一种基于波长路由的光控相阵雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及了一种雷达系统，特别是涉及了相控阵雷达技术的一种基于波长 路由的光控相阵雷达系统。
【背景技术】
[0002] 光控相控阵雷达相对于传统的雷达具有体积小、质量轻、损耗低、抗电磁干扰、宽 瞬时带宽、无波束倾斜等许多优点。因而，作为光控相控阵雷达核心技术的光学真延时模 块，成为该领域的研宄热点。
[0003] 国内外现有技术中，也提供了很多关于光真延时模块的设计。有基于普通光纤长 度改变来实现延时的方法；也有通过光纤布拉格光栅不同位置反射不同波长光波来实现延 时的；还有利用啁啾光纤光栅技术实现光真延时技术的；也有将光纤布拉格光栅和啁啾光 纤光栅结合在一起来实现延时的方法等等。上述方法中，都使用了大量的光纤，包括普通 光纤，布拉格光栅光纤，啁啾光纤等。在基于光纤的光真延时装置中，每个微波阵元都有与 之对应的延时线阵，随着通道数目的增加，延时线阵数量将线性增加，光纤的数量将成倍增 加，造成损耗增加、结构复杂、体积庞大、耗资巨大等缺点；并且，上述方法中大多需要使用 大量光开关来实现延时线的选择，随着通道数增加，光开关数量将成倍增加，同样会造成损 耗增加等缺点；同时，由于上述方法中，大多利用光纤长度的不同来引入延时，这就对光纤 长度精度要求非常高；此外光纤光栅重叠问题，啁啾光纤光栅抖动问题等都影响着延时的 性能。 【实用新型内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于波长路由的光控相阵 雷达系统，以至少解决现有技术中存在的上述问题。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是：
[0006] 包括依次连接的可调谐半导体激光器、调制器、第一阵列波导光栅路由器、延迟线 阵列、第二阵列波导光栅路由器和半导体探测器，半导体探测器连接有天线；N个可调谐半 导体激光器发出N路波长可调的光波信号用微波信号加载调制为光载波，光载波传输到第 一阵列波导光栅路由器的N个输出端口，第一阵列波导光栅路由器N个输出端口输出的光 载波经延迟线阵列分别传输到第二阵列波导光栅路由器的N个输入端口，第二阵列波导光 栅路由器N个输出端口输出的光载波分别传输到N个半导体探测器将加载在光波信号上的 微波信号解调，半导体探测器将解调后的微波信号通过各自的天线发射出去。
[0007] 所述的N路波长可调的光波信号直接加载调制或者用微波信号通过各自的调制 器加载调制为光载波。
[0008] 所述的延迟线阵列包括N段长度呈等差数列的波导，N段波导的两端连接在第一 阵列波导光栅路由器N个输出端口和第二阵列波导光栅路由器N个输入端口之间。
[0009] 所述第一阵列波导光栅路由器和第二阵列波导光栅路由器包含对应N个输入或 输出波导的N个信道，所述N个信道占据所述阵列波导光栅的整个自由光谱范围，即信道间 隔为波导光栅的自由光谱范围的1/N。
[0010] 所述的每个可调谐半导体激光器发射的光信号在多个不同波长的信道中切换，各 个信道的波长为x+i A A，其中i为信道的序数，i = 0,1，2. . . N-1。
[0011] 所述的每个可调谐半导体激光器发射的光信号在N个不同波长的信道中切换， N个信道的波长组成了波长为A+iA A的波长序列，其中i为信道的序数，i = 〇，l， 2. .. N-l，N个信道的光信号分别从第一阵列波导光栅路由器的N个输出波导输出。
[0012] 所述的延迟线阵列中各波导长度为L+j AL其中j = 0，1，2. . .N-l，L为最短波导 的长度，作为参考波导长度；
[0013] AL为相邻波导的波长差，采用以下公式计算：
[0014]
【主权项】
1. 一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：包括依次连接的可调谐半导 体激光器（1)、调制器（2)、第一阵列波导光栅路由器（3)、延迟线阵列（4)、第二阵列波导光 栅路由器（5)和半导体探测器（6)，半导体探测器（6)连接有天线（7) ;N个可调谐半导体 激光器（1)发出N路波长可调的光波信号用微波信号加载调制为光载波，光载波传输到第 一阵列波导光栅路由器（3)的N个输出端口，第一阵列波导光栅路由器（3)N个输出端口输 出的光载波经延迟线阵列（4)分别传输到第二阵列波导光栅路由器（5)的N个输入端口， 第二阵列波导光栅路由器（5)N个输出端口输出的光载波分别传输到N个半导体探测器（6) 将加载在光波信号上的微波信号解调，半导体探测器（6)将解调后的微波信号通过各自的 天线⑵发射出去。
2. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 的N路波长可调的光波信号直接加载调制或者用微波信号通过各自的调制器（2)加载调制 为光载波。
3. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 的延迟线阵列（4)包括N段长度呈等差数列的波导，N段波导的两端连接在第一阵列波导 光栅路由器（3)N个输出端口和第二阵列波导光栅路由器（5)N个输入端口之间。
4. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 第一阵列波导光栅路由器（3)和第二阵列波导光栅路由器（5)包含对应N个输入或输出波 导的N个信道，所述N个信道占据所述阵列波导光栅的整个自由光谱范围，即信道间隔为波 导光栅的自由光谱范围的1/N。
5. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 的每个可调谐半导体激光器（1)发射的光信号在多个不同波长的信道中切换，各个信道的 波长为X+iAA，其中i为信道的序数，i= 〇，l，2. ..N-1。
6. 根据权利要求5所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 的每个可调谐半导体激光器（1)发射的光信号在N个不同波长的信道中切换，N个信道的 波长组成了波长为A+iAA的波长序列，其中i为信道的序数，i=〇，l，2...N_l，N个信 道的光信号分别从第一阵列波导光栅路由器（3)的N个输出波导输出。
7. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 的延迟线阵列（4)中各波导长度为L+jAL其中j= 0，1，2. . .N-1，L为最短波导的长度，作 为参考波导长度； AL为相邻波导的波长差，采用以下公式计算：
其中，c为光速，nrff为波导有效折射率，At为所需的最小延时差； 所需的最小延时差△T采用以下公式计算：
其中为微波信号频率，
N为可调谐半导体激光器的总数。
8. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 的两个阵列波导光栅路由器结构相同，并且与所述延迟线阵列（4)集成在一块衬底上。
9. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 的两个阵列波导光栅路由器和延迟线阵列（4)的波导材料相同，均采用二氧化硅、硅、氮化 硅、氮氧化硅或者磷化铟的光波导材料。
10. 根据权利要求1所述的一种基于波长路由的光控相阵雷达系统，其特征在于：所述 可调谐半导体激光器、半导体光探测器和阵列波导光栅路由器可以通过混合集成的方法， 集成在同一衬底上。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于波长路由的光控相阵雷达系统。N个可调谐半导体激光器发出多路不同波长的光波信号用微波信号通过各自的调制器加载调制后传输到第一阵列波导光栅路由器，经延迟线阵列传输到第二阵列波导光栅路由器，再传输到N个半导体探测器解调，半导体探测器将解调后的微波信号通过天线发射出去。本实用新型使用可调谐半导体激光器改变波长来切换延时线阵，避免了大量光开光的使用；利用集成光学的方法，避免了光纤布拉格光栅的重叠问题，将两个阵列波导光栅路由器以及延迟线阵列集成在同一块衬底上，并保证延迟线长度的精度，提高了系统的稳定性，降低了成本，具有尺寸小、损耗小、质量轻、精度高、抗电磁干扰等优点。
【IPC分类】G01S17-02, G01S7-48
【公开号】CN204479750
【申请号】CN201520086934
【发明人】陈阳, 何建军, 郎婷婷
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年2月6日