一种用于栅瓣压缩的光学相控阵制造技术

本发明专利技术公开了一种用于栅瓣压缩的光学相控阵，由N个相控阵单元组成，N个相控阵单元在平面上排布为圆环形，N为自然数；每个相控阵单元包括1个用于调节该相控阵单元附加相位的相位调制器和1个用于调节场强幅度的注入锁定激光器；所述相位调制器的第一端朝向圆环形圆心的外侧具有波导发射单元；所述相位调制器的第二端朝向圆环形圆心的内侧波导连接有所述注入锁定激光器。采用本发明专利技术实现了对栅瓣强度的压缩。 1

An optical phased array for gate compression

The invention discloses an optical phased array for gate compression, consisting of N phased array units. N phased array units are arranged in a circular circle on a plane, and N is a natural number; each phased array unit consists of 1 phase modulators for regulating the additional phase of the phased array unit and 1 injection locking for regulating the amplitude of the field intensity. A laser; the first end of the phase modulator has a waveguide transmitting unit on the outside of the circular circular center of circle; the second end of the phase modulator connects with the injection locking laser to the inner waveguide of the circular center of the circle. The compression strength of the grating valve is realized by adopting the invention. One

【技术实现步骤摘要】
一种用于栅瓣压缩的光学相控阵
本专利技术涉及光学相控阵
，特别涉及一种用于栅瓣压缩的光学相控阵。
技术介绍
近年来成为研究热点、快速发展起来的光学相控阵技术(OPA—OpticalPhasedArray)是一种新的电控光束扫描技术，其工作原理类似于微波相控阵。其核心部件是由若干个相位调制单元构成。通过控制相位调制器的外加电压，可以控制调制器内部的附加折射率，从而可以控制每个相位调制器出射端光场的附加相位，这样就可以实现辐射光束传播方向的偏转。光学相控阵技术是一种高分辨率，高精确度，快速的光束控制技术，具有广阔的应用前景，因而成为近年来国际上的研究热点。传统光学相控阵发射单元为平面或线阵排布，其示意图如图1所示。光波导和电极材料交替排列，通过光波导两侧电极对不同光波导施加不同的电压，从而使不同层的光波导具有不同的折射率，不同的折射率带来的不同的光程在出射面处就会形成不同的附加相位，当附加相位按照线性排布时，输出的光束就会发生特定方向上的偏转，这就是此种光学相控阵的基本工作原理。尽管目前光学相控阵的扫描技术实现了高分辨率、高精确度、快速扫描，但是传统的光学相控阵还存在以下技术瓶颈制约它的普及：在栅瓣强度上，传统光学相控阵栅瓣较大。图2为传统光学相控阵远场光强图。从图2可以看出，光以0度方向出射，栅瓣强度很大，而且在光束偏转的时候栅瓣强度还会增大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的专利技术目的是：减小栅瓣强度。为达到上述目的，本专利技术的技术方案具体是这样实现的：本专利技术提供了一种用于栅瓣压缩的光学相控阵，由N个相控阵单元组成，N个相控阵单元在平面上排布为圆环形，N为自然数；每个相控阵单元包括1个用于调节该相控阵单元附加相位的相位调制器和1个用于调节场强幅度的注入锁定激光器；所述相位调制器的第一端朝向圆环形圆心的外侧具有波导发射单元；所述相位调制器的第二端朝向圆环形圆心的内侧波导连接有所述注入锁定激光器。由上述的技术方案可见，本专利技术通过将光学相控阵设计成圆环形排列，本身就可以起到栅瓣压缩的效果。本专利技术还在每个相位调制器朝向圆心的一侧波导连接有注入锁定激光器，利用注入锁定激光器改变每个相控阵单元的场强幅度从而进一步利用幅度加权再次降低栅瓣的强度。克服了传统光学相控阵栅瓣强度较大的缺点。附图说明图1为现有技术光学相控阵的结构示意图。图2为现有技术光学相控阵远场光强图。图3a为本专利技术未采取幅度加权的圆环形光学相控阵结构示意图。图3b为本专利技术采取幅度加权的圆环形光学相控阵结构示意图。图4为+1级栅瓣方向上相控阵单元在观察点处相位随单元编号变化示意图。图5为相同参数下传统光学相控阵的远场光强图。图6为本专利技术圆环形光学相控阵没有采用幅度加权时的远场光强图。图7为栅瓣相对强度随k参数变化的示意图。