CN1283281A - 电可调光学滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种用于空分主辐射束中的频率分量的器件,包括:用于将主辐射束分成许多的次级辐射束的装置(40),多个电偏置的波导(41)形成波导阵列,每个用于传送一个次级辐射束到输出端,其中每个波导有一个具有相应光学延迟时间的相关光学延迟线(43),其中光学延迟时间中的每一个都不相同。该装置还包括将可变电场施加于每个波导上的装置(42),以便可以通过改变电场改变通过每个波导传播的次级辐射束(45)的相位φ。从每个波导输出的次级辐射束在传播区域内与从至少其它的波导之一输出的次级辐射束干涉,以便形成在传播区的不同位置包括一个或多个极值的干涉图样。最好,器件提供至少两个输出。器件也可以包括用于将RF调制施加于主辐射束的装置。器件可以包括与相连光学延迟线一起形成在单个芯片上的电偏置GaAs。或者,器件可以包括电偏置波导阵列,每个电偏置波导具有光纤延迟线。器件可以用作光学或微波频率的非扫描谱分析仪,用于解复或复用辐射束,和控制可调芯片上激光器的波长。

Description

电可调光学滤波器
本发明涉及电可调光学滤波器，特别地该光学滤波器可应用于对微波或光频率的输入辐射光束中的频率分量作空间分离。更具体地讲，此装置可用作非扫描(staring)谱分析仪或者作为波分复用器和解复器。
这里有两种方法制造谱分析仪。一种情况是，要分析的输入信号可以通过用要求的频率范围扫描的可调滤波器。然后测量通过滤波器传输的频率而获得谱。这样的系统称做扫描谱分析仪。另一种是，输入信号被分解为许多相同的低功率信号，然后每个信号通过一系列均匀分布滤波器中的不同滤波器。该系列滤波器的输出功率给出所要求的谱，这样的系统叫做非扫描谱分析仪。
如同实验室中使用的一样，传统的射频谱分析仪是扫描谱分析仪．这是因为扫描谱分析仪能够覆盖宽的频率范围，且具有高的分辨率，并容易地按要求重新设置。然而，扫描谱分析仪只对测量变化不太快的输入信号有用，因为它们一次仅能“看”一个频率。例如，如果输入信号包含快脉冲，如果在脉冲到达时分析仪没有看这个频率，则扫描谱分析仪很容易地错过某些频率的脉冲。
非扫描谱分析仪克服了这个问题。然而特别地，在频道数目多的情况下，制作一个这样的分析仪要比制作扫描谱分析仪更困难些。由于分离器通常是窄带元件，以各种方式分离宽带RF电信号而没有严重的失真是很困难的。而且，RF滤波器必须以与滤波器带宽的倒数成比例的时间对信号延迟，并且这样使得这种元件很大，而且采用传统技术难以制造成具有足够低的能量损失，以便获得低于100MHz分辨率。
光学方法可用于制造扫描和非扫描谱分析仪。扫描Fabry Perot干涉仪是扫描光谱分析仪的一个例子，它包括两个可相互移近或远离(通常使用一个锯齿波驱动电压)的平行(或共焦)平板。以时间为自变的输出强度给出了光谱[参见文章“Introduction to opticalelectronics”，A．Yariv(Holt Reinhart and Winston，1976)]。
光栅谱仪是光学非扫描谱分析仪的例子。它是通过将输入光束分成上千个光束，把每个光束的相位改变，改变量与它的位置呈线性(利用光栅)关系，并且在一个输出探测器阵列上重新合成移相的所有光束。由于相移，不同的光频率在探测器阵列的不同位置重新相位合成。
另一种类型的非扫描光谱分析仪是声光器件，其中要被分析的信号用来驱动一个产生声波到一个透明的压电和电光材料(比如铌酸锂)的声光传感器。声波在这种材料中建立折射率波，这种材料能够以与RF频率直接成比例的量将通过它们的光进行衍射。事实上，这种类型的谱分析仪之所以能够达到很高的分辨率，主要是因为声波比电磁波传播的更慢些，能够在小器件上产生更长的延迟。然而由于声波损失的存在，它们局限于低于几个GHz的频率范围。
各种光波导类型的低分辨率光谱仪已经出现了，通常用于在一个光纤上合成(复用)或分离(解复)一定数量的不同波长。然而这些是无源器件而不是有源器件，是通过精确的蚀刻制造并设计成控制光学相移。然而，蚀刻的不精确性是不可避免的，而且这限制本系统能够获得的分辨率。
