CN116088244B - 一种级联式相控阵光学扫描系统 - Google Patents
一种级联式相控阵光学扫描系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116088244B CN116088244B CN202310167407.2A CN202310167407A CN116088244B CN 116088244 B CN116088244 B CN 116088244B CN 202310167407 A CN202310167407 A CN 202310167407A CN 116088244 B CN116088244 B CN 116088244B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- array
- optical
- phase
- liquid crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 78
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims abstract description 43
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 4
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 239000006121 base glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/291—Two-dimensional analogue deflection
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/292—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by controlled diffraction or phased-array beam steering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明涉及一种级联式相控阵光学扫描系统，属于激光雷达、激光测距领域。本发明通过硅基光波导相控阵和液晶空间光调制器级联实现二维扫描，其中，一级扫描为硅基光波导相控阵，二级扫描液晶空间光调制器。这种扫描方式的优势在于采用单波长激光也可实现二维扫描，该扫描方式可应用于全固态激光雷达等设备，实现对其收发光束的二维扫描。
Description
技术领域
本发明属于激光雷达、激光测距领域，具体涉及一种级联式相控阵光学扫描系统。
背景技术
激光扫描主要通过机械扫描、声光扫描、压电扫描以及光学相控阵扫描。其中，光学相控阵具有无惯性扫描、多光束控制、可灵活寻址的独特优势，是全固态激光雷达实现二维扫描的主要技术途径之一。
当前，全固态激光雷达主要采用硅基光波导相控阵实现光束扫描。由于硅基光波导相控阵的移相器阵列刻蚀在同一平面上，仅能通过相位控制实现一维扫描；美国麻省理工大学、伯克利大学等研究单位提出在波导上刻蚀发射光栅，并采用可调谐激光实现第二维扫描。这种扫描方式对光源提出了较高要求，加大了光源的研制难度。使光学相控阵扫描技术依赖于可调谐光源的发展，限制了光学相控阵在激光雷达中的应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种级联式相控阵光学扫描系统，以解决现有的光波导光学相控阵二维扫描对可调谐光源的依赖问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种级联式相控阵光学扫描系统，该系统包括：输入耦合器、1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列和液晶空间光调制器；其中，1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列集成在平面硅基光波导上；
入射光束经耦合器耦合进入芯片，以导模形式传输；然后通过N级1×2分束器实现1路到2N路的分束；分束后的光场进入波导移相器阵列，通过控制各路相位，实现输出光波前调制；调制后光束经波导阵列传输至波导天线阵列，在波导天线阵列出射面相干形成一维扫描光束；
液晶空间光调制器作为第二级相位调制装置，覆盖于硅基光波导的波导天线阵列上面，由波导天线出射的垂直的扫描光束，经空间光调制器对其相位进行二次调制，实现第二维扫描。
进一步地，输入耦合器由拉锥波导构成，通过缓慢改变波导宽度，使波导中的模场尺寸缓慢变化，起到模斑转换器的作用，连接光纤和平面硅基芯片的波导。
进一步地，1×2分束器阵列采用8级1×2多模干涉耦合器级联而成，将输入光等功率的分到256通道中，通过波导与移相器阵列连接；光从连接波导输入，进入多模干涉耦合器中将激励起多种模式相互干涉，在多模干涉耦合器一定长度的位置将形成二重像点，在二重像点位置放置输出连接波导，将分束后的光输出下一级多模干涉耦合器，最后一级多模干涉耦合器连接至移相器阵列。
进一步地，对称结构的1×2多模干涉耦合器将光等功率分成两束，通过8级级联，构成1端口输入256端口输出的功分网络，将输入光等功率地分到256个通道中。
进一步地，移相器阵列由256个热光移相器构成，热光移相器利用了硅材料大热光系数的特性，在硅波导上方制作金属加热器，移相器采用了TiN材料的加热器结构，通过对加热器两端施加电压，加热器温度将随着电压增加而增加，对硅波导加热改变波导中光场的有效折射率，经过一定长度的热光移相器实现相位的调制。
