位校正时，相位校正可以快约15至500倍。此外，在图3的第一OPA 200的情况下，在评估过程中测量从光电检测器输出的电信号(即，光电流值)，但是通过使用相关技术的OPA进行的相位校正评估是确认是否需要通过使用相机拍摄图像而进行相位校正的过程。因此，当通过使用根据上述示例实施例的OPA来执行相位校正时，与相关技术相比，可以减少校正成本和时间。
使用根据上述示例实施例的OPA的相位误差校正方法不限于校正在OPA的制造过程期间产生的相位误差。可以将根据上述示例实施例的OPA校正方法用作相对于包括在OPA中的通道之间发生的所有相位误差(而不管发生的原因)的校正方法。
另外，可以将OPA和使用该OPA的相位校正方法扩展到通用相控阵列和相位校正方法。也就是说，第一OPA 200、第二OPA 300、第三OPA 400、第四OPA 500和第五OPA 900的配置可以应用于使用具有在红外波带之外的波长的电磁波的通用相控阵列。在第一OPA 200、第二OPA 300、第三OPA 400、第四OPA 500和第五OPA 900中描述的分光器可以为分离器，光波导可以为波导，光注入单元可以为电磁波注入单元。
使用了具有与相关技术的OPA相位校正方法完全不同的构思的相位校正方法。也就是说，用于相位校正的光被注入到OPA天线阵列中，以使光在与当OPA正常操作时光行进的方向相反的方向上前进。除了主光波导以外，作为侧路径的构思的光接收元件还连接到包括在OPA中的分光器。当通过通道在相反方向上传输的光之间存在相位差时，由连接到分光器的光接收元件接收与相位差相对应的光信号。通过光电转换将接收到的光信号转换成电信号，并且最后通过信号处理器和相位调谐器来生成用于校正相位差的电信号值，因此，通过将电信号值施加到移相器来实现相位校正。这一系列过程可以包括将光以相反的方向注入OPA，测量具有关于通道的相位差的信息的光信号，以及基于光信号执行相位校正。与对通过使用相机拍摄的图像进行比较和分析的相关技术的相位校正过程相比，本校正方法更简单，并且由于更简单地测量所产生的与相位差相对应的光信号而不拍摄图像，因此可以减少时间和成本。
另外，由于可以通过使用移相器来更精细地控制通道的相位，因此还可以更精细地控制所测量的光信号的强度，结果，可以进行精细的相位校正并且可以实现更准确且更可靠的相位校正。通过该过程，可以获得电信号值的数据以将其施加到用于每个通道的相位控制的移相器，并且所获得的数据可以用于相位控制每个通道，以当完成相位校正的OPA正常操作时在期望方向上发射光束。
除了与在制造过程期间产生的相位误差有关的校正之外，根据上述示例实施例的OPA还可以针对各种原因来校正在OPA中发生的相位误差。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个示例实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。
虽然已参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (36)

1.一种光学相控阵列，包括：
光注入器；
第一分离器，连接到所述光注入器；
第一移相器，连接到所述第一分离器；
多个波导，连接到所述第一分离器，所述多个波导的部分经由所述第一移相器连接到所述第一分离器；
天线阵列，连接到所述多个波导；
单模滤光器，设置在所述多个波导的每一个中；以及
第一光电检测器，连接到所述第一分离器并配置为检测被辐射到所述天线阵列上的光的一部分。
2.根据权利要求1所述的光学相控阵列，还包括：
多个分离器，设置在所述第一分离器和所述多个波导之间；以及
多个光电检测器，连接到所述多个分离器。
3.根据权利要求2所述的光学相控阵列，还包括设置在所述多个分离器之间的多个移相器。
4.根据权利要求1所述的光学相控阵列，其中，一个波导和所述第一光电检测器连接到光进入和离开的所述第一分离器的第一侧，
其中两个波导连接到所述第一分离器的第二侧并从所述第一分离器分叉，并且
其中，所述第一移相器设置在所述两个波导之一上。
5.根据权利要求2所述的光学相控阵列，其中，一个波导和光电检测器连接到光进入和离开的所述多个分离器中的每一个的第一侧，并且
其中，两个波导连接到所述多个分离器中的每一个的第二侧并从所述多个分离器中的每一个分叉。
6.根据权利要求4所述的光学相控阵列，其中，所述第一光电检测器包括分别设置在所述一个波导的相对侧上的第一光接收元件和第二光接收元件。
7.根据权利要求5所述的光学相控阵列，其中，连接到所述多个分离器中的每一个的第一侧的所述光电检测器包括分别设置在所述一个波导的相对侧上的第一光接收元件和第二光接收元件。
8.根据权利要求2所述的光学相控阵列，其中，所述多个光电检测器设置在如下位置，所述位置被配置为接收当被辐射到所述天线阵列的光通过所述多个波导而穿过所述多个分离器时从所述多个波导偏离的光。
9.根据权利要求1所述的光学相控阵列，其中，所述单模滤光器被集成到所述多个波导的每一个中。
10.根据权利要求9所述的光学相控阵列，其中，所述单模滤光器包括：
具有第一宽度的第一部分；
具有第二宽度的第二部分；以及
具有第三宽度的第三部分，
其中，所述第一宽度、所述第二宽度和所述第三宽度彼此不同。
11.根据权利要求3所述的光学相控阵列，其中，一个波导和光电检测器连接到光进入和离开的所述多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导连接到所述多个分离器中的每一个的第二侧并从所述多个分离器中的每一个分叉，并且
其中，所述多个移相器中的每一个设置在从所述多个分离器中的每一个分叉的所述两个波导之一中。
12.根据权利要求3所述的光学相控阵列，其中，所述多个移相器的数量等于所述多个分离器的数量，或者，所述多个移相器的数量大于设置在所述光注入器和所述天线阵列之间的所述多个分离器的数量。