UK2 269 678A是有关本发明的领域，它描述的是在半导体基片上形成的可调的干涉滤波器，基片上波导被分割成许多的等长的分支。每个分支都有可电控的振幅和相位控制元件，用于调制通过分支传播的光的辐度和相位。滤波器具有从许多的复用光信号中选择预定波长光信号的功能。通过每个分支的传播光重新合成提供单个器件输出信号。因此UK2 269 678A中描述的器件具有如下缺点，即器件只有一个波长的输出，而其它波长在基片中损失。因此该装置不适合用作谱分析仪或者要求有多个不同波长输出的应用场合。
依据本发明，用于空分主辐射束内频率分量的器件，包括：
用于将主辐射束分成许多的次级辐射束的装置，每个次级辐射束具有一个相位φ，
许多的电偏置的波导形成波导阵列，每个用于传送一个次级辐射束到输出端，这里每个波导有一个具有相应光学延迟时间的相关光学延迟线，其中光学延迟时间中的每一个都不相同。
将可变电场施加于每个波导上的装置，以便可以通过改变电场改变通过每个波导传播的次级辐射束的相位φ，
从而，从每个波导输出的次级辐射束在传播区域内与从至少其它的波导之一输出的次级辐射束干涉，以便形成在传播区的不同位置包括一个或多个极值的干涉图样。
最好，器件提供至少两个输出。
器件也可以包括用于将RF调制施加于主辐射束的装置。因此器件可用作光学非扫描谱分析仪或RF谱分析仪，而且克服了扫描谱分析仪如下的缺点：当辐射脉冲到达时如果器件没有正好扫描其它频率，这些频率的信号就可能丢失。进一步，通过RF调制装置，器件能够用于扫描光和微波频率，而且通过改变施加于一个或多个电可偏置的波导的电场，在使用中可以有源控制器件。因为通过每个波导传输的辐射相位可能变化，因此任何设计上的不精确可以在使用时通过改变所施加的电场而得到校正。这比用于复用和解复光束的无源器件更优越。
在最佳实施例中，每对相邻的波导输出被分开与相应的相邻的波导对之间的光学时间延迟差呈比例的量。这具有如下的好处：对应于不同光频率的不同强度最大值正好出现在传输区内的限定角度上，而且两个不同频率分量的最大值之间的角度之差基本上与两个频率分量的频率之差成比例。
在另一个最佳实施例中，在波导阵列中的波导基本上具有线性变化的光学时延。
典型地，通过波导阵列的光时延之差至少为100皮秒，并且可以至少是10纳秒。
传播区可以是一个空白区或者可以是个板状波导。利用板状波导具有优越性，因为它把次级波限制在比如说一个芯片上。
电偏置波导可以是Ⅲ—Ⅳ族半导体波导。比如，可以使用GaAs或InP／InGaAsP波导。
电偏置波导和光学延迟线一起形成一个整体，而且器件可在单个芯片上形成。或者，每个电偏置波导可包括一个电偏置波导和一个光纤延迟长度。
用于将主辐射束分离成许多的次级辐射束的装置是一个多模干涉分离器。
每个电偏置波导可具有用于改变电偏置波导区电场的独立的装置。比如，每个电偏置波导可以具有一个独立的可变电压源。
器件也可以包括一个或多个位于传送区内的输出波导，以便于每个输出波导可以接收来自于一个或多个波导的被选择频率的次级辐射束。
另外，或作为一种选择，器件可以包括一个具有一个激光腔的输入激光器，这里电偏置波导形成激光腔的一部分，使得通过改变施加到每个波导上的电场选择调整激光的波长。
依据本发明的另一方面，一种空分主辐射束频率分量的方法包括如下步骤：
(ⅰ)将主辐射束分成许多的次级辐射束，每个次级辐射束具有相位φ，
(ⅱ)通过构成波导阵列的多个电偏置的波导之一传播每个次级辐射束，其中每个波导具有一个相关的光学延迟线，每个延迟线具有相应的光延迟时间，每个光延迟时间是不同的。
(ⅲ)对每个电偏置波导施加可变电场，以及
(ⅳ)改变加在电偏置波导上的电场，以便通过每个电偏置波导传播的次级辐射束的相位φ可以改变，
(ⅴ)输出次级辐射束到传播区，在该区域内它们可以和一个或多个其它次级辐射束相互干涉，以及
(ⅵ)在传播区形成一个干涉图样，包括位于不同位置上的一个或多个最大值。