进一步地，移相器采用绕型波导结构，将绕型波导结构3根波导同时放入加热器中，使加热器同时作用于3根波导，同时，利用深刻蚀结构产生的空气缝隙降低热传递效率，起到提高热调效率的作用。
进一步地，天线阵列由平行等距排布的256个波导光栅天线构成，片上光经过波导光栅后，以一定角度出射到自由空间中，通过调节各个通道的相移量实现出射光束沿阵列方向偏转；天线采用微扰结构，即利用光栅刻蚀工艺，在硅波导两侧设计小尺寸周期性结构，用以形成光栅效应，根据波矢匹配的原理，波导中的光将以一定角度从波导光栅天线中射出。
进一步地，该硅基光波导上还包括：连接金属、焊盘和光学前端封装及驱动，连接金属连接加热器和焊盘，方便后续封装；焊盘起到与片外电路控制系统连接的作用；光学前端封装及驱动将256阵列的硅基光波导相控阵芯片封装在PCB板上，在芯片底部热沉下安装有TEC和散热铜片，采用金线引出其移相器阵列的电极接口，并通过软排线引出，和转接驱动板进行连接。
进一步地，液晶空间光调制器在一组合适的独立驱动电压作用下，各阵元按照一定序列形成相位延迟，在液晶产生一个相应的指向矢分布，对入射光波产生锯齿状的相位分布，形成一个液晶闪耀光栅相位分布，从而实现光束的偏转控制，光束指向性能由液晶空间光调制器的移相特性来决定。
进一步地，液晶空间光调制器为多层“夹心”结构，上下两个基板镜像对称放置，均包括基底玻璃、电极和配向层，中间是液晶材料层。
(三)有益效果
本发明提出一种级联式相控阵光学扫描系统，本发明涉及了一种级联式光学相控阵扫描组件，通过硅基光波导相控阵和液晶空间光调制器级联实现二维扫描，其中，一级扫描为硅基光波导相控阵，二级扫描液晶空间光调制器。这种扫描方式的优势在于采用单波长激光也可实现二维扫描，该扫描方式可应用于全固态激光雷达等设备，实现对其收发光束的二维扫描。
附图说明
图1为本发明级联式相控阵光学扫描组件架构示意图；
图2为基于硅波导的光学相控阵扫描芯片结构示意图；
图3为端面输入耦合器示意图；
图4为1×2多模干涉耦合器示意图；
图5为移相器示意图；
图6为波导光栅天线示意图；
图7为液晶空间光调制器示意图；
图8为液晶空间光调制器光束扫描控制原理图；
图9为液晶空间光调制器组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明涉及了一种级联式相控阵光学扫描系统，通过硅基光波导相控阵和液晶空间光调制器级联实现二维扫描，其中，一级扫描为硅基光波导相控阵，二级扫描液晶空间光调制器。这种扫描方式的优势在于采用单波长激光也可实现二维扫描，该扫描方式可应用于全固态激光雷达等设备，实现对其收发光束的二维扫描。该发明可以用在激光雷达、激光测距等领域。
本发明针对现有的光波导光学相控阵二维扫描对可调谐光源的依赖问题，提出了一种级联式相控阵光学扫描系统。该系统将激光通过光纤耦合进平面波导阵列，在波导阵列中通过波导移相器阵列，对相位进行调制，并通过波导光栅耦合输出一维扫描光束；一维扫描光束直接空间耦合进液晶空间光调制器，通过空间移相调制，实现第二维扫描。级联式液晶相控阵光学扫描系统包括：输入耦合器、1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列和液晶空间光调制器。其中，1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列集成在平面硅基光波导上。
本发明的级联式液晶相控阵光学扫描系统，作为激光雷达光束发射(或接收)单元，其主要包含两部分：平面硅基光波导相控阵和液晶空间光调制器。
(1)平面硅基光波导相控阵
硅基光波导相控阵包括：耦合器、1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列和天线阵列，各部分集成于平面硅基芯片上。该芯片运行机理如下：入射光束经耦合器耦合进入芯片，以导模形式传输；然后通过N级1×2分束器实现1路到2N路的分束；分束后的光场进入波导移相器阵列，通过控制各路相位，实现输出光波前调制；调制后光束经波导阵列传输至波导天线阵列，在波导天线阵列出射面相干形成一维扫描光束。如图2所示。
1)输入耦合器
输入耦合器由拉锥波导构成，通过缓慢改变波导宽度，使波导中的模场尺寸缓慢变化，起到模斑转换器的作用，连接光纤和平面硅基芯片的波导，端面输入耦合器具有低插入损耗、大带宽和偏振不敏感的优点，见图3。
2)1×2分束器阵列
1×2分束器阵列采用8级1×2多模干涉耦合器级联而成，将输入光等功率的分到256通道中，通过波导与移相器阵列连接。光从连接波导输入，进入多模干涉耦合器中将激励起多种模式相互干涉，在多模干涉耦合器一定长度的位置将形成二重像点，在二重像点位置放置输出连接波导，将分束后的光输出下一级多模干涉耦合器，最后一级多模干涉耦合器连接至移相器阵列。经过优化设计的多模干涉耦合器具有大带宽、大工艺容差、低插入损耗的优点。对称结构的1×2多模干涉耦合器将光等功率分成两束，如图4所示，通过8级级联，可以构成1端口输入256端口输出的功分网络，将输入光等功率地分到256个通道中。
3)移相器阵列
移相器阵列由256个热光移相器构成。热光移相器利用了硅材料大热光系数的特性，在硅波导上方制作金属加热器，对硅波导加热可以改变波导中光场的有效折射率，经过一定长度的热光移相器可以实现相位的调制。
