一种光学相控阵的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光学相控阵，属于光通信领域。
【背景技术】
[0002] 光通信是当代通信技术领域的热口话题。在传统微波相控阵的研究基础上，人们 发明了一种重要的新型光通信系统一-光学相控阵。典型光学相控阵的原理示意图如图1， 其包括:相干光源、分束模块、相位调制模块、放大模块和出射模块。与传统相控阵相比，光 学相控阵的工作波长由微波频段转移到近红外波段乃至可见光波段，使其更加具有了明显 的优势。一方面，与微波相控阵一样，由于相位调制由电路而非机械实现，使光学相控阵具 有无惯性、快速波束扫描的特点；另一方面，由于各器件的特征尺寸与工作波长相当，所W 与微波相控阵相比，光学相控阵的单元模块更小，阵列规模可W做到很大，具有更好的集成 度和更小的功耗。
[0003] 当然光学相控阵带来优势的同时也同时带来了新的技术挑战。为达到远场只保留 主瓣并抑制栅瓣的目的，输出阵列周期需达到波长量级，同时要求足够的旁瓣抑制，W实现 足够清晰可辨的波束指向；另一方面，光学相控阵在单路相位调制方面需要实现至少一个 周期（2n)的相位改变，为保证足够小的系统尺寸和集成度，要求相位调制模块具有很高的 调制效率及准确性。运些对目前的相控阵技术来说都是很有挑战性的。
【发明内容】
[0004] 针对光学相控阵的具体需求及现有方案存在的技术问题，本发明的目的在于提供 一种方便大规模集成、具有高调制效率及更优化的旁瓣抑制比的光学相控阵设计方案。
[0005] 其中，激光器作为相干光源产生的相干光经过分束模块实现相干分束，各路相干 光由相位调制模块分别进行相位调节。通过相位条件，由外围电路经特定算法控制从各个 移相器福射出的相干光之间的相位关系，在设定的方向上产生多路干设。干设的结果是光 束在该方向上相干相涨，福射强度达到最大；而在其他方向上相干相消，福射强度接近于 零，W此实现光束的指向和偏转，进而达到扫描定位、多点追踪的目的。
[0006] 进一步地，所述相干光源可利用单色激光器产生，用于为光学相控阵器提供输入 光源。在一些情况下，相干光源也可W为波长可调激光器，也可W采用对普通激光器或各种 不同类型的光源进行外调制等各种方法来改变激光波长。
[0007] 进一步地，所述分束模块输入端与相干光源输出端通过光波导直接禪合或光栅空 间禪合连接，所述分束模块的输出端与相位控制的输入端通过光波导连接，用于将单路入 射光源分束为N路，并输出至相位调制模块。所述分束模块可W为1至N光学分束器，也可W 由MMI、Y分支等分束器多层级联形成。其中，1至N光学分束器的各路可W是等功率输出，也 可W通过设计各输出端口的尺寸与相对位置，实现不等功率输出。
[0008] 进一步地，所述光相位调制模块用于对分束后的N路光束进行独立的相位调制，可 W为光波导阵列，也可W为调制单元阵列。其中，所述光波导可W采用集成光波导阵列，对 应可W利用电光效应对相位进行调制。所述光波导也可W采用各类光纤、普通光波导、或其 他光波传输线、或利用相同原理制成的光器件等制得，对应利用外加调制器对光相位进行 调制。所述调制单元阵列，为具有独立调相功能的调制单元按照一定规律排列而成，用于对 空间禪合系统分束后的各路光束进行相位调节。其中，调制单元为可W对相位进行改变的 独立单元。
[0009] 进一步地，所述光波导阵列和调制单元阵列可W为一维阵列，也可W是二维或多 维阵列。
[0010] 进一步地，所述出射模块用于发射经过相位调制后的N路光束，使其在远场形成福 射图案，可W为光波导阵列，也可W为光栅。其中，光波导阵列的间距可W相等，也可W不相 等。其中，经过设计的间距不相等的光波导阵列出射可W使远场福射图案的栅瓣不产生相 干叠加，而只有各个主瓣相干叠加，远场波束扫描范围受衍射角限制降低。
[0011] 进一步地，上述光学相控阵器可W由分立器件通过光波导或空间连接而成，也可 W用集成工艺集成在一块或者几炔基片上，也可W部分集成在一块或者几炔基片上。
[0012] 与现有技术相比，本发明的积极效果为：
[0013] 1.经过不等功率优化的分束模块，显著提高了旁瓣抑制比，提高了波束指向的明 确性。
[0014] 2.设计优化了效率更高的相位控制模块，有效减小了调制器件尺寸，便于更大规 模的集成。采用基于电光效应的相位控制器，与传统的热光或MEMS相位控制方案相比，在响 应速度上有明显提升。
[0015] 3.针对出射模块，优化了波导或光栅阵列的排列布局，使远场干设效果得到加强。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的原理示意图。
[0017] 图2为本发明的一种具体系统方案图。
[0018] 图3为本发明中出射模块采用阵列波导光栅(AWG)实现的一种具体排布图。
[0019] 图4为本发明中阵列波导光栅经不等间距优化前后的远场功率分布对比图。
[0020] (a)为等间距阵元排布下的远场功率，（b)为不等间距阵元排布下的远场分布。
【具体实施方式】
[0021] 下面对本发明的方案进行进一步详细描述。
[0022] 图2给出了本发明中的一种具体实施方案:单色激光器作为相干光源，产生的相干 光禪合进1*N型不等功率分束的星形禪合器中，各路输出的相干光功率分别是口1，口2---Pi- ? - Pn。每路相干光禪合进独立的电光相位调制器中，分别加载不同的电信号W实现不 同的相位偏转;最后，各路经过相位调制的相干光禪合进由许多个光栅排布组合成阵列波 导光栅(AWG)中，实现相干出射。W上是一种特别具体的实现方式，其中在保证各模炔基础 功能不变的情况下，其具体实现方式可W有多种。具体如下：
[0023] 对于相干光源部分，若在光相位调制阵列部分采用经过设计的光波导阵列或在出 射模块采用经过设计的光栅禪合器，则可W使用波长可调激光器，通过改变光波长控制相 位差，W达到光束控制的目的，实现一维的任意方向自由扫描。
[0024] 激光器输出端通过光纤连接与光波导禪合，波导中的光进入I分N相干分束模块产 生相干光。采用对称的星形禪合器、MMI、Y型分束器级联等等功率分束方式，均可W达到相 干分束的目的。特别的，本实施方式中Wl分N星形禪合器为例，通过各路不同的功率分配， 在远场空间干设后可W将干设光场主极强与旁瓣的功率比值(旁瓣抑制比）显