方法可进一步包括如下步骤：
(ⅶ)在传播区所述一个或每一个最大值位置推导出主输入光束的频率分量。
现在参考下面的附图仅以举例方式对本发明进行描述，其中：
图1示出已知电-光波导器件的原理透视图；
图2示出本发明的原理图；
图3示出单片GaAs波导阵列器件的掩模图，整个阵列上具有变化的光学延迟，
图4(a)示出对于没有输入调制的输入激光束，从图3所示的电-光波导器件获得的远场衍射图样的红外相机照片；
图4(b)和图4(c)示出对于没有RF调制的输入激光束，从图3所示的电-光波导器件获得的远场衍射图样的红外相机照片；
图5示出对于没有调制的输入激光束的远场衍射图样的线扫描，说明改变输入激光波长的效果；
图6示出在没有非调制输入光束而有三个不同频率调制边带情况下的远场强模型的线扫描，和
图7显示的是在图6所示的在放大的范围上的线扫描的情形，移去折射边带的影响。
可以用于本发明的电-光波导器件的一部分示于图1中。电-光波导器件及它的操作在美国专利US 5 293 598中有所描述。总而言之，器件(通常指1)包括重搀杂n型(n+)的GaAs基片2，通常搀杂浓度为1×1018cm-3。该层2上敷以具有相似的搀杂类型和浓度的n+GaxAl1-xAs敷层3。
敷层3上面有波导芯层4。该层4由n-(未搀杂，剩余n型)GaAs。这些层可看作是整个GaxAl1-xAs系统。层4具有延伸至它的上表面6的槽5，槽5从器件1的前面大部分但不是全部延伸到并行的后面(未显示)，后表面具有水平和垂直边(分别为7，8)。肋波导9形成在槽5之间。通常波导9宽度为2．6μm，长度为3mm。虽然实际上在一个完整的器件上将包括更多数目的波导，图1示出了两个波导9(三个槽5)。
每个波导9被敷以铝层10和连接片11，连接片11连接到DC偏置电压源12。因此每个波导9分别编址。器件1的前面13和后面7／8被细心地切割以便提供光学质量的表面。
在工作时，器件1可以被在后面7／8波导层4区域上会聚成一个小点(比如说直径2μm)的辐射(由线20表示)照射。典型地，这里距离波导端部500μm。然后光从所述点发散至波导9。从波导9出射的光束由发散的箭头诸如21表示。出射光束21组合共同的远场衍射图样，该图样在位置24具有中心强度最大值22和两个或更多的次级最大值23，如图1的底部所示。
每个波导9可以支持水平和垂直模式的光传播。波导9产生的光输出强度基本上局限于最低级的水平和垂直模式，而较高级的水平和垂向模式被禁止。结果是波导9组合产生的远场衍射图样基本上来自于低级空间模式。光通过器件的传播模式的进一步解释参看US 5 239598。
因此波导芯层材料4具有电-光(亦即电-折射)特性，每个波导9上的折射率和光路长度依赖于利用电压源12提供的电场。任何波导9的铝层10上的电压变化的结果会改变它的光输出相位。远场衍射图样是来自波导9的相位和幅度的贡献的矢量和，而且通过改变波导电压可以改变主最大值24的位置。通过控制施加到每个波导上的电极上的电压，从而可以形成和扫描或电聚焦远场衍射图样中的光束。由器件1产生的远场衍射图样在空气中完全形成在小于0．5mm范围内，或在GaAs介质中小于1．8mm的范围内。波导电压在20V范围内时，可以控制可以达到200。
本发明是用于空分输入辐射光束不同频率分量的器件，包括电-光波导阵列，每个波导具有一个光延迟各不相同的相关延迟线。典型地，电-光波导具有如图1所示的电光波导阵列结构，还有附加的上敷层n-GaxAl1-xAs(1×1015cm-3)，通过保持光远离金属电极而降低光损失。在如图1所示的传统器件中，可以通过改变施加到每个单独的波导的电压来控制远场光束。因此，远场衍射图样可以是电可控的。在本发明中，由于每个波导的不同的延迟长度，远场衍射图样既是频率可控的又是电可控的。因此，如果延迟线长度短，比如说500μm，器件可用作光谱分析仪，如果延迟线长的话，比如10cm，器件可用作微波普分析仪。
