[发明专利]偏振不敏感光学相控阵和相关方法

说明书

提供了一种偏振不敏感光学相控阵(200)，用于LIDAR或其他目的。偏振旋转分路器(310)或二维光栅耦合器(410)提供共偏振光的两个分量。每个分量可以被路由至单独的光学相控阵(OPA)部件(235、240)，并且通过使用半波片(245)，OPA部件(235、240)之一的光输出(380、390)的偏振被旋转。偏振控制器(907)可以接收并控制共偏振光的两个分量，然后将受控光传送到两个OPA部件(235、240)。还可以使用单个OPA部件(550)与控制器(520)，控制器(520)将共偏振光的两个分量(535、540)组合成单个输出(680)，该单个输出(680)被传送到单个OPA部件(550)。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月12日提交的发明名称为“偏振不敏感光学相控阵和相关方法”、申请号为No.15/838,498的美国专利申请的优先权，其全部内容以引入的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及光学装置领域，尤其涉及光学相控阵和相关方法。

背景技术

光学相控阵(optical phased array，OPA)由多个光学天线组成，每个天线发射或接收特定幅度和相位的光。OPA可以用于多种目的，例如光检测和测距(light detectionand ranging，LIDAR)设备。基于OPA的LIDAR可以展现出灵活的波速转向、波束成形、以及多波束生成，这可以用于许多应用，例如但不限于自动驾驶。OPA可以用作发射波束成形器，其中，OPA被控制以使得发射通过干涉形成所需的远场辐射图。

OPA可以使用光子集成电路(photonic integrated circuit，PIC)平台(例如但不限于绝缘体上硅(silicon on insulator，SOI)平台)来实现，其中，OPA部件在包括光波导的衬底上形成。在2017年2月的Optics Express第25卷No.3上Komljenovic等的“SparseAperiodic Arrays for Optical Beam Forming and LIDAR”(以下称为Komljenovic)中，尤其是在Komljenovic的图1中描述了这种类型的示例OPA。然而，在这种实现中，所需的光学部件(包括无源元件和有源元件)通常是偏振相关的。例如，Komljenovic描述了具有依赖于折射率的转向方向的OPA，但使用硅厚度为220nm到500nm并具有部分蚀刻的波导的SOI，本领域技术人员都知道该部分蚀刻的波导具有强烈依赖于偏振的折射率。这意味着对于正确的操作，提供给这些部件的光必须主要是特定偏振的。

为了解决这个问题，当前的OPA通常接收在传送到PIC之前被预配置为所需偏振的输入光。例如，输入光可以远离PIC而生成，具有所需的偏振，然后使用偏振保持(polarization maintaining，PM)光纤发送到PIC平台OPA输入。

然而，使用偏振保持传输媒介以将OPA连接到外部偏振控制光源通常增加了系统成本和复杂性。因此，需要一种可与更通用的光源操作的OPA，更通用的光源例如是通用光纤激光器或具有未定义的偏振的另一光源，其中，未定义的偏振可以是静态的或可以是时变的。

因此，需要一种消除或减轻现有技术的一个或多个限制的OPA和相关方法。

提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。无意承认也不应解释为任何前述信息构成了相对于本发明的现有技术。

发明内容