一種光學相控陣的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種光學相控陣，屬于光通信領域。
【背景技術】
[0002] 光通信是當代通信技術領域的熱口話題。在傳統微波相控陣的研究基礎上，人們 發明了一種重要的新型光通信系統一-光學相控陣。典型光學相控陣的原理示意圖如圖1， 其包括:相干光源、分束模塊、相位調制模塊、放大模塊和出射模塊。與傳統相控陣相比，光 學相控陣的工作波長由微波頻段轉移到近紅外波段乃至可見光波段，使其更加具有了明顯 的優勢。一方面，與微波相控陣一樣，由于相位調制由電路而非機械實現，使光學相控陣具 有無慣性、快速波束掃描的特點；另一方面，由于各器件的特征尺寸與工作波長相當，所W 與微波相控陣相比，光學相控陣的單元模塊更小，陣列規模可W做到很大，具有更好的集成 度和更小的功耗。
[0003] 當然光學相控陣帶來優勢的同時也同時帶來了新的技術挑戰。為達到遠場只保留 主瓣并抑制柵瓣的目的，輸出陣列周期需達到波長量級，同時要求足夠的旁瓣抑制，W實現 足夠清晰可辨的波束指向；另一方面，光學相控陣在單路相位調制方面需要實現至少一個 周期（2n)的相位改變，為保證足夠小的系統尺寸和集成度，要求相位調制模塊具有很高的 調制效率及準確性。運些對目前的相控陣技術來說都是很有挑戰性的。

【發明內容】

[0004] 針對光學相控陣的具體需求及現有方案存在的技術問題，本發明的目的在于提供 一種方便大規模集成、具有高調制效率及更優化的旁瓣抑制比的光學相控陣設計方案。
[0005] 其中，激光器作為相干光源產生的相干光經過分束模塊實現相干分束，各路相干 光由相位調制模塊分別進行相位調節。通過相位條件，由外圍電路經特定算法控制從各個 移相器福射出的相干光之間的相位關系，在設定的方向上產生多路干設。干設的結果是光 束在該方向上相干相漲，福射強度達到最大；而在其他方向上相干相消，福射強度接近于 零，W此實現光束的指向和偏轉，進而達到掃描定位、多點追蹤的目的。
[0006] 進一步地，所述相干光源可利用單色激光器產生，用于為光學相控陣器提供輸入 光源。在一些情況下，相干光源也可W為波長可調激光器，也可W采用對普通激光器或各種 不同類型的光源進行外調制等各種方法來改變激光波長。
[0007] 進一步地，所述分束模塊輸入端與相干光源輸出端通過光波導直接禪合或光柵空 間禪合連接，所述分束模塊的輸出端與相位控制的輸入端通過光波導連接，用于將單路入 射光源分束為N路，并輸出至相位調制模塊。所述分束模塊可W為1至N光學分束器，也可W 由MMI、Y分支等分束器多層級聯形成。其中，1至N光學分束器的各路可W是等功率輸出，也 可W通過設計各輸出端口的尺寸與相對位置，實現不等功率輸出。
[0008] 進一步地，所述光相位調制模塊用于對分束后的N路光束進行獨立的相位調制，可 W為光波導陣列，也可W為調制單元陣列。其中，所述光波導可W采用集成光波導陣列，對 應可W利用電光效應對相位進行調制。所述光波導也可W采用各類光纖、普通光波導、或其 他光波傳輸線、或利用相同原理制成的光器件等制得，對應利用外加調制器對光相位進行 調制。所述調制單元陣列，為具有獨立調相功能的調制單元按照一定規律排列而成，用于對 空間禪合系統分束后的各路光束進行相位調節。其中，調制單元為可W對相位進行改變的 獨立單元。
[0009] 進一步地，所述光波導陣列和調制單元陣列可W為一維陣列，也可W是二維或多 維陣列。
[0010] 進一步地，所述出射模塊用于發射經過相位調制后的N路光束，使其在遠場形成福 射圖案，可W為光波導陣列，也可W為光柵。其中，光波導陣列的間距可W相等，也可W不相 等。其中，經過設計的間距不相等的光波導陣列出射可W使遠場福射圖案的柵瓣不產生相 干疊加，而只有各個主瓣相干疊加，遠場波束掃描范圍受衍射角限制降低。
[0011] 進一步地，上述光學相控陣器可W由分立器件通過光波導或空間連接而成，也可 W用集成工藝集成在一塊或者幾炔基片上，也可W部分集成在一塊或者幾炔基片上。
[0012] 與現有技術相比，本發明的積極效果為：
[0013] 1.經過不等功率優化的分束模塊，顯著提高了旁瓣抑制比，提高了波束指向的明 確性。
[0014] 2.設計優化了效率更高的相位控制模塊，有效減小了調制器件尺寸，便于更大規 模的集成。采用基于電光效應的相位控制器，與傳統的熱光或MEMS相位控制方案相比，在響 應速度上有明顯提升。
[0015] 3.針對出射模塊，優化了波導或光柵陣列的排列布局，使遠場干設效果得到加強。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明的原理示意圖。
[0017] 圖2為本發明的一種具體系統方案圖。
[0018] 圖3為本發明中出射模塊采用陣列波導光柵(AWG)實現的一種具體排布圖。
[0019] 圖4為本發明中陣列波導光柵經不等間距優化前后的遠場功率分布對比圖。
[0020] (a)為等間距陣元排布下的遠場功率，（b)為不等間距陣元排布下的遠場分布。
【具體實施方式】
[0021] 下面對本發明的方案進行進一步詳細描述。
[0022] 圖2給出了本發明中的一種具體實施方案:單色激光器作為相干光源，產生的相干 光禪合進1*N型不等功率分束的星形禪合器中，各路輸出的相干光功率分別是口1，口2---Pi- ? - Pn。每路相干光禪合進獨立的電光相位調制器中，分別加載不同的電信號W實現不 同的相位偏轉;最后，各路經過相位調制的相干光禪合進由許多個光柵排布組合成陣列波 導光柵(AWG)中，實現相干出射。W上是一種特別具體的實現方式，其中在保證各模炔基礎 功能不變的情況下，其具體實現方式可W有多種。具體如下：
[0023] 對于相干光源部分，若在光相位調制陣列部分采用經過設計的光波導陣列或在出 射模塊采用經過設計的光柵禪合器，則可W使用波長可調激光器，通過改變光波長控制相 位差，W達到光束控制的目的，實現一維的任意方向自由掃描。
[0024] 激光器輸出端通過光纖連接與光波導禪合，波導中的光進入I分N相干分束模塊產 生相干光。采用對稱的星形禪合器、MMI、Y型分束器級聯等等功率分束方式，均可W達到相 干分束的目的。特別的，本實施方式中Wl分N星形禪合器為例，通過各路不同的功率分配， 在遠場空間干設后可W將干設光場主極強與旁瓣的功率比值(旁瓣抑制比）顯