本发明的器件30的一个实施例的原理图示于图2中。该装置包括一个n路分离器31和n个光学移相器32。例如，光学移相器32可以是图1中所示的电-光波导器件。器件30也包括由n个光纤延迟线33组成的阵列和一个输出线性相位阵列34，光学延迟线33在阵列中具有线性延迟长度变化。来自器件30的输出谱能够在TV摄像机上观看，或者用非扫描线性探测器阵列37记录、处理、显示或者存储输出谱。要扫描的辐射光束35可以直接输入到器件30。作为一种选择，光束35可以用电-光强度调制器36调制。电-光强度调制器36的功能将在下面更详细地描述。
在本发明的一个实施例中，图2中原理性地示例的器件30可形成在单个的芯片上。作为单芯片器件的例子，这里描述的是16波导，是单片GaAs器件。
图3示例了单片16道GaAs电-光波导器件的掩模图。器件30包括一个输入波导39，光束35输入到里面，和一个用于将输入光束35分割成n个不同输出的1到16道多模式干涉分离器40。例如，可以是如同美国专利5 410 625中描述的多模式干涉分离器。器件30还包括16个用于光学相位控制的电-光波导41，每个电-光波导41具有一个电极42用来将电场施加到每个波导41上。这就使得每个波导41可以单独寻址。
与每个电-光波导41相连的是各自的具有不同长度的光学延迟线43。优选地，在整个电-光波导阵列上延迟长度基本上是线性变化的。在延迟线43的输出端是一个紧密排列的输出波导阵列44。输出波导阵列在图上表示为水平黑线44的阵列，每个都具有一个输出位置46并与延迟线43相连。
实际上为了制造的方便，每个电-光波导41，相连的延迟线43和相连的输出波导44可以形成为一个波导，以便器件是每个波导都具有不同长度(亦即具有不同的延迟)的电-光波导阵列。每个波导具有不同光学长度的波导阵列在此文中指的是电-光波导延迟线阵列。将元件41、43和44分别制造在单个芯片上制造器件也是可能的。通常，电-光波导41具有如图1所示的结构形式，并且在图中表示为由光学分离器40延伸的水平黑线。
在使用中，来自输入激光器(未示出)的连续波辐射35可以在多模式干涉分离器40处输入到器件30，在此输入光束被分离成16道。16个分离信号中的每一个通过电-光波导41(或移相器)之一，进入相连的延迟线43，再到形成输出波导阵列的输出波导44。而后在位置46从输出波导出射的16个输出光束45进入它们干涉的区域(本文指的是传播区)。典型地，传播区可以是个板状波导(未示出)，以便出射光束45被限制在芯片上，但传播好象在自由空间似的。作为一种选择传播区可以是自由空间。
来自每个输出波导44的输出光束45在位置46输出，并在传播区与大部分或所有来自其他输出波导44的输出光束45干涉，使得不同频率分量在干涉区的不同位置形成强度最大值。干涉图样或远场衍射图样通常在大约几个毫米距离处，因此能够用对特定波长的光敏感的相机观察到。
输出波导44紧密地排列，通常间隙小于100μm，最好更紧密地排列，例如在相邻的输出位置46之间的距离在5-20μm之间。每个输出波导44的输出位置46基本上沿一条直线L布置。最佳地，输出波导44分开的距离使得任何相邻的输出输出位置46之间的中心对中心间距直接与这两个相邻的输出波导之间的光学时间延迟之差成比例。这就保证了相应于不同光频率的强度最大值出现在传播区的限定角度，并且保证对于两个不同频率光束的最大值之间的角度差直接与两个光束的频率之差成比例。
在另一个最佳实施例中，输出位置46均匀分开，而且使得每对相邻的波导延迟线之间的相应光学时间延迟相应地均匀分开，以便阵列中的光学延迟线43基本上是线性变化。通常，这可能对应于0到1纳秒之间的延迟时间范围(亦即第n个波导的相对延迟是n／16纳米，其中n=1至16)。在本实施例中，器件30可以如同道间距为1GHz的16道谱分析仪一样工作。如果相邻延迟线之间的光延迟时间差是100ps的数量级，这就提供了一个10GHz的自由谱范围(亦即工作的最大频率范围)，并且分辨率为10Hz／N，这里N是延迟线的数目。因此最大和最小延迟线长度之差决定了器件能够达到的频率分辨率。
