[发明专利]宽范围扫描的宽带激光相控阵系统

说明书

本发明提供一种宽范围扫描的宽带激光相控阵系统，包括若干个沿着y轴方向依次排布的激光相控阵子系统，子系统均由包覆层(3)及集成在包覆层(3)上的入射光纤(1)、耦合光栅(2)、包覆层(3)、功分网络(4)、电光衰减器(5)、电光移相器(6)、等离子体激元天线阵列(7)和光波导(8)组成；入射光纤入射的激光由耦合光栅耦合进入光波导中，经过功分网络将波导中的激光能量平均分到多路光波导中，并通过电光衰减器控制每一路波导中光的强度和利用电光移相器控制相位使相邻波导之间产生相位差，及由等离子体激元天线阵列辐射到自由空间中。本发明可有效提高目前激光相控阵的扫描角度范围和工作带宽。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种宽范围扫描的宽带激光相控阵系统。

背景技术

硅基激光相控阵体积小，重量轻，响应速度快，扫描范围大，与CMOS工艺相兼容，可以实现大规模集成和量产。

申请号为CN200310122621.9的“高速电光相控阵二维激光光束扫描器”涉及一个单片集成光学相控阵发射芯片，扫描速度快，精度高，但没有产生很宽的扫描范围。申请号为CN201310721989.0的“双电控扫描激光相控阵雷达”涉及一种液晶调相的激光相控阵雷达，解决天线单元尺寸大，发射光束旁瓣多的问题，但不具有宽的扫描范围。申请号为CN201810048104.8的“一种光学相控阵发射装置”公开了一种集成光学相控阵发射装置，使用光波导耦合器作为发射天线，不涉及等离子体激元天线阵列。

经非专利文献检索，文献“Large-scale nanophotonic phased array，”(Nature，Vol.493，no.7431，2013，pp195-199)描述了一个8×8激光相控阵，采用热光移相器，方向图出现了栅瓣；该激光相控阵不能进行宽范围扫描。文献“Large-scale silicon nitridenanophotonic phased arrays at infrared and visible wavelengths，”(OpticsLetters,Vol.42，no.1，pp 21–24)描述了一个1×1024天线阵列，方向图出现了栅瓣，不能进行宽范围扫描。

目前，在国内外的报道中，未见基于等离子体纳米天线单元的可进行宽范围扫描的宽带激光相控阵系统。

发明内容

发明所要解决的课题是，针对如何基于等离子体纳米天线单元的可进行宽范围扫描的特性设计宽带激光相控阵系统。

用于解决课题的技术手段是，本发明提出一种宽范围扫描的宽带激光相控阵系统，将硅基激光相控阵天线单元间距从几倍波长降低到亚波长，扫描范围从20°×15°提高到了88°×90°，具有37.1％的71.8THz的工作带宽。

宽范围扫描的宽带激光相控阵系统，包括若干个沿着y轴方向依次排布的激光相控阵子系统，其中每个子系统均由包覆层及集成在包覆层上的入射光纤、耦合光栅、包覆层、功分网络、电光衰减器、电光移相器、等离子体激元天线阵列和光波导组成；所述每个子系统中入射光纤入射的激光由耦合光栅耦合进入光波导中，经过功分网络将波导中的激光能量平均分到多路光波导中，并通过电光衰减器控制每一路波导中光的强度和利用电光移相器控制每一路波导中光的相位使相邻波导之间产生相位差，及由等离子体激元天线阵列辐射到自由空间中。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述激光相控阵子系统的数量为8个。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述电光移相器控制产生沿x轴和y轴方向的相位差。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述等离子体激元天线阵列包括银板和连接银板的硅板。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述银板和硅板均为长方体。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：全部的等离子体激元天线阵列产生88.0°×90.0°的扫描范围。