偏振不敏感光学相控阵和相关方法技术

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)。

Polarization insensitive optical phased array and correlation method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】偏振不敏感光学相控阵和相关方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年12月12日提交的专利技术名称为“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。
本专利技术涉及光学装置领域，尤其涉及光学相控阵和相关方法。
技术介绍
光学相控阵(opticalphasedarray，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(lightdetectionandranging，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(photonicintegratedcircuit，PIC)平台(例如但不限于绝缘体上硅(silicononinsulator，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OpticsExpress第25卷No.3上Komljenovic等的“SparseAperiodicArraysforOpticalBeamFormingandLIDAR”(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(polarizationmaintaining，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专利技术相关的信息。无意承认也不应解释为任何前述信息构成了相对于本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种偏振不敏感OPA及相关方法。根据本专利技术实施例，提供了一种光学相控阵设备。该设备包括偏振分路耦合器(polarizationsplittingcoupler，PSC)、第一光学相控阵(opticalphasedarray，OPA)部件、和第二OPA部件。PSC用于在输入处接收随机偏振的源光，将上述源光的第一部分转换成在第一输出端提供的第一输出光，以及将上述源光的第二部分转换成在第二输出端提供的第二输出光。上述第一输出光和上述第二输出光具有相同偏振。PSC可以是偏振旋转分路器(polarizationrotationsplitter，PRS)或2D光栅耦合器(gratingcoupler，GC)。第一OPA部件直接或间接耦合到至少第一输出端。第二OPA部件直接或间接耦合到至少第二输出端。上述设备还包括干涉减轻器，在一些实施例中，可以认为干涉减轻器包括PSC。干涉减轻器用于减轻第一OPA部件的输出和第二OPA部件的输出之间的不受控光干涉。注意，仍可以提供受控光干涉，例如以促进两个OPA部件共同操作以形成单个光束。在一些实施例中，不同的OPA部件操作为单独的OPA。当两个OPA部件发射正交偏振的光时，可能是这种情况。在其他实施例中，这两个OPA部件是单个OPA的两个部分(例如，半部)。例如，这两个OPA部件可以协作以形成单个光束。在其他实施例中，在只有一个OPA部件的情况下，该单个OPA部件自身操作为一个OPA。在一些实施例中，第一输出光被提供给第一OPA部件，第二OPA被提供给第二OPA部件，干涉减轻器包括上述设备的用于使第一OPA部件和第二OPA部件发射正交偏振光的一个或多个部件。干涉减轻器可以包括设置在第二OPA的天线单元之上的半波片(halfwaveplate，HWP)。应理解，尽管根据OPA部件通过其上部、背部、或边缘发射光，波片可以物理放置在PIC的上部、背部、或边缘，但是天线单元“之上”指波片放置在来自OPA部件的光束中，并在OPA部件和被该OPA部件照射的外部场景之间。在一些实施例中，干涉减轻器包括控制器，控制器可操作地耦合到PSC的第一输出端和第二输出端。控制器用于提供从第一输出光和第二输出光导出的第一受控输出光和第二受控输出光。第一受控输出光和第二受控输出光具有以下之一或二者：受控相对功率电平、受控相对相位，第一受控输出光和第二受控输出光分别被提供给第一OPA部件和第二OPA部件。根据本专利技术实施例，提供了一种操作光学相控阵的方法。该方法包括在偏振分路耦合器(PSC)接收随机偏振的源光，该方法还包括使用上述PSC将上述源光的第一部分转换成第一输出光，并将上述源光的第二部分转换成第二输出光，第一输出光和第二输出光具有相同偏振。该方法还包括将第一输出光提供给第一OPA部件。该方法还包括将第二输出光提供给第二OPA部件，第二OPA部件与第一OPA部件相邻。该方法还包括调节第一OPA部件和/或第二OPA部件发射的光的偏振，使得第一OPA部件发射的光正交于第二OPA部件发射的光。在此，“相邻”意味着尽管OPA部件不一定相触或邻接，但相比于到OPA的远场中的物体的距离，这些OPA部件更靠近彼此。根据本专利技术实施例，提供了一种操作光学相控阵的方法。该方法包括在偏振分路耦合器(PSC)接收随机偏振的源光。该方法还包括使用上述PSC将上述源光的第一部分转换成第一输出光，并将上述源光的第二部分转换成第二输出光，第一输出光和第二输出光具有相同偏振。该方法还包括使用控制器提供从第一输出光和第二输出光导出的第一受控输出光和第二受控输出光，第一受控输出光和第二受控输出光具有以下之一或二者：受控相对功率电平、受控相对相位。该方法还包括将第一受控输出光提供给第一OPA部件。该方法还包括将第二受控输出光提供给第二OPA部件，第二OPA部件与第一OPA部件相邻。根据本专利技术实施例，提供了一种光学相控阵设备。该设备包括PSC(例如PRS或2DGC)、控制器、以及OPA部件。偏振分路耦合器(PSC)用于在输入端接收随机偏振的源光，将上述源光的第一部分转换成在第一输出端提供的第一输出光，以及将上述源光的第二部分转换成在第二输出端提供的第二输出光。上述第一输出光和上述第二输出光具有相同偏振。控制器可操作地耦合到PSC的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学相控阵设备，包括：/n偏振分路耦合器(PSC)，用于在输入端接收随机偏振的源光，将所述源光的第一部分转换成在第一输出端提供的第一输出光，以及将所述源光的第二部分转换成在第二输出端提供的第二输出光，所述第一输出光和所述第二输出光具有相同偏振；/n第一光学相控阵(OPA)部件，直接或间接耦合到至少所述第一输出端；/n第二OPA部件，直接或间接耦合到至少所述第二输出端；以及/n干涉减轻器，用于减轻所述第一OPA部件的输出和所述第二OPA部件的输出之间的不受控光干涉。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171212 US 15/838,4981.一种光学相控阵设备，包括：
偏振分路耦合器(PSC)，用于在输入端接收随机偏振的源光，将所述源光的第一部分转换成在第一输出端提供的第一输出光，以及将所述源光的第二部分转换成在第二输出端提供的第二输出光，所述第一输出光和所述第二输出光具有相同偏振；
第一光学相控阵(OPA)部件，直接或间接耦合到至少所述第一输出端；
第二OPA部件，直接或间接耦合到至少所述第二输出端；以及
干涉减轻器，用于减轻所述第一OPA部件的输出和所述第二OPA部件的输出之间的不受控光干涉。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一输出光被提供给所述第一OPA部件，所述第二输出光被提供给所述第二OPA部件，并且其中，所述干涉减轻器包括所述设备的用于使所述第一OPA和所述第二OPA发射正交偏振光的一个或多个部件。