对于用波长为1．064μm的Nd：YAG激光束泵浦的输入二极管，对于具有图3所示GaAs芯片器件形式的器件取得了结果。如果施加到电-光波导41的电压初始化，以便所有16个输出光束45同项，那么在远场衍射图样中将给出单个主光束和两个侧瓣(由于输出强度图样的周期性)。示出在图4(a)中，其中示出单个主光速47a和两个侧瓣47b。那么通过线性改变阵列中16个输出光束的相位，可以扫描主光束47a和侧瓣47b。
比如，在阵列里如果相位的步长是160°／16(亦即22．5°)(从相同的起始条件)，光束将被主光束-第一侧瓣间距的1／16所控制。更一般地，如果相位的变化步长是n×22．5°，光束将被主光束-第一侧瓣间距的n／16所控制，直到当n=16时，再现原始图样，因为阵列输出光束再次同相(就象起始条件一样)。
实际上，通过适当地选择施加到每个波导上的电极的电压，相位总是可以设定为0至360°范围内的值。不使用等长的波导而采用增加延迟线的效果是如果输入光波长或频率改变光束可控。这用传统的电-光波导不能实现，而本发明得以实现的原因是：当输入波长变化时，输出相位以和电扫描主光束相同的方式在阵列内线性变化。比如，对于具有0到1纳秒波导延迟线集线性变化的器件，输入光束1GHz的频率变化控制光束移动主束-第一侧瓣间距的1／16，因为1GHz光频率的变化正好相应于每纳秒一个周期的变化，或者是在1纳秒的延迟线内有360°的相移。
第n个波导的延迟引起相应的n×22．50°相移，这是控制主光束-第一侧瓣间距的1／16的移动所要求的相位值。这样，器件提供依赖于光束扫描的频率，光束扫描比电扫描具有更大的优越性。进一步，将两种扫描方式一起实施使得装置更具有优越性，虽然器件描述为16道的器件，在实际中可以采用较少或较多数目的道。
本器件的一个极其有用的应用是作为非扫描谱分析仪。器件可作为一个光谱分析仪或一个RF谱分析仪使用。对于RF谱分析，参考图2，要被分析的辐射输入束20在进入器件30之前通过一个电-光频率调制器36。因此施加到调制器36的微波信号50增加频率分量到输入波20，输入波20被延迟线相位阵列41／43以不同的角度(与调制频率成比例)折射。
重要的是采用平衡的电-光调制器36以避免增加高次谐波，并且允许将输入光束的频率从远场衍射图样中移去。通过设置强度调制器为无效，输入束被强迫只显示调制的边带。如图4(b)和4(c)中的谱所显示的，这里输入束的频率已经从谱中去掉。
图5显示的是对于在三个频率(曲线48，49，50)的输入激光的情况下，的远场衍射图样的距离为函数的输出波导阵列的强度。这里显示了采用延迟线结合电-光波导的附加效果。也就是说，如果输入光波长或频率变化，以及通过改变施加于波导上的电压都能控制光束。
图6显示的是：在强度调制器36设置为无效，对于三个不同的RF频率2GHz、3GHz、和5GHz(分别为曲线51， 52，53)的远场衍射图样的强度扫描。载波光束被压制而且只有调制边带出现在扫描中。图7放大比例(任选比例)显示的图6所示的强度扫描，也显示了未调制信号(峰54)的强度扫描。如果许多不同的频率被用来调制输入光束，将在衍射图样里同时观测到它们。因此器件并不扫描象传统的谱分析仪一样的频率范围。
没有图2中的光调制器36，器件本质上如同电调的光谱分析仪一样操作。它能够传送任意高的光学分辨率，比使用传统的光栅谱仪可以达到的要好，传统谱仪的分辨能力受栅格宽度和间距的限制。其性能也和扫描型Fabry-Perot标准干涉谱仪的性能相匹配，但具有能够以任意数目输出道来分析光谱的优点，每道具有非扫描结构并不要求扫描来测量谱。
本器件的另一个应用是作为一个电控的波分复用／解复器。这在光纤通讯领域特别有用。波分复用／解复器被用来将许多的波长紧密排列的激光束混合到一个光纤上，并在另一端将它们分开。在传统的波分复用／解复器中，这是无源地实现的，这意味着为了设定在所要求的频率，器件必须高度精确地制造[参见Y．Inoue的文章“Integrated Photonic Research 1996，Conference Proceedings，April 1996，Boston USA，Paper IMC1 pp32-35”以及C．Van Dam等的文章“Integrated Photonics Research 1996，ConferenceProceedings，April 1996，Boston USA，Paper IMC6 pp52-55”]。
