[发明专利]应用于光学相控阵的天线阵列、光学相控阵及激光雷达

说明书

本发明实施例公开了一种应用于光学相控阵的天线阵列、光学相控阵及激光雷达，其中，天线阵列包括：N个相位补偿组和N个天线组，每个相位补偿组包括M个相位补偿单元，每个天线组包括M个天线单元，其中，N、M为正整数；其中一个所述相位补偿组中的其中一个相位补偿单元的输入端用于接收光信号，输出端连接其中一个天线组中的其中一个天线单元，用于将接收的光信号传输至天线单元，并根据天线单元产生的相位偏移，对所述光信号进行相位补偿，天线单元用于发射光信号。由此可见，利用本发明方案，通过缩小天线单元的宽度可以扩大天线发射的光斑大小，降低与外界的反射，提高发射效率；不同的天线单元引起的相位差异通过相位补偿单元进行弥补，使发射出去的多路光信号的相位保持等差，满足远场成像的要求。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种应用于光学相控阵的天线阵列、光学相控阵及激光雷达。

背景技术

光学相控阵是全固态激光雷达系统的重要组成部分，具有完全固态化，高可靠性，体积小，方便控制等优点。光学相控阵可以通过集成光电子技术来实现，现有的天线阵列包括绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)材料，氮化硅材料，三五族材料等。而基于SOI材料的硅基光学相控阵由于其可以利用成熟的微电子互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺平台，近年来受到业界的高度关注。

一般来说，光学相控阵由分光器、可调谐移相器、连接波导，天线发射单元构成。输入光通过分光器可以分成等比例，或者不等比例的光，这些光通过可调谐移相器之后，其相位会被改变。当经过一系列连接波导后，最终在天线发射单元中发射到自由空间中。

边缘发射天线在芯片边缘的波导宽度往往较宽，光能够在波导中被很好的限制，当突然到达芯片边缘往自由空间发射时，会由于折射率的突然变化，导致出现明显的反射现象，极大地影响了这种天线的发射效率，因此如何提高边缘发射天线的发射效率是目前业界急需解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种应用于光学相控阵的天线阵列、光学相控阵及激光雷达。

根据本发明的一个方面，提供了一种应用于光学相控阵的天线阵列，包括：N个相位补偿组和N个天线组，每个所述相位补偿组包括M个相位补偿单元，每个所述天线组包括M个天线单元，其中，N、M为正整数；其中一个所述相位补偿组中的其中一个所述相位补偿单元的输入端用于接收光信号，输出端连接其中一个天线组中的其中一个所述天线单元，用于将接收的光信号传输至所述天线单元，并根据所述天线单元产生的相位偏移，对所述光信号进行相位补偿，所述天线单元用于发射所述光信号。

可选的，所述天线单元包括由第一宽度逐渐变窄至第二宽度的波导模式转换器，用于将波导中的光斑逐渐扩大并在末端发射出去。

可选的，所述相位补偿单元包括宽度由所述第一宽度逐渐变化至第三宽度的第一模式转换器和宽度由所述第三宽度逐渐变化至所述第一宽度的第二模式转换器，所述第一模式转换器的输出端与所述第二模式转换器的输入端连接，所述第二模式转换器的输出端与其中一个所述天线单元连接。

可选的，所述第三宽度与所述第二模式转换器的输出端连接的所述天线单元的所述第二宽度以及所述天线阵列的制作工艺相关。

可选的，任一所述相位补偿组中，任一所述天线组中，任一所述天线单元产生θ的相位移动，则输出端与所述天线单元连接的所述相位补偿单元通过调整所述第一宽度与所述第三宽度的差值，使所述相位补偿单元产生-θ的相位移动，其中θ表示相位的变化量。

可选的，所述相位补偿组中任一所述相位补偿单元的所述第一宽度wj为300nm～500nm，所述第三宽度wjp为wj±200nm。

可选的，任一所述相位补偿单元的长度为1μm～50μm，任一所述天线单元的长度为1μm～50μm。