[发明专利]一种光学相控阵器件及扫描方法

说明书

本发明公开了一种光学相控阵器件及扫描方法，属于光学相控阵及激光雷达领域。包括功分器、相位补偿区、移相器以及阵列天线；所述功分器将一束光分为等功率的多路光；所述相位补偿区用于进行光程补偿；所述移相器改变相邻波导之间的相位差；所述阵列天线中相邻波导之间用光阻隔结构抑制串扰，允许使用更小的波导间距，从而可以增大扫描角度。所述阵列天线包括一维扫描阵列天线和二维扫描阵列天线，所述一维扫描阵列天线是N根阵列波导等间距排列，通过移相器对每根阵列波导的相位进行调控，控制干涉光的方向；所述二维扫描阵列天线是同时在每一根阵列波导上做相同周期和占空比的光栅，通过改变输入光的波长可以使光栅衍射角发生变化。

技术领域

本发明属于光学相控阵及激光雷达领域，更具体地，涉及一种光学相控阵器件及扫描方法。

背景技术

自动驾驶汽车、智能机器人等智能化系统的兴起使得激光雷达系统颇受关注。对于激光雷达来说，快速且精准地完成大范围内的光束扫描是其得以商用的前提。光学相控阵是一种光发射器件，通过对天线进行有效地调控，可以实现光束扫描，该器件在激光雷达中有较为广泛的应用，除此之外也可应用于光学成像及军事国防领域。

基于电光晶体和压电陶瓷的光学相控阵具有结构简单、响应速度快的优势，但驱动电压过大、偏转角度小和不易集成的缺点不满足实际需求；基于液晶或MEMS的光学相控阵体积大、扫描范围有限、并且相邻阵元之间的串扰随着驱动电压增加；基于铝镓砷、磷化铟的阵列波导光学相控阵响应速度快，但是阵列波导的间距大，横向扫描范围有限，而且器件结构多为量子阱式的多层结构，工艺复杂，不适宜大规模的生产和应用。借助于现有的半导体工艺，光学相控阵器件更小的体积和功耗以及更快的扫描速度使得它们在激光雷达、自由空间光通信以及光成像和显示等领域备受瞩目。

发明内容

针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光学相控阵器件及扫描方法，旨在解决光学相控阵扫描范围小、串扰大、体积大、功耗大、系统复杂等问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种光学相控阵器件，包括功分器、相位补偿区、移相器以及阵列天线；

所述功分器将一束光分为等功率的多路光，分别进入等间距排列的多根波导中传输；

所述相位补偿区用于进行光程补偿，使得各路光到达所述阵列天线的初始相位相同；

所述移相器作用于等间距排列的多根波导，改变相邻波导之间的相位差；

每根波导上制作相同周期和占空比的光栅，从而形成所述阵列天线；所述阵列天线中相邻波导之间有光阻隔结构。

进一步地，所述相位补偿区包括若干个锥形波导、弯曲波导和直波导，通过改变其中直波导的长度单独对每根波导进行光程补偿。

进一步地，所述移相器通过热光效应或者电光效应调控每根波导的折射率，从而改变相邻波导间的相位差。

进一步地，所述功分器是星型耦合器、级联Y分支或者多模干涉仪。

进一步地，所述光阻隔结构为金属条或空气槽。

进一步地，所述功分器、相位补偿区以及阵列天线采用绝缘体上硅、氮化硅、铌酸锂制成。

本发明的另一方面还提供了一种基于上述光学相控阵器件的扫描方法，包括：

通过所述移相器控制相邻波导之间的相位差，控制干涉光的方向，实现一维扫描；

同时通过调节入射光波长使得光栅的衍射角度发生变化，实现二维扫描。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：