本器件可被用做波分复用器／解复器，并提供比已知的复用器更优越的性能，在于通过精细地调节施加到电-光波导上的电极上的电压，有源调整成为可能。对中心波长的有源控制，和对单个波导相移的精细控制在波分复用器中是很重要的，因为实际应用中以足够精度制造无源器件是很困难的。
实际上，在波分复用／解复器中频率间隔不必太大，通常大约为50-100GHz，与谱分析仪中要求的大约1GHz的典型值相反。这意味着光学延迟长度不必像谱分析仪应用中那样长。比如对于100GHz的分辨率，最大和最小延迟长度之差将为800μm。
器件也可用于控制芯片上激光波长。采用无源波导延迟阵列的这种器件的各种形式在下文中有所描述：M．Zirngibl等的文章“Integrated Photonics Research 1996”，Conference Proceedings，April 1996，Boston USA，Paper MIC6 PP52-55和L．H．Spiekman等的文章“Integrated Photonics Research 1996”，ConferenceProceedings，April 1996，Boston USA，Paper IMC3 ppl136-139。然而，这些器件很难设计和制造得足够精确，以便把波长设定在任何要求值上。
对本发明的情况，阵列可用做激光腔的一部分作为一个波长滤波器。比如，参考图3，增益区可以设置在输入波导60中，位于n-way分离器40的前面，并且反射镜(未显示)可以位于传播区。反射镜设置成使得它仅把一个特定频率的光反射回到延迟线阵列43中，以便于在所选择的频率处空腔增益达到最大值，从而器件在相应于反射光频率的波长发射激光，提供腔增益足够高，通过采用本发明的电调器件阵列而不是无源阵列，可以精确地设定为任何要求值，其精度在阵列的分辨率极限范围内。典型地，它可能＜100MHz。激光波长可以保持为常数或通过调节施加到电-光波导上的电极的电压来电子调整，这样只在一个波长向激光腔提供反馈。这种器件对于产生微波频率可能特别有用，产生微波频率要求对两个输入激光频率精细调整。
在图3中所示的本发明的一个实施例描述的是一个单片GaAs器件。虽然实际上将此器件制作在单芯片上更方便，作为一种选择，延迟线阵列可以设置在与电偏置波导阵列不同的另一个芯片上。也可采用其它Ⅲ-Ⅳ族半导体波导技术，比如说InP／InGaAsP。
在本发明的另外一个实施例中，器件可以是光纤基器件，其中电-光波导和光纤基元件混合使用。例如，参考图2，光学延迟线32可以是具有不同长度的光纤。同样地，n-way分离器31可以是光纤元件或玻璃块。如果使用光纤，使电-光波导形成在铌酸锂芯片上而不是GaAs芯片上更好。
参考图2，器件设置成使得分割的输入光束在通过延迟线33之前通过电偏置波导。然而，器件也可以这样构造，即使得相位控制和延迟功能的实现顺序相反，以便在相位控制之前引入延迟功能。例如，在光纤基器件中，这可以通过使得光纤延迟线33位于n路分离器31和电偏置波导32之间实现。类似地，参考图3，对于单片器件，可变的延迟长度43可以位地于极42之前，以实现相位控制。
输入激光(输入光束产生于此)，电-光调制器和n路分离器以及移相阵列都设置在单个芯片上。这样作出的器件小、轻而且坚固，其尺寸在一定程度上只取决于所要求的道的数目。
器件很容易工作在宽谱段范围，受电-光材料以及任何外部延迟线介质的透明性限制。目前的GaAlAs技术能够覆盖从0．7μm至10μm的波长范围。当在输入端和光学调制器件一起使用时，本器件也能够进行RF谱分析。
