[发明专利]一种用于光学相控阵的相位校准方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于光学相控阵的相位校准方法及系统。本方法为：1)将一空间滤波器置于光学相控阵的观测系统中，调整该空间滤波器的位置使其仅能允许来自光学相控阵的两个相邻天线发射的光通过，同时阻挡光学相控阵其余天线发射的光；2)利用观测系统从远场观测到两相邻天线发射的光产生的干涉条纹后，调整当前所选两相邻天线的相位，直至其发射的光产生的干涉条纹对准相控阵天线阵列的最佳发射方向；3)移动该空间滤波器，使得上述所选两相邻天线中的一天线与其相邻天线构成的新的相邻天线发射的光通过该空间滤波器；4)重复步骤2)～3)，对天线阵列中任意两个相邻天线的相位校准后，完成整个光学相控阵的相位分布校准。

技术领域

本发明涉及一种用于光学相控阵的相位校准方法及系统，属于光通信领域。

背景技术

光通信是当代通信技术领域的热门话题。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——光学相控阵。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，使其具有了无惯性、快速波束扫描的特点以及单元模块尺寸小、集成度高等明显的优势。因此，光学相控阵技术在激光雷达、激光通信、自由空间光通信等领域均有广阔的前景。

当然光学相控阵带来优势的同时也带来了新的技术挑战。由于光学相控阵辐射波束形状严格受到各天线辐射相位的约束，为实现足够清晰可辨的波束指向，输出单元要求其初始相位分布具有很高的准确性。然而，由于器件布局、工艺误差等因素影响，光学相控阵的相位分布难以达到系统要求的均匀性。因此，随着光学相控阵集成度的增加与规模的扩大，用于光学相控阵的相位校准技术越来越不可或缺。

传统的相位校准技术多是利用梯度下降的算法在软件上对光学相控阵的相位进行校准，即首先将获得的光学相控阵的远场图样作为反馈，然后利用梯度下降的算法不断调整迭代施加在光学相控阵各单元上的控制电压表，最终得到校准后的相位分布。此方案的优点是无需通过校准过程得知各单元的精确相位即可实现整个光学相控阵的校准；缺点是：1.需要搭建复杂的反馈系统来迭代更新电压表，算法的效果与反馈系统质量有密切关系，对于光学相控阵发射的小信号(信噪比较低时)难以精确校准；2.在原理上各单元的相位与光学相控阵的输出结果是非线性关系，在复杂的大规模二维相控阵的条件下梯度下降的方法有可能将结果收敛到非最优解中，校准效果不理想。

即现有公知的相位校准技术多利用软件方法实现光学相控阵的校准，其具体实现需要搭建反馈系统，操作繁琐，校准精度对反馈系统的要求较高，对于大规模结构复杂的光学相控阵校准效果不理想。

发明内容

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实现操作便捷、迭代时间短、对齐精度高的用于光学相控阵的相位校准方法及系统。

其中，相位校准过程主要用空间滤波以及相干条纹的原理调整实现。首先，将空间滤波器件置于光学相控阵的观测系统中，调整其位置使它仅能允许来自两个相邻天线a、b发射的光通过，同时阻挡其余天线发射的光。然后，利用观测系统从远场观测到的图案中即可观察到明显的干涉条纹，然后通过对天线a、b施加电压来调整天线a、b的相位，直至天线a、b发射的光产生的干涉条纹对准天线阵列的最佳发射方向。然后，移动空间滤波器件使其远离其中一个天线，让另外两个天线通过(保证一个天线已经校准而另一个没有)并再次执行上述过程。最后，重复这个校准过程，从天线到天线，然后行到行列到列，当天线阵列中任意两个相邻天线的相位均被上述过程对齐后，最终整个光学相控阵的相位分布即被完全校准。本发明首次提出使利用空间滤波装置与观测系统结合的方式两两调整天线干涉条纹的用于集成片上光学相控阵的相位校准方法，此方法也可扩展用于任意形式的光学相控阵。观测系统需要具有远近场切换或者同时观测远近场结果的功能；若观测系统具有远近场切换的功能，需要调整观测系统功能，使其从近场观测切换到远场观测，从而得到干涉条纹，其具体实现方法根据观测系统结构而定，有多种形式；若观测系统具有同时观测远近场结果的功能，则可直接观察远场干涉条纹。