3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一OPA部件发射第一光束，所述第二OPA部件发射第二光束。


4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一输出光被提供给所述第一OPA部件，所述第二输出光被提供给所述第二OPA部件，并且其中，所述干涉减轻器包括设置在所述第二OPA部件的天线单元之上的半波片(HWP)，所述HWP用于将所述天线单元发射的光的偏振旋转90度。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述PSC包括偏振旋转分路器或二维光栅耦合器。


6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述干涉减轻器包括控制器，所述控制器可操作地耦合到所述PSC的所述第一输出端和所述第二输出端，所述控制器用于提供从所述第一输出光和所述第二输出光导出的第一受控输出光和第二受控输出光，所述第一受控输出光和所述第二受控输出光具有以下之一或二者：受控功率电平、受控相对相位，并且所述第一受控输出光被提供给所述第一OPA部件，所述第二受控输出光被提供给所述第二OPA部件。


7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一OPA部件和所述第二OPA部件作为整体OPA部件一起操作，并且其中，存在由所述整体OPA部件发射的共偏振光形成的光束，所述光包括来自所述第一OPA部件和所述第二OPA部件的光。


8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一OPA部件和所述第二OPA部件沿边缘邻接，所述光束以所述边缘为中心。


9.根据权利要求7和8中任一项所述的设备，其中，所述控制器包括：
第一移相器部分，耦合到所述PSC的所述第一输出端和/或所述第二输出端，所述第一移相器部分用于调节所述第一输出光和所述第二输出光的相对相位；
第一光耦合器，耦合到所述第一移相器部分的输出，并用于：接收并耦合经过所述第一移相器部分的相对相位控制之后的所述PSC提供的所述第一输出光和所述第二输出光；以及输出所述第一光耦合器的第一输出和第二输出；
第二移相器部分，耦合到所述第一光耦合器的至少一个输出，所述第二移相器部分用于调节所述第一光耦合器的所述第一输出和所述第二输出的相对相位；
第二光耦合器，耦合到所述第二移相器部分的输出，并用于：接收并耦合经过所述第二移相器部分的相对相位控制之后的所述第一光耦合器的所述第一输出和所述第二输出；以及输出所述第二光耦合器的第一耦合器输出光和第二耦合器输出光，所述第一受控输出光和所述第二受控输出光直接或间接从所述第二光耦合器的所述第一耦合器输出光和所述第二耦合器输出光导出；以及
反馈控制部分和控制电路，所述控制电路用于基于所述反馈控制部分的输出控制所述第一移相器部分和所述第二移相器部分所应用的相对相位调节。


10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述控制器还包括在所述第二光耦合器和所述第一OPA部件与所述第二OPA部件之间的一个或多个其他控制级，每个所述其他控制级包括：
其他移相器部分，用于调节直接或间接从所述光耦合器接收的光的相对相位，所述其他移相器部分由所述控制电路控制；以及
其他光耦合器，耦合到所述其他移相器部分的输出；
其中，来自所述其他控制级的最后一级的所述其他光耦合器的输出分别被提供作为所述第一受控输出光和所述第二受控输出光。


11.根据权利要求6至10中任一项所述的设备，其中，所述PSC包括偏振旋转分路器或二维光栅耦合器。


12.根据权利要求6至11中任一项所述的设备，其中，所述第一OPA部件和所述第二OPA部件中的每个包括一个或多个相位控制器，所述相位控制器用于对分别在所述第一OPA部件和所述第二OPA部件的输入端的所述第一受控输出光和所述第二受控输出光之间的光的相对相移进行补偿。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中，所述设备设置在硅光学芯片上，并且其中，所述相同偏振是横向电场(TE)偏振或横向磁场(TM)偏振。


14.一种光学相控阵设备，包括：
偏振分路耦合器(PSC)，用于在输入端接收随机偏振的源光，将所述源光的第一部分转换成在第一输出端提供的第一输出光，以及将所述源光的第二部分转换成在第二输出端提供的第二输出光，所述第一输出光和所述第二输出光具有相同偏振态；
控制器，可操作地耦合到所述PSC的所述第一输出端和所述第二输出端，所述控制器用于提供从所述第一输出光和所述第二输出光导出的第一受控输出光和第二受控输出光，所述第一受控输出光和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春书，艾瑞克·伯尼尔，多米尼克·约翰·古德威尔，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44