地相反指示的术语，诸如"仅一个"或"刚好一个"或在权利要求中使用时"由……构成"， 将指包括若干元件或元件列表的刚好一个元件。一般来说，如本文中使用的术语"或"在前 面修饰排他性术语时，应仅被解释为指示排他性替代物（即，"一个或另一个，但非两个"）， 诸如"任一个"、"一个"、"仅一个"或"刚好一个"。"实质上由……构成"在用于权利要求中 时应具有如其在专利法领域中使用的常规含义。
[0140] 如本文中在说明书及在权利要求中使用，短语"至少一个"在提及一个或更多个元 件的列表时应被了解为意指选自元件列表中的任一个或更多个元件的至少一个元件，但不 一定包括元件列表内具体列出的每一个元件的至少一个且不排除元件列表中的元件的任 意组合。这种定义也允许可选地可存在除短语"至少一个"所提及的元件列表内具体识别 的元件以外的元件，不论与具体识别的所述元件相关或无关。因此，作为非限制性实例，"A 及B的至少一个"（或等效地"A或B的至少一个"或等效地"A和/或B的至少一个"）可 在一个实施方案中指至少一个（可选地包括一个以一）A，而无B存在（及可选地包括除B 以外的元件）；在另一个实施方案中指至少一个（可选地包括一个以上）B，而无A存在（及 可选地包括除A以外的元件）；在又一个实施方案中，指至少一个（可选地包括一个以上A) 及至少一个（可选地包括一个以上）B(及可选地包括其它元件）；等。
[0141] 在权利要求中以及在上文说明书中，所有过渡短语，诸如"包括（comprising、 including)"，带有"、"具有"、"含有"、"涉及"、"保存"、"由……组成"及类似短语，将被理解 为开放式的，即意指包括但不限于。仅过渡短语"由……构成"及"实质上由……构成"应分 别为封闭式或半封闭式过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册，第2111. 03段中规定。
【主权项】
1. 一种用于从具有自由空间波长Ad勺相干光束形成远场辐射图案的光学相控阵列， 所述光学相控阵列包括： 至少一个波导，其用于引导所述相干光束；以及 多个天线元件，其安置在所述至少一个波导的平面中且倏逝地耦合至所述至少一个波 导，以发射所述相干光束的各自部分以形成所述远场辐射图案。2. 根据权利要求1所述的光学相控阵列，其中所述至少一个波导包括： 列波导，其用于在第一方向上引导所述相干光束；以及 至少一个行波导，其倏逝地耦合至所述列波导，以将所述相干光束的第一部分引导至 所述多个天线元件中的至少一个天线元件。3. 根据权利要求2所述的光学相控阵列，其中所述至少一个行波导包括： 第一行波导，其经由具有第一耦合效率的第一方向耦合器倏逝地耦合至所述列波导， 以引导具有第一振幅的所述相干光束的所述第一部分；以及 第二行波导，其经由具有第二耦合效率的第二方向耦合器倏逝地耦合至所述列波导， 以引导具有第二振幅的所述相干光束的第二部分。4. 根据权利要求3所述的光学相控阵列，其中选择所述第一耦合效率及所述第二耦合 效率，使得所述第一振幅大致等于所述第二振幅。5. 根据权利要求1所述的光学相控阵列，其中所述至少一个波导经由互补金属氧化物 半导体（CMOS)工艺形成。6. 根据权利要求1所述的光学相控阵列，其中所述多个天线元件按大约等于X。/2的 整数倍的间距间隔。7. 根据权利要求1所述的光学相控阵列，其中所述多个天线元件按小于或等于大约 入。/2的间距间隔。8. 根据权利要求1所述的光学相控阵列，其中由所述多个天线元件发射的所述相干光 束的所述各自部分具有大致相等振幅。9. 根据权利要求1所述的光学相控阵列，其还包括： 至少一条可变光学延迟线，其与所述多个天线元件中的至少一个天线元件光学通信， 以使所述相干光束的相应部分的相位偏移以变化所述远场辐射图案的振幅分布和/或补 偿所述至少一个波导中的相位误差。10. 根据权利要求9所述的光学相控阵列，其还包括： 至少一个加热器，其与所述至少一条可变光学延迟线热通信，以加热所述至少一条可 变光学延迟线的至少一部分以改变由所述至少一条可变光学延迟线赋予在所述相干光束 的所述相应部分上的相位偏移。11. 根据权利要求10所述的光学相控阵列，其中所述至少一个加热器包括形成在掺杂 半导体中的电阻式加热器。12. 根据权利要求10所述的光学相控阵列，其还包括： 控制器，其可操作地耦合至所述至少一个加热器，以控制所述至少一个加热器的温度 以经由由所述至少一条可变光学延迟线赋予在所述相干光束的所述相应部分上的相位偏 移的改变而变化所述远场辐射图案。13. 根据权利要求9所述的光学相控阵列，其还包括： 光栅，其与所述至少一条可变光学延迟线光学通信以使所述相干光束的所述相应部分 的至少部分衍射以形成所述远场辐射图案。14. 根据权利要求13所述的光学相控阵列，其中所述光栅具有至少大约IOOnm的半峰 全宽衍射带宽。15. 根据权利要求13所述的光学相控阵列，其中所述光栅被配置来抑制所述相干光束 的所述相应各自部分的谐振背反射。16. -种从具有自由空间波长X。