移相器采用了TiN材料的加热器结构，通过对加热器两端施加电压，加热器温度将随着电压增加而增加。在硅波导上方放置加热器，利用硅材料热光系数较大的特点，通过对硅波导加热，可以起到改变波导中光场相位的作用。且金属加热器距离硅波导有一定距离，光场泄漏到加热器的部分非常少，因此采用该方案的移相器具有插入损耗低的优点。本发明采用绕型波导结构，将绕型波导结构3根波导同时放入加热器中，使加热器同时作用于3根波导，可以提高热调效率。同时，利用深刻蚀结构产生的空气缝隙可以降低热传递效率，起到提高热调效率的作用。移相器图5所示。
4)波导阵列
波导阵列主要用于连接移相器和天线阵列，将256通道的光传输至天线阵列进行发射。
5)天线阵列
天线阵列由平行等距排布的256个波导光栅天线构成，片上光经过波导光栅后，以一定角度出射到自由空间(一般为气体或真空)中。通过调节各个通道的相移量可以实现出射光束沿阵列方向偏转。
本发明的天线采用微扰结构，即利用光栅刻蚀工艺，在硅波导两侧设计小尺寸周期性结构，用以形成光栅效应，如图6所示。根据波矢匹配的原理，波导中的光将以一定角度从波导光栅天线中射出。
6)连接金属
连接金属连接加热器和焊盘，方便后续封装。
7)焊盘
焊盘起到与片外电路控制系统连接的作用。
8)光学前端封装及驱动
将256阵列的硅基光波导相控阵芯片封装在PCB板上，在芯片底部热沉下安装有TEC和散热铜片。采用金线引出其移相器阵列的电极接口，并通过软排线引出，和转接驱动板进行连接。
(2)液晶空间光调制器
液晶空间光调制器作为第二级相位调制装置，覆盖于硅基光波导相控阵的波导天线阵列上面，由波导天线出射的垂直于图7方向的扫描光束，经空间光调制器对其相位进行二次调制，实现平行于图7方向的扫描。
液晶空间光调制器在一组合适的独立驱动电压作用下，各阵元按照一定序列形成相位延迟，在液晶产生一个相应的指向矢分布，对入射光波产生锯齿状的相位分布，形成一个液晶闪耀光栅相位分布(或者其他相位分布)，从而实现光束的偏转控制，光束指向性能由液晶空间光调制器的移相特性来决定，原理如图8所示。
液晶空间光调制器为多层“夹心”结构，本发明拟采用7层液晶器件结构，上下两个基板镜像对称放置，均包括基底玻璃、电极、配向层，中间是液晶材料层。如图9所示。
该级联型光学相控阵主要方案是将各个核心功能器件集成实现，组成功能完备的光学系统。其主要设计过程从上至下分解为以下过程：
①集成方案规划。确定系统实现目标功能，分析各个重要核心器件与各项技术指标的内在联系，规划各个核心器件互联关系，确定总体技术路线。
②核心器件设计。分析系统核心器件物理规律，并初步确定核心器件设计方案。
③器件建模仿真及参数优化。结合实现平台工艺情况，并根据技术牵引指标进行器件建模和仿真。分析器件参数和技术指标之间的对应关系，确定最佳结构参数。
④核心器件集成。根据规划确立的系统集成方案，将设计好的各个分立的器件集成为一个功能系统，并进行总体验证。
本发明涉及一种级联式相控阵光学扫描系统，包括耦合输入光纤、1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列和液晶空间光调制器。将激光通过光纤耦合进平面波导阵列，在波导阵列中通过波导移相器阵列，对相位进行调制，并通过波导光栅耦合输出一维扫描光束；一维扫描光束直接空间耦合进液晶空间光调制器，通过空间移相调制，实现第二维扫描。
所述系统的一级扫描为硅基光波导相控阵，二级扫描为液晶空间光调制器；所述系统用于第一级扫描的硅基光波导相控阵包含输入耦合器、1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、天线阵列组成部分；所述系统用于第二级扫描的空间光调制器采用7层液晶器件结构，依次分别为基底玻璃、电极、配向层、液晶材料层、配向层、电极和基地玻璃。液晶空间光调制器与硅基光波导相控阵平行放置，液晶空间光调制器覆盖于硅基光波导天线阵列上方。
本发明涉及了一种级联式光学相控阵扫描组件，通过硅基光波导相控阵和液晶空间光调制器级联实现二维扫描，其中，一级扫描为硅基光波导相控阵，二级扫描液晶空间光调制器。这种扫描方式的优势在于采用单波长激光也可实现二维扫描，该扫描方式可应用于全固态激光雷达等设备，实现对其收发光束的二维扫描。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，该系统包括：输入耦合器、1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列和液晶空间光调制器；其中，1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列集成在平面硅基光波导上；
入射光束经耦合器耦合进入芯片，以导模形式传输；然后通过N级1×2分束器实现1路到2N路的分束；分束后的光场进入波导移相器阵列，通过控制各路相位，实现输出光波前调制；调制后光束经波导阵列传输至波导天线阵列，在波导天线阵列出射面相干形成一维扫描光束；
液晶空间光调制器作为第二级相位调制装置，覆盖于硅基光波导的波导天线阵列上面，由波导天线出射的垂直的扫描光束，经液晶空间光调制器对其相位进行二次调制，实现第二维扫描；
其中，
1×2分束器阵列采用8级1×2多模干涉耦合器级联而成，将输入光等功率的分到256通道中，通过波导与移相器阵列连接；光从连接波导输入，进入多模干涉耦合器中将激励起多种模式相互干涉，在多模干涉耦合器一定长度的位置将形成二重像点，在二重像点位置放置输出连接波导，将分束后的光输出下一级多模干涉耦合器，最后一级多模干涉耦合器连接至移相器阵列；
