[发明专利]光学相控阵

说明书

根据美国35USC§119，本申请享有以澳大利亚国立大学的名义于2012年1月4日提交的第2012900034号澳大利亚临时专利申请的在先提交日期，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及光源并且更具体地涉及光束调向系统。

背景技术

相控阵在射频(RF)工程领域是众所周知的用于控制电磁场的传播方向和明显起源的机制。随着电磁(EM)辐射频率的增加在EM光谱的射频带以外延伸该技术变得愈加困难。这是因为当波长变得更小并且频率增加时，控制辐射相位的能力变得愈加困难。

控制光频相位、电磁(EM)辐射的方法是已知的。然而，如果反馈控制机制没有放入输出光束路径中，该光束形成装置全部失灵。在输出光束中放置该反馈控制机制对于在光束形成装置的光程长度(OPL)中由热源和其他源引起的不可避免的变化的测量和调整已经是必需的。不利地，在输出光束中放置该反馈控制机制必然从其预定目标转移部分输出能量。此外，传感器的定位需要在光束形成装置以外。

发明内容

根据本发明的方面，提供了一种光学相控阵，其包括：用于产生输出光束的光学头，该光学头具有在光学头中的参考表面并包括多个子孔径，每个子孔径用于接收各自的光束，该参考表面产生背反射光信号；扩展频谱调制模块，用于调制多个光束中的每一个以具有用于分离各自的调制光束的扩展频谱信号，该扩展频谱信号被提供至该光学头；以及用于根据背反射光信号和扩展频谱调制控制扩展频谱调制光束的相位的装置。

控制装置可以是根据背反射光信号和扩展频谱调制调整每个扩展频谱调制光束的光程长度的相位校正模块。

光学相控阵还可包括多个用于大功率光束形成的激光器并且其中控制装置直接控制每个激光器的相位。

每个激光的相位可通过改变该激光的频率直接控制。

该控制的、扩展频谱调制光束在反馈机制中使用以实现对输出光束的控制。

输出光束是大功率光束。

至少两个扩展频谱调制光束的相位可根据背反射光信号和扩展频谱调制被独立地控制。替代地，扩展频谱调制模块可利用唯一代码对输入扩展频谱调制模块的每个光束调进行制以产生唯一识别的光束。

扩展频谱调制模块可利用单个通用代码调制每个光束输入以从每个子孔径分离信号，每个子孔径信号具有不同的延迟。光学相控阵可包括产生输入至扩展频谱调制模块的多个光束的多个光源。光学相控阵可包括用于根据背反射光信号获取相位信息以提供相位校正信号的数字信号处理系统。相位信息可用于对每个子孔径的相移反馈以在远场中给出输出光束的期望的光束调向/光束形成。该数字信号处理系统可以：使用扩展频谱解码技术在背反射光信号中分别分离来自每个子孔径的信号的相位以及测量在背反射光信号中来自每个子孔径的信号的相位。

光学相控阵可包括用于根据背反射光信号生成数字信号的光探测器。

光学相控阵可包括用于在光探测器上干扰背反射光信号并用于对从该光电探测器获得的信号数字化的干扰和光电探测模块。

根据本发明另外的方面，提供了使用光学相控阵形成光束的方法。该方法包括：使用扩展频谱调制模块调制多个光束中的每一个以具有用于分离所述各个调制光束的扩展频谱信号；使用光学头从多个扩展频谱调制光束产生输出光束，光学头具有位于光学头中的参考表面并包括多个子孔径，每个子孔径用于接收扩展频谱调制光束中的各自的扩展频谱调制光束，该参考表面产生背反射光信号；以及根据背反射光信号和扩展频谱调制控制扩展频谱调制光束的相位。

控制步骤可使用相位校正模块实现，相位校正模块根据背反射光信号和扩展频谱调制调整每个扩展频谱调制光束的光程长度。

该方法可包括：使用用于大功率光束形成的多个激光器；以及其中控制步骤直接控制每个激光器的相位。

每个激光的相位可通过改变激光器的频率被直接控制。

该控制的、扩展频谱调制光束在反馈机制中使用以实现对输出光束的控制。

输出光束是大功率光束。

至少两个扩展频谱调制光束的相位可根据背反射光信号和扩展频谱调制被独立地控制。

调制步骤可利用唯一代码调制每个光束以产生唯一识别的光束。替代地，调制步骤可利用单个公共代码调制输入的每个光束以分离来自每个子孔径的信号，每个子孔径信号具有不同的延迟。该方法可包括产生输入至扩展频谱调制模块的多个光束的多个光源。

该方法可包括使用数字信号处理系统，根据背反射光信号获取相位信息以提供相位校正信号。