图8为本专利技术k＝1.6时采用幅度加权后圆环形光学相控阵的远场光强分布图。图9为k＝1.6时圆环形光学相控阵单元场强幅度分布图。图10为本专利技术圆环形光学相控阵采取幅度加权后扫描时远场光强变化示意图。图11为本专利技术圆环形光学相控阵未采取幅度加权扫描时远场光强变化示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。图3a为本专利技术未采取幅度加权的圆环形光学相控阵结构示意图。该圆环形相控阵由N个相控阵单元组成，每个相控阵单元包括1个用于调节该相控阵单元300附加相位的相位调制器301，将N个相位调制器在平面上排布为圆环形，每个相位调制器一端的波导发射单元302朝向圆环形圆心的外侧，N为自然数。由图3a可以看出，该未采取幅度加权的圆环形光学相控阵，并不包括注入锁定激光器。图3b为本专利技术采取幅度加权的圆环形光学相控阵结构示意图。该圆环形光学相控阵由N个相控阵单元组成，N个相控阵单元在平面上排布为圆环形，N为自然数；每个相控阵单元300包括1个用于调节该相控阵单元附加相位的相位调制器301和1个用于调节场强幅度的注入锁定激光器303；所述相位调制器的第一端朝向圆环形圆心的外侧具有波导发射单元302；所述相位调制器的第二端朝向圆环形圆心的内侧波导连接有所述注入锁定激光器303。由图3b可以看出，该采取幅度加权的圆环形光学相控阵，关键包括注入锁定激光器。通过下面的分析可知，圆环形相控阵各单元到达栅瓣方向的相位为非线性分布，起到了很好的栅瓣压缩效果，而且圆环形光学相控阵靠近中心部分单元对光学相控阵的栅瓣贡献比较大，两侧单元到达栅瓣方向的相位由于偏离线性分布也就是与相位匹配条件相差较大所以对栅瓣产生抑制作用。即不同的相控阵单元对栅瓣产生不同的贡献，本专利技术可以通过将光学相控阵设计成圆环形排列，然后加入注入锁定激光器，设计合理的幅度加权函数对不同单元的出射场强幅度进行调制来获得更为理想的栅瓣压缩效果。要想实现对光学相控阵单元的幅度加权本专利技术利用注入锁定激光器使得光学相控阵成为一种有源结构。注入锁定是指用一个低功率、窄线宽的激光器作为种子源(称为主激光器)，将其输出的激光注入到高功率激光器(称为从激光器)中。当注入光有效地匹配到从激光器中时，从激光器的振荡模式就会跟随主激光器的频率运转，这时即达到注入锁定的目的。由于从激光器的频率被锁定在主激光器的频率上。所以利用注入锁定激光器可以实现激光相干阵列的光学相控阵。注入锁定激光器还可以实现每一路光的有源放大，也可以调节光学相控阵每个单元的场强幅度来实现对光学相控阵的幅度加权等等目的。如图3b所示，定义垂直向上为0°角方向，在0°角方向上的单元编号n为0，向右的单元编号n依次为1,2,3……，向左的单元编号n依次为-1,-2,-3……。其中，△ln为第n个单元的相对光程差，Rn为第n个单元到观测点的距离。光学相控阵的每个单元看做独立的衍射单元，分别计算每个单元在特定方向上的光场分布，再将不同单元在特定方向上的光场叠加，最后求得远场光强分布。该模型忽略了每个单元的物理尺寸，即假定其无限小。在0°方向上距第0个出射单元R0处设置观察点，设第n个单元出射光场振幅为En0，附加相位为与观察方向的夹角为θn，观测点距离相控阵最近距离为R＝R0,则该单元在观察点处的场强为:其中我们对于每个单元到观察点处的光强进行叠加得到在0°方向观察点处的光场即为则，在0°观察方向上的光强分布为我们观察公式中每个单元的相位项该相位项由两部分构成，为相控阵单元与观察点相对距离不同而产生的空间相位差，我们将它命名为为通过相位调制器人为改变相控阵内部阵元的附加相位。当我们给相控阵单元加上一个合理的附加相位时，阵元内部的附加相位差和空间相位差恰好可以抵消，即此时相控阵的每个单元发出的光束到达观测点时满足相干叠加条件，在0°方向就产生了光强的极大值，这时的满足：此时I(0)取得最大值由此确定了光学相控阵出射角为0°时所需的阵元的附加相位分布。2)如果我们想实现光束偏转ω。这时相控阵工作单元的范围就要从变为这时我们从ω方向上观察，观察点处的光强为正如之前所说，要想实现在ω方向观察到的光场强度为最大值，其中需要阵元内部的附加相位差可以补偿空间相位差，即由此确定了光学相控阵出射角为ω时所需的阵元电控的附加相位分布。3)对于一个普适的出射角度ω，确定每个相控阵单元的附加相位后，我们把观察方向变为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于栅瓣压缩的光学相控阵，由N个相控阵单元组成，其特征在于，N个相控阵单

【技术特征摘要】
1.一种用于栅瓣压缩的光学相控阵，由N个相控阵单元组成，其特征在于，N个相控阵单元在平面上排布为圆环形，N为自然数；每个相控阵单元包括1个用于调节该相控阵单元附加相位的相位调制器和1个用于调节场强幅度的注入锁定激光器；所述相位调制器的第一端朝向圆环形圆心的外侧具有波导发射单元；所述相位调制器的第二端朝向圆环形圆心的内侧波导连接有所述注入锁定激光器。2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊兵，刘学成，罗毅，孙长征，郝智彪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11