移相器阵列由256个热光移相器构成，热光移相器利用了硅材料大热光系数的特性，在硅波导上方制作金属加热器，移相器采用了TiN材料的加热器结构，通过对加热器两端施加电压，加热器温度将随着电压增加而增加，对硅波导加热改变波导中光场的有效折射率，经过一定长度的热光移相器实现相位的调制；移相器采用绕型波导结构，将绕型波导结构3根波导同时放入加热器中，使加热器同时作用于3根波导，同时，利用深刻蚀结构产生的空气缝隙降低热传递效率，起到提高热调效率的作用；
天线阵列由平行等距排布的256个波导光栅天线构成，片上光经过波导光栅后，以一定角度出射到自由空间中，通过调节各个通道的相移量实现出射光束沿阵列方向偏转；天线采用微扰结构，即利用光栅刻蚀工艺，在硅波导两侧设计小尺寸周期性结构，用以形成光栅效应，根据波矢匹配的原理，波导中的光将以一定角度从波导光栅天线中射出；
液晶空间光调制器在一组合适的独立驱动电压作用下，各阵元按照一定序列形成相位延迟，在液晶产生一个相应的指向矢分布，对入射光波产生锯齿状的相位分布，形成一个液晶闪耀光栅相位分布，从而实现光束的偏转控制，光束指向性能由液晶空间光调制器的移相特性来决定。
2.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，输入耦合器由拉锥波导构成，通过缓慢改变波导宽度，使波导中的模场尺寸缓慢变化，起到模斑转换器的作用，连接光纤和平面硅基芯片的波导。
3.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，对称结构的1×2多模干涉耦合器将光等功率分成两束，通过8级级联，构成1端口输入256端口输出的功分网络，将输入光等功率地分到256个通道中。
4.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，该硅基光波导上还包括：连接金属、焊盘和光学前端封装及驱动，连接金属连接加热器和焊盘，方便后续封装；焊盘起到与片外电路控制系统连接的作用；光学前端封装及驱动将256阵列的硅基光波导相控阵芯片封装在PCB板上，在芯片底部热沉下安装有TEC和散热铜片，采用金线引出其移相器阵列的电极接口，并通过软排线引出，和转接驱动板进行连接。
5.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，液晶空间光调制器为多层“夹心”结构，上下两个基板镜像对称放置，均包括基底玻璃、电极和配向层，中间是液晶材料层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310167407.2A CN116088244B (zh) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | 一种级联式相控阵光学扫描系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310167407.2A CN116088244B (zh) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | 一种级联式相控阵光学扫描系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116088244A CN116088244A (zh) | 2023-05-09 |
| CN116088244B true CN116088244B (zh) | 2024-01-09 |
Family
ID=86186945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310167407.2A Active CN116088244B (zh) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | 一种级联式相控阵光学扫描系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116088244B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116859510B (zh) * | 2023-08-31 | 2024-01-09 | 之江实验室 | 波导阵列结构及其光场调控方法 |
| CN117434777B (zh) * | 2023-12-20 | 2024-03-19 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 光子集成光学相控阵、单波长二维角度扫描装置及方法 |
| CN117518676B (zh) * | 2024-01-05 | 2024-03-19 | 深圳大学 | 一种高增益的液晶相控阵 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101576697A (zh) * | 2009-06-17 | 2009-11-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 电光开关阵列数字光扫描器 |
| JP2018128663A (ja) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光スキャンデバイス、光受信デバイス、および光検出システム |
| CN110174661A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-27 | 浙江大学 | 一种基于偏振复用的光学相控阵二维激光雷达扫描芯片 |