如果器件以CW可调激光束作为输入使用，器件将能够电扫描，同时扫描波长的小变化，而不需对器件中使用的移相器作任何调整。而且，如果线性阵列连接至输出光纤，而这些光纤作成二维阵列，通过在每个线性阵列输入端之间设置短的延迟可以实现x-y扫描。线性阵列必须具有很高的波长灵敏度(采用长的延迟)以便于当超过自由谱范围(或预定的扫描角度)时，下次扫描沿垂直于第一扫描轴做小量位移。

Claims (23)

1．一种用于空间分离(空分)主辐射束的频率分量的器件，包括：
将主辐射束分成多个次级辐射束的装置，每个次级辐射束具有一个相位φ，
多个电偏置波导形成一个波导阵列，每个用来将次级辐射束传播到输出，其中每个波导具有一个有相应光学延迟时间的相关光学延迟线，其中每个光学延迟时间都不同，
将可变电场施加到每个波导的装置，以便于通过每个波导传播的次级辐射束的相位φ可以通过改变电场加以改变，
从而，从每个波导输出的次级辐射束在传播区内与从至少其它波导之一输出的次级辐射束相干涉，以便于形成一个在传播区的不同位置包括一个或多个最大值的干涉图样，从而器件至少提供两个输出。
2．根据权利要求1所述的器件，也包括用于将RF调制施加到主辐射束的装置。
3．根据权利要求1所述的器件，形成用于分析主辐射光束的非扫描谱分析仪。
4．根据权利要求2所述的器件，形成用于分析主微波辐射束的非扫描谱分析仪。
5．根据权利要求1所述的器件，其中每个相邻的波导输出对以一定的距离分开，该距离与相应的相邻波导对之间的光学时间延迟之差成比例。
6．根据权利要求5所述的器件，其中波导在波导阵列上具有基本上呈线性变化的光学时间延迟。
7．根据权利要求5或6所述的器件，其中波导阵列上的光学时间延迟之差为至少100皮秒。
8．根据权利要求7所述的器件，其中波导阵列上的光学时间延迟之差为至少10纳秒。
9．根据权利要求1所述的器件，其中传播区是自由空间区域。
10．根据权利要求1所述的器件，其中传播区是板状波导。
11．根据权利要求1所述的器件，其中电偏置波导是Ⅲ-Ⅴ族半导体波导。
12．根据权利要求11所述的器件，其中电偏置波导是GaAs波导。
13．根据权利要求11所述的器件，其中电偏置波导是InP／InGaAsP波导。
14．根据权利要求1所述的器件，其中电偏置波导和相关联的光学延迟线形成为一体。
15．根据权利要求1所述的器件，在单个芯片上形成。
16．根据权利要求1所述的器件，其中波导阵列包括一个电偏置波导阵列，每个电偏置波导具有相关联的光纤延迟线。
17．根据权利要求1所述的器件，其中用于将主辐射束分成多个次级辐射束的装置是多模干涉分离器。
18．根据权利要求1所述的器件，其中每个电偏置波导具有独立的用来改变通过电偏置波导电场的装置。
19．根据权利要求18所述的器件，其中每个电可偏置波导有个独立的可变电压源。
20．根据权利要求1所述的器件，进而包括一个或多个位于传播区内的输出波导，以便于所述每个输出波导可以接收从一个或多个波导输出的所选择频率的次级辐射束。
21．根据权利要求1所述的器件，进一步包括具有激光腔的输入激光器，其中电偏置波导形成激光腔的一部分，使得能够通过改变施加到每个波导的电场而有选择性地调整激光波长。
22．一种用于空分主辐射束的频率分量的方法，包括如下步骤：
(ⅰ)将主辐射束分成多个次级辐射束，每个次级辐射束具有一个相位φ，
(ⅱ)通过形成波导阵列的多个电偏置波导之一传输每个次级辐射束，其中每个波导具有相关光学延迟线，光学延迟线具有相应的光学延迟时间，其中每个光学延迟时间不同，
(ⅲ)将可变电场施加到每个波导上，而且
(ⅳ)改变施加到每个波导的电场，以便可以改变通过每个波导传播的次级辐射束的相位φ，
(ⅴ)输出次级辐射束到传播区，在该区域内它们可以与其它次级辐射束中的一个或多个干涉，以及
(ⅵ)在传播区内形成干涉图样，该图样在传播区的不同位置包括一个或多个最大值。
23．根据权利要求22所述的方法，进一步包括如下步骤
(ⅶ)从传播区中所述一个或每个最大值位置推导出主输入束中的频率分量。
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