光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法技术

本发明专利技术提出了一种光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法，光相控阵列器件包括：光开关、电光强度调制器、功分网络、幅度一致性网络、光控相控阵列。光开关用于控制接收不同模式的光信号，电光强度调制器与光开关连接，用于控制光信号的强度。功分网络与电光强度调制器连接，用于将光信号分配至多个子通道中。幅度一致性网络与功分网络连接，用于检测和调节各个子通道中光信号的光功率。本发明专利技术的光相控阵列器件将电光强度调制器、光开关和光控相控阵列集成在一个芯片内，实现了测量通信的一体，而且，本发明专利技术在光控相控阵列前端加入了幅度一致性网络，有效保证了各子通道中光功率的一致性。

【技术实现步骤摘要】
光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法
本专利技术涉及光电子器件
，尤其涉及一种光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法。
技术介绍
光控相控阵是激光雷达波束成形的关键元器件。激光测量通信一体是今后激光雷达体系发展的重要方向，激光测量通信一体雷达由激光源，调制器，波束形成器件，波束扫描器件以及探测器件等部分组成，其中调制器和波束扫描器件是其中的核心器件。相关技术中，波束扫描器件和调制器件是分立的，即波束扫描功能和通信功能需要用两套系统实现，造成设备体积大、功耗大和功能切换时间长的缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是解决相关技术中，波束扫描器件和调制器分立设置导致激光雷达设备体积大、功耗大及功能切换时间长的缺陷。本专利技术提出了一种光相控阵列器件、激光雷达及基于激光雷达的探测方法。根据本专利技术实施例的光相控阵列器件，包括：光开关，用于控制接收不同模式的光源信号；电光强度调制器，与所述光开关连接，用于对所述光信号的强度进行调制；功分网络，与所述电光强度调制器连接，用于将所述光信号分配至多个子通道中；幅度一致性网络，与所述功分网络连接，用于检测和调节各个所述子通道中所述光信号的光功率；光控相控阵列，所述光控相控阵列包括多个电光移相器，每个所述子通道上均设有所述电光移相器，用于调节所述子通道中所述光信号的相位。根据本专利技术实施例的光相控阵列器件，为了解决现有测控通信一体技术方案的体积大、重量大和扫描慢的缺陷，以及现有相控阵器件不具备通信测量功能的缺陷。本专利技术的相控阵列器件将电光强度调制器、光开关和光控相控阵列集成在一个芯片内，实现了测量通信的一体，突破了远距离激光通信和中距离高精度测距高度集成的小型化激光载荷光机一体化技术难题。另外，为了解决由于芯片制作工艺误差导致的分光不均造成的光控相控阵列各个子通道输出幅度不一致的问题，避免栅瓣电平过高以及波束指向偏移。本专利技术在光控相控阵列前端加入了幅度一致性网络，有效保证了各子通道中光功率的一致性。根据本专利技术的一些实施例，所述光开关为2×2的马赫曾德尔干涉器，包括两条传输臂和至少设于一条所述传输臂上的第一移相器，所述第一移相器用于调节两条所述传输臂中的所述光信号的相位差，以控制接收不同模式的所述光源信号。在本专利技术的一些实施例中，所述第一移相器为载流子注入型的PIN结构，或载流子耗尽型的PN结构。根据本专利技术的一些实施例，所述第一移相器采用电光第一移相器，所述电光第一移相器利用波导的载流子色散效应控制两条所述传输臂中的所述光信号的相位差。在本专利技术的一些实施例中，所述幅度一致性网络包括：光电探测器，所述光电探测器用于检测各个所述子通道中所述光信号的光功率；定向耦合器，用于调节各个所述子通道中输入到光电探测器的所述光信号的占比；可调衰减器，用于根据各个所述子通道中的所述光信号的光功率大小，对各个所述子通道中的所述光信号的光功率进行调节。根据本专利技术的一些实施例，所述光开关用于控制接收连续激光或脉冲激光。在本专利技术的一些实施例中，所述光相控阵器件采用硅基光相控阵器件，所述硅基光相控阵器件采用绝缘体上硅晶圆制备。根据本专利技术实施例的激光雷达，包括：如上述所述的光相控阵器件。根据本专利技术实施例的激光雷达，采用了测量通信一体的硅基光波导相控阵列器件，解决了空间高速通信和波束扫描割裂的问题，使用一个芯片将调制器和相控阵列集成。而且，通过设置幅度一致性网络，解决了相控阵列功率分配不均衡和载流子吸收效应引起的光损耗造成的各子通道光输出幅度不一致的问题，减小了波束指向的偏移并降低了栅瓣的电平。根据本专利技术实施例的基于激光雷达的探测方法，所述探测方法采用如上述所述的激光雷达，所述方法包括：通过所述光开关控制接收连续激光；通过所述幅度一致性网络检测各子通道中光信号的光功率，并基于各个所述子通道中所述光信号的光功率对各个所述子通道中的光信号的光功率进行调节，以使各个所述子通道中的光功率一致；启动所述激光雷达的检测功能，通过所述光开光控制接收脉冲激光；通过所述光相控阵列调节各个所述子通道中的接收的所述脉冲激光的相位，并输出形成扫描波束，以对目标进行扫描检测。根据本专利技术实施例的基于激光雷达的探测方法，采用了测量通信一体的硅基光波导相控阵列器件，可以通过设置幅度一致性网络，解决了相控阵列功率分配不均衡和载流子吸收效应引起的光损耗造成的各子通道光输出幅度不一致的问题，减小了波束指向的偏移并降低了栅瓣的电平。根据本专利技术的一些实施例，所述方法还包括：对所述目标进行扫描检测获取到所述目标的位置后，所述光开关控制接收连续激光；通过所述电光强度调制器对所述连续激光的进行强度调制并生成通信信号发送至所述目标。附图说明图1为相关技术中激光雷达系统的部分结构示意图；图2为相关技术中光相控阵列器件的结构示意图；图3为根据本专利技术实施例的光相控阵列器件的结构示意图；图4为根据本专利技术第一实施例的光相控阵列器件的光开关的结构示意图；图5为根据本专利技术实施例的PIN结构的移相器的结构示意图；图6为根据本专利技术实施例的PN结构的移相器的结构示意图；图7为根据本专利技术第二实施例的光相控阵列器件的光开关的结构示意图；图8为根据本专利技术第一实施例的电光强度调制器的结构示意图；图9为根据本专利技术第二实施例的电光强度调制器的结构示意图；图10为根据本专利技术实施例的光功率分配器的结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本专利技术进行详细说明如后。光由于其频率高、方向性好、能量集中等特点，作为航天应用系统中一种新的载波有以下的优点：频谱窄的特点使其测量分辨率高，测量精度高；频率高的特点使其具有更高的数据传输率；能量集中的特点使其作用距离更远；激光光束的发射角极窄，通常都在毫弧级甚至微弧度量级激光载波的抗干扰能力强，具有极高的保密性和安全性。随着近几年来国内外持续高力度的投入和研发，激光技术在航天应用领域越来越成熟，激光测距、激光成像、激光通信、激光多普勒等技术均有典型应用，如GLAS测高仪、MOLA测高仪、RVS激光交会对接敏感器、LLCD光通信系统、SSLS激光成像系统、LIST激光测绘系统、ALADIN全球激光测风系统等。其中，激光统一测控技术是指采用激光手段实现空间站-GEO、空间站-LEO以及空间站-地面之间的高速激光数据传输与高精度的激光测控，为未来空间站信息港的建设提供技术支撑。由于应用场景的限制，通信、成像、测距一体化技术并未见相关应用报道，但在技术上不存在不可突破的瓶颈，如选用1550nm波段，不论从器件、组件等基础支撑，还是单项技术继承性方面均有着成熟的解决方案。如图1所示，相关技术中，激光雷达的系统主要由共孔径光学及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光相控阵器件，其特征在于，包括：/n光开关，用于控制不同模式的光源信号；/n电光强度调制器，与所述光开关连接，用于对所述光信号的强度进行调制；/n功分网络，与所述电光强度调制器连接，用于将所述光信号分配至多个子通道中；/n幅度一致性网络，与所述功分网络连接，用于检测和调节各个所述子通道中所述光信号的光功率；/n光控相控阵列，所述光控相控阵列包括多个电光移相器，每个所述子通道上均设有所述电光移相器，用于调节所述子通道中所述光信号的相位。/n

【技术特征摘要】
1.一种光相控阵器件，其特征在于，包括：
光开关，用于控制不同模式的光源信号；
电光强度调制器，与所述光开关连接，用于对所述光信号的强度进行调制；
功分网络，与所述电光强度调制器连接，用于将所述光信号分配至多个子通道中；
幅度一致性网络，与所述功分网络连接，用于检测和调节各个所述子通道中所述光信号的光功率；
光控相控阵列，所述光控相控阵列包括多个电光移相器，每个所述子通道上均设有所述电光移相器，用于调节所述子通道中所述光信号的相位。


2.根据权利要求1所述的光相控阵器件，其特征在于，所述光开关为马赫曾德尔干涉器，包括两条传输臂和设于至少一条所述传输臂上的第一移相器，所述第一移相器用于调节两条所述传输臂中的所述光信号的相位差，以控制接收不同模式的所述光源信号。


3.根据权利要求2所述的光相控阵器件，其特征在于，所述第一移相器为载流子注入型的PIN结构，或载流子耗尽型的PN结构。


4.根据权利要求2所述的光相控阵器件，其特征在于，所述第一移相器采用电光第一移相器，所述电光第一移相器利用波导的载流子色散效应控制两条所述传输臂中的所述光信号的相位差。


5.根据权利要求1所述的光相控阵器件，其特征在于，所述幅度一致性网络包括：
光电探测器，所述光电探测器用于检测各个所述子通道中所述光信号的光功率；
定向耦合器，用于调节各个所述子通道中输入到光电探测器的所述光信号的占比...

【专利技术属性】
技术研发人员：周砚扬，章宇兵，陆洲，李斌，王赞，刘乘源，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11