全固态芯片化大角度光学波束成形系统技术方案

一种全固态芯片化光学波束成形系统，包括可调谐光源、半导体光放大器、光学相控阵、远场探测模块、线下标定模块以及电控模块；其中，半导体光放大器，通过注入适当的驱动电流，将来自可调谐光源的激光功率进行放大，通过片上波导传输至光学相控阵；或者，将半导体光放大器和可调谐光源集成在一起，经由耦合光纤传输至光学相控阵；光学相控阵，单纵模激光由解理面入射，被适量的光学分束器均分到m路波导中，各波导中激光为等功率；通过波导上加载的热调电极后，各路波导以一定的间距排列，经由波导末端蚀刻的光栅辐射到波导上方的自由空间中，m路阵元辐射光束叠加形成相位维度的相控阵天线方向图；通过调谐光源波长，改变光学相控阵波导末端光栅的辐射方向。

【技术实现步骤摘要】
全固态芯片化大角度光学波束成形系统
本专利技术涉及光束扫描与控制
，尤其涉及一种全固态芯片化大角度光学波束成形系统。
技术介绍
光束扫描与控制技术在激光雷达、空间光通信等前沿光学应用中起到核心作用。相比于射频波束，光束具有指向性好、分辨率高等优点，可支持高精度、全天时、高成像分辨率的激光雷达探测，服务于自动驾驶、环境监测、军事侦察等领域，快速准确地感知周围环境。此外，光束的发散角小，被拦截和窃听的可能性低，链路更安全，载频更高，可支持空间光通信，服务于B5G/6G高速率信息的接入与传输。目前商用的光束扫描系统多采用机械式光束导向，用于生成、整形和操纵窄光束的物理系统往往非常庞大，价格昂贵，在尺寸、重量、功耗以及成本(SWaP-C)方面存在较大局限性，并且扫描速度慢，对温度变化和机械冲击敏感，严重制约了激光雷达、空间光通信等技术的性能与应用推广。使用MEMS振镜、液晶空间光调制器等新兴器件进行光束扫描可以减小系统体积，但这些器件的响应速度仅限于毫秒量级。光学相控阵(OPA)技术通过控制光学天线阵列中每个辐射单元的光相位，调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态芯片化光学波束成形系统，其特征在于，包括可调谐光源、半导体光放大器、光学相控阵、远场探测模块、线下标定模块以及电控模块；其中，/n可调谐光源，用于将高于光源阈值的泵浦电流注入激光器增益区，由光源自主激射单模激光，从激光器前端面，经由片上波导传输至半导体光放大器；或者，经由耦合光纤传输至半导体光放大器；/n半导体光放大器，通过注入适当的驱动电流，将来自可调谐光源的激光功率进行放大，通过片上波导传输至光学相控阵；或者，将半导体光放大器和可调谐光源集成在一起，经由耦合光纤传输至光学相控阵；/n光学相控阵，单纵模激光由解理面入射，被适量的光学分束器均分到m路波导中，各波导中激光为等功率；...

【技术特征摘要】
1.一种全固态芯片化光学波束成形系统，其特征在于，包括可调谐光源、半导体光放大器、光学相控阵、远场探测模块、线下标定模块以及电控模块；其中，
可调谐光源，用于将高于光源阈值的泵浦电流注入激光器增益区，由光源自主激射单模激光，从激光器前端面，经由片上波导传输至半导体光放大器；或者，经由耦合光纤传输至半导体光放大器；
半导体光放大器，通过注入适当的驱动电流，将来自可调谐光源的激光功率进行放大，通过片上波导传输至光学相控阵；或者，将半导体光放大器和可调谐光源集成在一起，经由耦合光纤传输至光学相控阵；
光学相控阵，单纵模激光由解理面入射，被适量的光学分束器均分到m路波导中，各波导中激光为等功率；通过波导上加载的热调电极后，各路波导以一定的间距排列，经由波导末端蚀刻的光栅辐射到波导上方的自由空间中，m路阵元辐射光束叠加形成相控阵天线方向图；
远场探测模块，光学相控阵辐射光束的远场特性被远场探测模块中的探测器捕获，数据由电缆传输至线下标定模块；
线下标定模块，由远场探测模块捕获的当前相控阵远场光束特性通过计算机转化为定量数据，通过恰当的算法，完成相控阵系统初始化标定；同时能够生成相应的控制指令并由电缆传输至电控模块，实时改变相控阵光束指向；
电控模块，由线下标定模块生成的控制指令通过存储运算、数模转换以及电域放大处理，生成相应的电流信号并分别传输至可调谐光源的调谐端口以及光学相控阵m路波导的热光调谐电极上；通过改变光学相控阵的热调信号控制相控阵光束实现一维相位控制的波束扫描；通过改变可调谐光源的电调信号控制可调谐光源的激射波长，以改变光学相控阵末端光栅的辐射角，实现一维波长控制的波束扫描，完成相控阵的二维波束扫描。


2.根据权利要求1所述的光学波束成形系统，其特征在于，所述可调谐光源包括：
片上增益区，用于激射偏振态为TE模式的激光，作为贯穿整个系统的能量载体；
片上调谐区，用于选择光源激射的纵模，实现波长调谐，控制系统一维波长扫描的角度。


3.根据权利要求2所述的光学波束成形系统，其特征在于，所述可调谐光源为集成多通道干涉调谐激光器，所述片上调谐区由1个公共相位区与8个臂相位区组成；在所述片上增益区后有一段公共相位区，受电控模块的控制电流改变相位，实现激射波长的精调；后接3级级联的多模干涉耦合器连接8个臂相位区，各个臂相位区可受电控模块独立控制，控制激光器激射纵模，实现波长的粗调；所述结构的可调谐光源能够实现波长的连续调谐，满足相控阵天线扫描范围的覆盖。


4.根据权利要求1所述的光学波束成形系统，其特征在于，所述半导体光放大器包括：
片上半导体光放大单元，通过外部电源供能，放大可调谐光源的输出光功率，以保证后级光学相控阵辐射光束的有效探测距离；
光隔离器，防止与光学相控阵的耦合端面发生反射，保证可调谐光源输出光谱的纯净度。


5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李王哲，马尉超，刘宸钰，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11