| CN110275364A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-09-24 | 华中科技大学 | 一种异质集成二维光学相控阵 |
| CN115167057A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-10-11 | 电子科技大学 | 一种透射式二维液晶空间光调制器 |
-
2023
- 2023-02-27 CN CN202310167407.2A patent/CN116088244B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101576697A (zh) * | 2009-06-17 | 2009-11-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 电光开关阵列数字光扫描器 |
| JP2018128663A (ja) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光スキャンデバイス、光受信デバイス、および光検出システム |
| CN110174661A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-27 | 浙江大学 | 一种基于偏振复用的光学相控阵二维激光雷达扫描芯片 |
| CN110275364A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-09-24 | 华中科技大学 | 一种异质集成二维光学相控阵 |
| CN115167057A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-10-11 | 电子科技大学 | 一种透射式二维液晶空间光调制器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116088244A (zh) | 2023-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116088244B (zh) | 一种级联式相控阵光学扫描系统 | |
| CN110174661B (zh) | 一种基于偏振复用的光学相控阵二维激光雷达扫描芯片 | |
| US6760512B2 (en) | Electro-optical programmable true-time delay generator | |
| CN109613512B (zh) | 基于诺伦矩阵的n×m集成多波束激光雷达发射系统 | |
| US11422431B2 (en) | Optical switching using spatially distributed phase shifters | |
| CN108828712B (zh) | 基于光学相控阵的大规模集成光开关芯片 | |
| CN112764287A (zh) | 一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵 | |
| JPH09105894A (ja) | 偏光独立性光学装置 | |
| CN113534167B (zh) | 可切换天线的相控阵激光雷达芯片、使用方法及激光雷达 | |
| CN110501779A (zh) | 微环延时矩阵及微波光子集成多波束相控阵芯片、系统 | |
| CN110750003A (zh) | 一种快速二维扫描光波导相控阵列结构 | |
| KR20010013957A (ko) | 광학 방사선 스위칭, 증폭, 제어 및 변조 방법 및 장치 | |
| US5796881A (en) | Lightweight antenna and method for the utilization thereof | |
| CN111158173A (zh) | 一种基于阵列波导光栅和声光调制光栅的集成激光扫描器 | |
| WO2021227357A1 (zh) | 光学相控阵、其制备方法及移相控制系统 | |
| CN113382322A (zh) | 一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片 | |
| CN115380240A (zh) | 光控制元件、使用该光控制元件的光调制器件及光发送装置 | |
| US20220163720A1 (en) | Optical waveguide element and optical waveguide device | |
| CN116388818A (zh) | 一种基于波长选择开关的收发共用波束形成网络 | |
| CN113204132B (zh) | 一种端面耦合器及其制备方法 | |
| WO2006100719A1 (ja) | 光デバイス | |
| CN111740786B (zh) | 一种集成光波导波束赋形装置 | |
| JP2001350046A (ja) | 集積型光導波路素子 | |
| CN214202007U (zh) | 基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵 | |
| CN221884070U (zh) | 8×8光开关系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |