本发明专利技术公开了一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，包括集成光学频率梳、相位调制器阵列、光学天线阵列；集成光学频率梳同时产生M个分立波长的光信号，产生的光信号通过相位调制器阵列进行连续独立的相位控制后输入到光学天线阵列出射。本发明专利技术采用新型集成光学频率梳作为光源架构，在设计的波段范围内，通过改变集成光学频率梳通道间隔和通道个数从而相应的改变扫描芯片并行输出光束的数目，具有通道可扩展性强、并行线束多、减小系统复杂度的特点。本发明专利技术结构兼容性强，能够与多数优化的光束扫描技术相结合，本发明专利技术基于规模集成型光波导芯片结构，具有批量化生产、结构紧凑、可靠性强、成本低等特点。成本低等特点。成本低等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片
[0001]本专利技术属于光电子领域，具体涉及一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片。
技术介绍
[0002]随着智能驾驶领域的飞速发展，激光雷达被认为是感知车辆周边环境信息的核心传感器件之一，得到了研究机构和商业公司广泛的关注和研究。片上的光束扫描系统可以通过芯片级调控来实现远场光束的指向偏转，不存在任何的机械可动结构，具有体积小、可靠性强、无惯性扫描等优势。特别是随着硅基光子学工艺的日趋成熟，基于片上集成的光束扫描芯片是未来小型化、低成本、全固态激光雷达的一种理想解决方案。
[0003]多光束扫描芯片能够同时探测追踪多个目标，在相同的扫描速率情况下，信息的获取效率得到了成倍的提升；同时在自由空间光通信的应用场景下，多光束扫描芯片能够获得更多的信道数目，提升通信的容量。目前基于片上集成的光束扫描芯片实现多光束扫描的方式主要是通过放置多个子阵列或者利用输入网络矩阵的方式来实现，普遍存在系统结构复杂、集成度低的缺点，并且更多的线程往往需要更多的子阵列数目或者更高阶的输入网络矩阵，严重限制了多光束扫描芯片通道数的可扩展性。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提出一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，实现背景关键技术的原理创新性突破。本专利技术采用集成光学频率梳作为光源，同时输出多个分立波长的光信号，光束扫描芯片的线程数目取决于输出光信号的波长数目，在不需要增加系统复杂冗余度的情况下，能够实现高扩展性的多光束并行扫描芯片。
[0005]一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，包括集成光学频率梳(1)、相位调制器阵列(4)、光学天线阵列(6)。
[0006]所述的集成光学频率梳(1)同时产生M个分立波长的光信号，产生的光信号通过相位调制器阵列(4)进行连续独立的相位控制后输入到光学天线阵列(6)出射。
[0007]具体的，集成光学频率梳(1)经输入光波导(2)与1
×
N功分器(3)的输入端相连接，1
×
N功分器(3)的N个输出端口经相位调制器阵列(4)后，与光波导阵列(5)的一端一一对应连接，光波导阵列(5)的另一端与光学天线阵列(6)连接，完成光信号的出射。
[0008]所述的集成光学频率梳(1)同时产生M个分立波长的光信号，产生的光信号经1
×
N功分器(3)后被分成N路，每一路光信号通过相位调制器阵列(4)进行独立的相位控制后经光波导阵列(5)输入到光学天线阵列(6)出射；通过相位调制器阵列(4)控制出射光场等相位面的倾斜角度实现对M个波长光信号出射光束的并行扫描。
[0009]所述的集成光学频率梳(1)采用环形/微盘谐振腔的结构，在设计的波段范围内，通过改变环/盘的半径控制输出光信号的波长间隔，进而控制输出光信号的波长数目M，具有与相位调制阵列和光学天线阵列单片集成或者在同一基底进行混合集成的特征。
[0010]所述的光学天线阵列(6)的光束出射角度与光波长的对应关系如下：
[0011][0012]式(1)中，θ为光束出射角度，N
eff
为光学天线阵列的有效折射率，λ为光信号的波长，Λ为光栅的周期；所述的集成光学频率梳(1)产生的光信号具有M个分立的光波长，经过所述的光学天线阵列(6)后能够同时出射M个不同角度的光束。
[0013]所述的光学天线阵列(6)对应的远场发散角小于集成光学频率梳(1)任意相邻波长光信号所对应的光束出射角的差值。
[0014]所述的光学天线阵列(6)采用但不限于BIC效应结构或低折射率材料光栅结构。
[0015]所述的光波导阵列(5)，具有低相位误差的特点，并且每一路光信号从分束到出射这一过程中所经历的光程相同。
[0016]所述的相位调制器阵列(4)采用电光效应或者热光效应来实现0～2π的相位调制范围，通过控制外加电压的大小来控制不同波导内光信号的相移量，从而实现远场光信号的扫描。
[0017]所述的1
×
