[发明专利]一种光学相控阵

说明书

本发明公开了一种光学相控阵，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，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。采用本发明实现了360°的大范围等幅扫描。本发明还公开了一种光学相控阵，从而实现多点扫描。

技术领域

本发明涉及光学相控阵技术领域，特别涉及一种光学相控阵。

背景技术

近年来成为研究热点、快速发展起来的光学相控阵技术(OPA—Optical PhasedArray)是一种新的电控光束扫描技术，其工作原理类似于微波相控阵。其核心部件是由若干个相位调制单元构成。通过控制相位调制器的外加电压，可以控制调制器内部的附加折射率，从而可以控制每个相位调制器出射端光场的附加相位，这样就可以实现辐射光束传播方向的偏转。光学相控阵技术是一种高分辨率，高精确度，快速的光束控制技术，具有广阔的应用前景，因而成为近年来国际上的研究热点。

传统光学相控阵发射单元为平面或线阵排布，其示意图如图1所示。光波导和电极材料交替排列，通过光波导两侧电极对不同光波导施加不同的电压，从而使不同层的光波导具有不同的折射率，不同的折射率带来的不同的光程在出射面处就会形成不同的附加相位，当附加相位按照线性排布时，输出的光束就会发生特定方向上的偏转，这就是此种光学相控阵的基本工作原理。

传统光学相控阵光束扫描图如图2所示，由于衍射包络的限制，在光束偏转时相控阵的主瓣急剧下降，而栅瓣迅速上升，导致传统光学相控阵的空间扫描角范围受到栅瓣强度的制约，通常定义光学相控阵最大扫描角为主瓣强度与栅瓣强度相等时的扫描角度，传统相控阵最大扫描角范围为(d 为周期，λ为光波长)。

尽管目前光学相控阵的扫描技术实现了高分辨率、高精确度、快速扫描，但是传统的光学相控阵还存在以下技术瓶颈制约它的普及：

1、扫描角度太小，现有报道的光学相控阵大多扫描角度仅为±10°左右。

2、对波导宽度和周期的要求太为苛刻导致制作工艺上的困难：如想要实现±90°方向上的扫描要求如需尽量少的栅瓣必须要求占空比即接近于1。(a为发射单元孔径；λ为光波长；d为周期，即相邻波导发射单元的间距)。

3、在栅瓣强度上，传统光学相控阵栅瓣较大。

4、如图2所示，传统相控阵扫描过程中随着扫描角度的增加，主瓣强度逐渐下降，栅瓣强度逐渐升高，甚至可能出现栅瓣强度大于主瓣强度的现象，这显然是我们不希望看到的。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一发明目的是：突破衍射包络的限制，实现360°的大范围扫描角。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种光学相控阵，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，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。

本发明的第二发明目的是：实现多点等幅扫描。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明人还公开了一种光学相控阵，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，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；