的相干光束在光学相控阵列的远场中形成远场辐射 图案的方法，所述光学相控阵列包括至少一个波导及安置在所述至少一个波导的平面中的 多个天线元件，所述方法包括： (A) 经由所述至少一个波导引导所述相干光束； (B) 将来自所述至少一个波导的所述相干光束的各自部分倏逝地耦合至所述多个天线 元件中的各自天线元件；以及 (C) 从所述各自天线元件发射所述相干光束的所述各自部分以产生所述远场辐射图 案。17. 根据权利要求16所述的方法，其中： (A) 包括将来自列波导的所述相干光束的第一部分倏逝地耦合至至少一个行波导，以 及 (B) 包括将来自所述至少一个行波导的所述相干光束的所述各自部分倏逝地耦合至所 述各自天线元件。18. 根据权利要求17所述的方法，其中（A)包括： (Al)经由具有第一耦合效率的第一方向耦合器将来自所述列波导的所述相干光束的 所述第一部分倏逝地耦合至第一行波导，所述相干光束的所述第一部分具有第一振幅；以 及 (A2)经由具有第二耦合效率的第二方向耦合器将来自所述列波导的所述相干光束的 第二部分倏逝地耦合至第二行波导，所述相干光束的所述第二部分具有第二振幅，且所述 第二耦合效率被选择，使得所述第二振幅大致等于所述第一振幅。19. 根据权利要求16所述的方法，其中（A)包括： 将来自所述相干光源的所述相干光束耦合至经由互补金属氧化物半导体（CMOS)工艺 形成的第一波导中。20. 根据权利要求16所述的方法，其中⑶包括： 将来自所述至少一个波导的大致相等振幅的各自部分耦合至所述多个天线元件。21. 根据权利要求16所述的方法，其中（C)包括： 从按大约等于A</2的整数倍的间距的所述多个天线元件发射所述相干光束的所述各 自部分。22. 根据权利要求16所述的方法，其中（C)包括： 从按小于或等于大约Ac/2的间距的所述多个天线元件发射所述相干光束的所述各自 部分。23. 根据权利要求16所述的方法，其还包括： 用与所述多个天线元件中的第一天线元件光学通信的至少一条光学延迟线使所述相 干光束的所述各自部分的至少一个的相位偏移，以变化所述远场辐射图案和/或补偿所述 至少一个波导中的相位误差。24. 根据权利要求23所述的方法，其还包括： 加热所述至少一条光学延迟线的至少一部分以改变由所述至少一条光学延迟线赋予 在所述相干光束的所述各自部分的所述至少一个上的相位偏移。25. -种用于从具有大约A。的自由空间波长的相干光束形成远场辐射图案的光学相 控阵列，所述光学相控阵列包括： 基板； 列波导，其形成在所述基板中或所述基板上，以引导所述相干光束； 多个方向耦合器，其形成在所述基板中或所述基板上，以倏逝地耦合来自所述列波导 的所述相干光束的各自部分以产生多道行光束； 多个行波导，其形成在所述基板中或所述基板上，所述多个行波导中的每个行波导与 所述多个方向耦合器中的相应方向耦合器光学通信以引导所述多道行光束； 多个移相器，其形成在所述基板中或所述基板上，所述多个移相器中的每个移相器倏 逝地耦合至所述多个行波导中的相应行波导，且被配置来将相应相移赋予至所述多道行光 束中的所述相应行光束的相应部分以产生相应的相移光束； 多个天线元件，其形成在所述基板中或所述基板上，所述多个天线元件中的每个天线 元件与所述多个移相器中的相应移相器光学通信，且被配置来按相对于所述基板的角度发 射所述相应相移光束以形成所述远场辐射图案；以及 多个可独立控制加热器，所述多个可独立控制加热器中的每个可独立控制加热器与所 述多个移相器中的相应移相器热通信，且被配置来加热所述各自移相器以变化所述相应相 移以变化所述远场辐射图案和/或补偿所述列波导和/或所述多个行波导中的相位误差。26. 根据权利要求25所述的光学相控阵列，其中所述多个方向耦合器中的每个方向耦 合器具有长度，所述长度被选择使得所述多道行光束中的所述行光束具有大致相等振幅。27. 根据权利要求25所述的光学相控阵列，其中所述多个天线元件包括至少大约4096 个天线元件。
【专利摘要】一种由大量纳米光子天线元件形成的光学相控阵列可用于将复杂图像投射至远场中。这些纳米光子相控阵列(包括所述纳米光子天线元件及波导)可使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺形成在单个硅芯片上。方向耦合器将来自所述波导的光倏逝地耦合至所述纳米光子天线元件，所述纳米光子天线元件将光发射为光束，所述光束具有被选择使得发射光束在所述远场干涉以产生期望图案的相位及振幅。在一些情况下，所述相控阵列中的每个天线可光学耦合至相应可变延迟线，诸如热光调谐波导或液体填充单元，其可用于变化所述天线的输出的相位(及所产生的远场干涉图案)。
【IPC分类】G02B6/26
【公开号】CN105026970
【申请号】CN201480010911
【发明人】J·孙, M·R·瓦茨, A·雅各比, E·提莫尔多甘
【申请人】麻省理工学院
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年1月7日
【公告号】CA2897036A1, EP2929382A1, US8988754, US20140192394, WO2014110017A1