N功分器(3)为星型耦合器或者级联的3dB分束器；3dB分束器采用但不限于多模耦合器、Y分支或者绝热耦合器结构。
[0018]本专利技术具有的有益的效果是：
[0019]本专利技术采用新型集成光学频率梳作为光源架构，在设计的波段范围内，通过改变集成光学频率梳通道间隔和通道个数从而相应的改变扫描芯片并行输出光束的数目，具有通道可扩展性强、并行线束多、减小系统复杂度的特点。
[0020]本专利技术结构兼容性强，能够与多数优化的光束扫描技术相结合，包括但不限于偏振复用、稀疏阵列等，有利于进一步的提高多光束扫描芯片的扫描范围、扫描分辨率等指标。
[0021]本专利技术基于规模集成型光波导芯片结构，具有批量化生产、结构紧凑、可靠性强、成本低等特点。
附图说明
[0022]图1是本专利技术结构的示意图；
[0023]图2是本实施例所采用的具体系统结构示意图；
[0024]图中：集成光学频率梳(1)、输入光波导(2)、1
×
N功分器(3)、相位调制器阵列(4)、光波导阵列(5)、光学天线阵列(6)；
[0025]图3是实施例中采用的二氧化硅光学天线阵列的截面图；
[0026]图4是实施例中采用的1
×
N功分器结构的示意图；
[0027]图5是仿真得到的400nm厚的SiO2包层在不同刻蚀深度情况下光学天线阵列的辐射损耗曲线。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术的方案作进一步具体说明。
[0029]具体地，如图1、图2所示，一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，包括
集成光学频率梳(1)、输入光波导(2)、1
×
N功分器(3)、相位调制器阵列(4)、光波导阵列(5)、光学天线阵列(6)；集成光学频率梳(1)经输入光波导(2)与1
×
N功分器(3)的输入端相连接，1
×
N功分器(3)的N个输出端口经相位调制器阵列(4)后、与光波导阵列(5)的一端一一对应连接，光波导阵列(5)的另一端与光学天线阵列(6)连接，完成光信号的出射。
[0030]具体工作过程为：所述的集成光学频率梳(1)同时产生M个分立波长的光信号，产生的光信号经1
×
N功分器(3)后被分成N路，每一路光信号通过相位调制器阵列(4)进行独立的相位控制后经光波导阵列(5)输入到光学天线阵列(6)出射；通过相位调制器阵列(4)控制出射光场等相位面的倾斜角度实现对M个波长光信号出射光束的并行扫描。
[0031]所述的1
×
N功分器(3)为星形耦合器(如图3所示)或者级联的3dB分束器；3dB分束器采用但不限于多模耦合器、Y分支或者绝热耦合器结构。
[0032]所述的光学天线阵列(6)的光束出射角度与光波长的对应关系如下：
[0033][0034]式(本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，其特征在于，包括集成光学频率梳(1)、相位调制器阵列(4)、光学天线阵列(6)；所述的集成光学频率梳(1)同时产生M个分立波长的光信号，产生的光信号通过相位调制器阵列(4)进行连续独立的相位控制后输入到光学天线阵列(6)出射。2.根据权利要求1所述的一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，其特征在于，集成光学频率梳(1)经输入光波导(2)与1
×
N功分器(3)的输入端相连接，1
×
N功分器(3)的N个输出端口经相位调制器阵列(4)后，与光波导阵列(5)的一端一一对应连接，光波导阵列(5)的另一端与光学天线阵列(6)连接，完成光信号的出射。3.根据权利要求2所述的一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，其特征在于，所述的集成光学频率梳(1)同时产生M个分立波长的光信号，产生的光信号经1
×
N功分器(3)后被分成N路，每一路光信号通过相位调制器阵列(4)进行独立的相位控制后经光波导阵列(5)输入到光学天线阵列(6)出射；通过相位调制器阵列(4)控制出射光场等相位面的倾斜角度实现对M个波长光信号出射光束的并行扫描。4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于集成光学频率梳的多光束并行扫描芯片，其特征在于，所述的集成光学频率梳(1)采用环形/微盘谐振腔的结构，在设计的波段范围内，通过改变环/盘的半径控制输出光信号的波长间隔，进而控制输出光信号的波长数目M，具有与相位调制阵列和光学天线阵列单片集成或者在同一基底进行混合集成的特征。5.根据权利要求4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：时尧成，李文磊，陈敬业，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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