13.根据权利要求12所述的光学相控阵列，其中，所述多个移相器的数量大于所述多个分离器的数量，并且所述多个移相器设置在所述第一分离器与所述天线阵列之间所设置的所述多个波导的每一个中。
14.根据权利要求3所述的光学相控阵列，还包括热屏蔽元件，所述热屏蔽元件设置在所述第一移相器和所述多个移相器中的每一个周围。
15.根据权利要求2所述的光学相控阵列，其中，一个波导连接到光进入和离开的所述多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导连接到所述多个分离器中的每一个的第二侧并从所述多个分离器中的每一个分叉，并且
其中，抽头耦合器被设置为与连接到所述多个分离器中的每一个的第一侧的所述一个波导相邻。
16.一种光学相控阵列，包括：
光接收器；
第一分离器，连接到所述光接收器；
第一移相器，连接到所述第一分离器；
多个波导，连接到所述第一分离器，所述多个波导的部分经由所述第一移相器连接到所述第一分离器；
天线阵列，连接到所述多个波导；以及
单模滤光器，设置在所述多个波导的每一个中。
17.根据权利要求16所述的光学相控阵列，还包括：
多个分离器，设置在所述第一分离器和所述多个波导之间；以及
多个光电检测器，连接到所述多个分离器。
18.根据权利要求17所述的光学相控阵列，还包括设置在所述多个分离器之间的多个移相器。
19.根据权利要求16所述的光学相控阵列，其中，一个波导连接到光进入和离开的所述第一分离器的第一侧，并且两个波导连接到所述第一分离器的第二侧并从所述第一分离器分叉，
其中，所述第一移相器设置在从所述第一分离器分叉的所述两个波导之一上。
20.根据权利要求17所述的光学相控阵列，其中，一个波导和光电检测器连接到光进入和离开的所述多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导连接到所述多个分离器中的每一个的第二侧并从所述多个分离器中的每一个分叉。
21.根据权利要求20所述的光学相控阵列，其中，连接到所述多个分离器中的每一个的第一侧的所述光电检测器包括分别设置在所述一个波导的相对侧上的第一光接收元件和第二光接收元件。
22.根据权利要求17所述的光学相控阵列，其中，所述多个光电检测器设置在如下位置，所述位置被配置为接收当被辐射到所述天线阵列的光通过所述多个波导而穿过所述多个分离器时从波导偏离的光。
23.根据权利要求16所述的光学相控阵列，其中，所述单模滤光器被集成到所述多个波导的每一个中。
24.根据权利要求23所述的光学相控阵列，其中，所述单模滤光器包括：
具有第一宽度的第一部分；
具有第二宽度的第二部分；以及
具有第三宽度的第三部分；
其中，所述第一宽度、所述第二宽度和所述第三宽度彼此不同。
25.根据权利要求18所述的光学相控阵列，其中，一个波导和第一光电检测器连接到光进入和离开的所述多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导连接到所述多个分离器中的每一个的第二侧并从所述多个分离器中的每一个分叉，并且
其中，所述多个移相器中的每一个设置在从所述多个分离器中的每一个分叉的所述两个波导之一中。
26.根据权利要求18所述的光学相控阵列，其中，所述多个移相器的数量等于所述多个分离器的数量，或者，所述多个移相器的数量大于设置在所述光接收器和所述天线阵列之间的所述多个分离器的数量。
27.根据权利要求26所述的光学相控阵列，其中，所述多个移相器的数量大于所述多个分离器的数量，并且所述多个移相器设置在所述第一分离器与所述天线阵列之间所设置的所述多个波导的每一个中。
28.根据权利要求18所述的光学相控阵列，还包括热屏蔽元件，所述热屏蔽元件设置在所述第一移相器和所述多个移相器中的每一个周围。
29.根据权利要求17所述的光学相控阵列，其中，一个波导连接到光进入和离开的所述多个分离器中的每一个的第一侧，并且两个波导连接到所述多个分离器中的每一个的第二侧并从所述多个分离器中的每一个分叉，并且
其中，抽头耦合器被设置为与连接到所述多个分离器中的每一个的第一侧的所述一个波导相邻。
30.一种校正光学相控阵列相位误差的方法，所述方法包括：
从光学相控阵列的外部向所述光学相控阵列的天线阵列辐射光；
测量与第一位置处的辐射的光的至少一部分相对应的电信号，所述第一位置设置在沿着波导与所述天线阵列相距的第一距离处；
基于所测量的电信号获得相位校正值；
将所获得的相位校正值应用于所述光学相控阵列。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，对包括在所述光学相控阵列中的多个波导同时执行所述电信号的测量。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，测量所述电信号包括：基于传输所述辐射的光的两个相邻波导之间的相位差，测量与从设置在所述第一位置处的通道偏离的光相对应的电信号。
33.根据权利要求30所述的方法，其中，测量所述电信号包括：测量从设置在所述第一位置处并被配置为接收所述光的至少一部分的光电检测器发射的电信号。
34.根据权利要求30所述的方法，其中，在所述第一位置处完成相位校正之后，当所述光学相控阵列正常操作时，在光被注入到的光注入器与所述第一位置之间的第二位置处重复所述方法。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，当测量所述第二位置处的电信号时，对设置在所述第一位置和所述第二位置之间的多个波导同时执行所述测量。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，在所述第二位置处完成相位校正之后，在所述光注入器与所述第二位置之间的第三位置处重复所述方法。
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