含反向耦合器的光学相控阵芯片制造技术

本发明专利技术提供一种含反向耦合器的光学相控阵芯片

【技术实现步骤摘要】
含反向耦合器的光学相控阵芯片、系统与校准方法


[0001]本专利技术涉及光学相控阵
，尤其涉及一种含反向耦合器的光学相控阵芯片
、
系统与校准方法
。

技术介绍

[0002]光学相控阵（
Optical Phased Array
，
OPA
）芯片在诸多领域有广泛的应用，包括激光雷达
、
成像
、
自由空间光通信
、
激光测距等
。
光学相控阵的实现方式包括液晶
、
微机电系统（
Micro
‑
Electro Mechanical Systems
，
MEMS
）器件
、
光波导等
。
其中光波导相控阵因具有响应速度快
、
控制电压低
、
扫描角度大
、
便于大规模集成等特点，近年来受到广泛关注和应用
。
[0003]为了在不牺牲
OPA
转角范围的前提下减少光束发散角，并增加
OPA
总孔径尺寸，设计者需要尽可能增加
OPA
的光波导阵列数
。
而较大的
OPA
需要使用更长的光波导来进行光学走线，因此，由波导尺寸
、
刻蚀轮廓
、
粗糙度
、
材料密度
、
缺陷等引起的相位误差则会有更加明显，进而降低
OPA
的光束质量
。
为解决相位误差带来的问题，通常需要对每个发射器之间的相对相位进行校准
。
[0004]OPA
的校准通常通过直接成像输出光束来测量光束质量
。
为了最大化光束质量，
OPA
的移相器会按照迭代优化算法进行调整
。
这种方法的缺点是通常需要外部光学设置来成像光束，这在实地使用时很难实施，如果
OPA
需要由于环境变化或老化效应等原因重新校准，则需要干预
。
[0005]为了允许对
OPA
进行频繁的重新校准和监控，需要一个集成片上校准的光学相控阵系统
。
图1为现有的一种集成
OPA
的光学相控阵系统的架构
。
图1中，从左侧入射的光被分光器最终分光成八路，并由八路波导传输，每路波导设有一个移相器
。
该相位校准区域里，反向耦合器可以将一小部分光反射
。
每相邻两路波导上的反向耦合器发射回的光通过光波导合并，形成一个干涉仪结构，其合并干涉后的光通过若干波导交叉传送至探测器用于校准
。
经过反向耦合器继续传输的光进入到发射器，被发射出去
。
该架构中反向耦合器所在的波导与
OPA
的波导在同一层
。
另外，图1中的反向耦合器及其形成干涉仪中的光路走向及工作原理示意图如图2所示
。
[0006]上述架构的问题是，反向耦合器占用了一定空间，限制了发射器之间的间距的进一步减小
。
因为
OPA
的发射器间距越小，对增加
OPA
的转角范围越有利
。
而上述架构，发射器之间必须留有一定的间距放置反向耦合器，因此转角范围无法最大化
。
此外，由于发射器之间需要留给反向耦合器一定空间，导致
OPA
整体尺寸较大，不利于降低芯片成本
。
因此，有必要提供一种新型的光学相控阵芯片以解决现有技术中存在的上述问题
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种含反向耦合器的光学相控阵芯片
、
系统与校准方法，既能实现片上相位校准，又不影响发射单元间的间距
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种含反向耦合器的光学相控阵芯片，包括：
m
级分光部，每级分光部包括分光器组和光波导分支组；每一级分光器组中的每个分光器用于将一光信号分为
n
个通道的输出信号；第
m
级光波导分支组包括路第一光波导分支，用于传输所述个通道的输出信号；第
m
级光波导分支组中每路第一光波导分支设有一热光移相器，且第
m
级光波导分支组中每路光波导分支的末端连接有一发射器；第
m
级光波导分支组中每路光波导分支的上层或者下层设有至少一个反向耦合器，两路第一光波导分支上的反向耦合器通过两路第二光波导分支合光形成一干涉仪结构，所述干涉仪结构用于将合并干涉后的光信号传送至探测器进行相位校准，其中，所述第一光波导分支和所述第二光波导分支在空间上处于不同层
。
[0009]一种可能的实施例中，第
m
级光波导分支组中每路第一光波导分支设有一热光移相器；或者，每级光波导分支组中每路第一光波导分支设有一热光移相器
。
[0010]另一种可能的实施例中，每个反向耦合器的位置临近发射器，使得通过反向耦合器探测到的光相位与发射器实际发射出的光相位相一致
。
可选的，所述反向耦合器为光栅结构
。
[0011]其它可能的实施例中，所述反向耦合器为部分刻蚀或全刻蚀光栅
、
条形光栅
、
锯齿光栅
、
纳米束光栅
、
光子晶体光栅
、
多层结构光栅中的至少一种或多种
。
[0012]又一种可能的实施例中，所述光学相控阵芯片所在的集成材料平台包括体硅
、
绝缘体上硅
、
蓝宝石上硅
、
二氧化硅
、
氧化铝
、
磷化铟
、
铌酸锂
、
钛酸钡
、
聚合物中的至少一种
。
[0013]一种可能的实施例中，所述第一波导分支的波导类型为通道波导
、
脊波导
、
缝隙波导
、
扩散波导或光子晶体波导
。
[0014]又一种可能的实施例中，所述相控阵的工作波长范围包括可见光波段
、O
波段
、E
波段
、S
波段
、C
波段
、L
波段
、U
波段和中红外波段中的至少一种
。
[0015]一种可能的实施例中，所述分光器组中分光器的实现形式包括但不限于
Y
形分支
、
三叉戟形分支
、
多模干涉仪
、
定向耦合器
、
绝热耦合器
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含反向耦合器的光学相控阵芯片，其特征在于，包括：
m
级分光部，每级分光部包括分光器组和光波导分支组；每一级分光器组中的每个分光器用于将一光信号分为
n
个通道的输出信号；第
m
级光波导分支组包括路第一光波导分支，用于传输所述个通道的输出信号；第
m
级光波导分支组中每路第一光波导分支设有一热光移相器，且第
m
级光波导分支组中每路光波导分支的末端连接有一发射器；第
m
级光波导分支组中每路光波导分支的上层或者下层设有至少一个反向耦合器，两路第一光波导分支上的反向耦合器通过两路第二光波导分支合光形成一干涉仪结构，所述干涉仪结构用于将合并干涉后的光信号传送至探测器进行相位校准，其中，所述第一光波导分支和所述第二光波导分支在空间上处于不同层
。2.
根据权利要求1所述的光学相控阵芯片，其特征在于，第
m
级光波导分支组中每路第一光波导分支设有一热光移相器；或者，每级光波导分支组中每路第一光波导分支设有一热光移相器
。3.
根据权利要求1所述的光学相控阵芯片，其特征在于，每个反向耦合器的位置临近发射器，使得通过反向耦合器探测到的光相位与发射器实际发射出的光相位相一致
。4.
根据权利要求1所述的光学相控阵芯片，其特征在于，所述反向耦合器为光栅结构
。5.
根据权利要求4所述的光学相控阵芯片，其特征在于，所述反向耦合器为部分刻蚀或全刻蚀光栅
、
条形光栅
、
锯齿光栅
、
纳米束光栅
、
光子晶体光栅
、
多层结构光栅中的至少一种或多种
。6.
根据权利要求1至5任一项所述的光学相控阵芯片，其特征在于，所述分光器组中分光器的实现形式包括但不限于
Y
形分支
、
三叉戟形分支
、
多模干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星宇，周广柱，
申请(专利权)人：赛丽科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：