[发明专利]波束控制器及波束控制方法

说明书

本公开涉及一种基于光学相控阵列的波束控制器。所述波束控制器包括光学相控阵列、自由空间合束区和共享光栅发射器。光学相控阵列包括：分束器以及与分束器耦接的波导阵列。分束器被配置为将初始光束等分为多个子波束。波导阵列包括：与子波束一一对应设置的多个波导。波导被配置为接收并传输子波束。多个波导的传输尾段呈扇形集中于自由空间合束区。自由空间合束区被配置为：使多个子波束合成于像面上。共享光栅发射器被配置为：将多个子波束合成于像面上的合成光束衍射发射。所述波束控制器能够控制合成光束在实现大角度出射的同时具有较高的扫描输出效率。

技术领域

本公开涉及光通信技术领域，特别是涉及一种波束控制器及波束控制方法。

背景技术

波束控制作为激光雷达、自由空间光通信等领域的关键技术之一，也可以应用于全息显示、生物成像等领域。目前，随着硅基光子技术的发展，波束控制采用光学相控阵列(OPA)实现，可以具有尺寸较小、速度较快和重量较轻等优势。

示例的，光学相控阵列(OPA)包括：星型耦合器或分束器，以及与星型耦合器或分束器耦接的波导阵列。波导阵列由N个平行且排成一列的波导构成，其中，每个波导上集成有可控相移器件，每个波导还与一个二阶线性光栅耦接。多个二阶线性光栅等距排放构成一个一维光学天线阵列，以作为激光输出器件。

然而，光学相控阵列(OPA)通常工作在微米量级的波长范围内。为了使二阶线性光栅出射波束的发散角尽可能小，通常需要采用弱光栅在较长距离上将波导所传输的波束以垂直于波导表面的方式出射。由于弱光栅的尺寸较大，在确保波束扫描不出现光栅旁瓣的前提下，相邻二阶线性光栅之间的间距较小，容易导致对应平行排列的波导之间产生耦合串扰。并且，波导的传输距离越长，所产生的串扰越大。从而会大大影响光学相控阵列的光学性能，例如减小其出射角度、降低其扫描输出效率等

发明内容

基于此，本公开实施例提供了一种波束控制器及波束控制方法，能够控制合成光束在实现大角度出射的同时具有较高的扫描输出效率。

为了实现上述目的，一方面，本公开一些实施例提供了一种波束控制器。该波束控制器包括：光学相控阵列、自由空间合束区、以及共享光栅发射器。光学相控阵列包括：分束器以及与分束器耦接的波导阵列。分束器被配置为：将初始光束等分为多个子波束。波导阵列包括：与子波束一一对应设置的多个波导。该波导被配置为接收并传输子波束。多个波导的传输尾段呈扇形集中于自由空间合束区。自由空间合束区被配置为：使多个子波束合成于像面上。共享光栅发射器被配置为：将多个子波束合成于像面上的合成光束衍射发射。

本公开实施例中，多个子波束的合成、以及合成光束的出射分开独立进行，即：多个子波束的合成利用自由空间合束区内的自由聚焦完成，对应合成光束的出射由共享光栅发射器衍射完成。这样共享光栅发射器的结构可以仅针对合成光束的出射需求设计，而无需再受限于子波束合成的需求，也即：无需同时兼顾将多个子波束聚焦为合成光束的功能，以及将合成光束衍射出射的功能。由此，共享光栅发射器可以具有较大的光束出射角度。

并且，多个波导的传输尾段呈扇形集中于自由空间合束区，可以在不影响波导中主要传输部分传输效果的基础上，逐步减小波导传输尾段之间的间距，例如使相邻两个波导的输出端之间的距离小于初始光束的波长，或者小于初始光束的波长的二分之一。此处，波导的输出端即为传输尾段与自由空间合束区交界的端部。从而，可以有效抑制多个子波束聚焦后的合成光束出现光栅旁瓣，以确保或提升波束控制器的扫描输出效率。

综上，本公开实施例提供的波束控制器，能够控制合成光束在实现大角度出射的同时具有较高的扫描输出效率。

在一些实施例中，像面在基准面上的正投影形状包括：曲率半径为R的弧线。自由空间合束区在基准面上的正投影形状包括：曲率半径为2R的罗兰圆，罗兰圆的圆心位于前述弧线上。