[发明专利]一种光学相控阵

权利要求书

1.一种光学相控阵，由N个相控阵单元组成，每个相控阵单元包括1个用于调节该相控阵单元附加相位的相位调制器，其特征在于，将N个相位调制器在平面上排布为圆环形，每个相位调制器一端的波导发射单元朝向圆环形圆心的外侧，N为自然数；相控阵单元工作范围为n为整数，其中，第n个相控阵单元的相位调制器根据出射角度ω的变化，调节的附加相位为：

d为相邻波导发射单元间距，λ为光源波长。

2.如权利要求1所述的光学相控阵，其特征在于，M个平面上的一维圆环形光学相控阵在轴向上进行累加排列，形成二维扫描光学相控阵，M为自然数。

3.如权利要求2所述的光学相控阵，其特征在于，每个平面上的一维圆环形光学相控阵包含的相控阵单元个数相同。

4.如权利要求2所述的光学相控阵，其特征在于，平面上的一维圆环形光学相控阵包含的相控阵单元个数从圆心处沿轴向的两个方向递减。

5.如权利要求1所述的光学相控阵，其特征在于，进一步包括置于圆环形光学相控阵的内侧的圆盘波导光栅耦合器，所述圆盘波导光栅耦合器的圆周与每个相位调制器朝向圆心的一侧尾端连接，所述圆盘波导光栅耦合器的圆心与圆环形光学相控阵的圆心重合，所述圆盘波导光栅耦合器的圆盘沿半径每隔预定宽度刻有环形凹槽，所述凹槽底部的宽度加上所述预定宽度等于波导光栅周期；

所述波导光栅周期Λ根据公式(n₃ sinθ-n_eff)Λ＝△l＝mλ，m＝0,±1,±2…确定；

n₃表示空气的折射率；θ表示光源入射到圆盘表面与垂直方向的夹角；λ表示光源波长；n_eff表示波导光栅的有效折射率，所述n_eff根据圆盘波导光栅耦合器材料的折射率n₁，衬底材料的折射率n₂，空气的折射率n₃，凹槽底部表面至衬底的高度h₁，凹槽顶部至衬底的高度h₂，以及所述预定宽度与波导光栅周期的比值确定；△l表示光源入射到波导光栅相邻周期的两路光束存在的光程差。

6.一种光学相控阵，由N个相控阵单元组成，每个相控阵单元包括1个用于调节该相控阵单元附加相位的相位调制器，其特征在于，将N个相位调制器在平面上排布为圆环形，每个相位调制器一端的波导发射单元朝向圆环形圆心的外侧，N为自然数；

对于内工作的相控阵单元，第n个相控阵单元的相位调制器根据m个点(ω₁<…<ω_j<…ω_m)扫描中的ω₁、…ω_j出射方向，调节的附加相位为：n为整数，m为大于等于2的正整数，j为1到m-1的正整数；

对于内工作的相控阵单元，第n个相控阵单元的相位调制器根据m个点扫描中的ω_j+1、…ω_m出射方向，调节的附加相位为：n为整数，m为大于等于2的正整数，j为1到m-1的正整数；

对于内工作的相控阵单元，第n个相控阵单元的相位调制器根据m个点扫描的ω₁、…ω_m出射方向，调节的附加相位为：

n为整数，m为大于等于2的正整数；

d为相邻波导发射单元间距，λ为光源波长。

7.如权利要求6所述的光学相控阵，其特征在于，M个平面上的一维圆环形光学相控阵在轴向上进行累加排列，形成二维扫描光学相控阵，M为自然数。

8.如权利要求7所述的光学相控阵，其特征在于，每个平面上的一维圆环形光学相控阵包含的相控阵单元个数相同。

9.如权利要求7所述的光学相控阵，其特征在于，平面上的一维圆环形光学相控阵包含的相控阵单元个数从圆心处沿轴向的两个方向递减。

10.如权利要求6所述的光学相控阵，其特征在于，进一步包括置于圆环形光学相控阵的内侧的圆盘波导光栅耦合器，所述圆盘波导光栅耦合器的圆周与每个相位调制器朝向圆心的一侧尾端连接，所述圆盘波导光栅耦合器的圆心与圆环形光学相控阵的圆心重合，所述圆盘波导光栅耦合器的圆盘沿半径每隔预定宽度刻有环形凹槽，所述凹槽底部的宽度加上所述预定宽度等于波导光栅周期；

所述波导光栅周期Λ根据公式(n₃ sinθ-n_eff)Λ＝△l＝mλ，m＝0,±1,±2…确定；

n₃表示空气的折射率；θ表示光源入射到圆盘表面与垂直方向的夹角；λ表示光源波长；n_eff表示波导光栅的有效折射率，所述n_eff根据圆盘波导光栅耦合器材料的折射率n₁，衬底材料的折射率n₂，空气的折射率n₃，凹槽底部表面至衬底的高度h₁，凹槽顶部至衬底的高度h₂，以及所述预定宽度与波导光栅周期的比值确定；△l表示光源入射到波导光栅相邻周期的两路光束存在的光程差。