【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光束控制，具体而言，涉及一种光子集成光学相控阵、单波长二维角度扫描装置及方法。
技术介绍
1、光子集成光学相控阵是一种“非机械”式灵巧型光束控制技术，融合了光子集成技术的大规模集成、高精度制造、高速率、低尺寸重量功耗等优点，同时具有光学相控阵技术的无转动惯量、扫描速度快、分辨率高、可模块复用的技术优势，有望在多个方面改善甚至颠覆传统光学系统。
2、光学相控阵的核心功能是实现单波长激光光束的二维角度扫描。然而，受限于光子集成光学相控阵的二维移相方法，以及天线排布构型工艺难度大、控制复杂度高，使得现有的光子集成光学相控阵在实现单波长二维扫描时受到制约，阻碍了其在激光通信、激光雷达等领域的应用和发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种光子集成光学相控阵、单波长二维角度扫描装置及方法，实现光子集成光学相控阵对单波长的二维角度扫描。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、第一方面，提供一种光子集成光学相控阵，包括：波导层和液晶层。其中，波导层包括：多个并排的波导周期；波导周期包括第一波导段和第二波导段；同一波导周期内，第一波导段的光波输出端连接第二波导段的光波输入端；第二波导段用于传导光波和辐射光波；液晶层用于改变第一波导段的折射率和第二波导段的折射率。
4、进一步的，当前波导周期的第一波导段的光波输入端与上一波导周期的第二波导段的光波输出端连接；当前波导周期的第二波导段的光波输出段与下一波导周期的第一波导段的光
5、进一步的，多个波导周期沿着垂直于第二波导段的长度方向并排；第一波导段为s形。
6、进一步的，第二波导段包括光栅天线。
7、进一步的，所述光子集成光学相控阵还包括第一导电层、第一液晶取向层、第二导电层和第二液晶取向层。第一导电层和第一液晶取向层位于液晶层的上方，第二导电层和第二液晶取向层位于液晶层的下方，波导层位于第二导电层的下方。
8、进一步的，所述光子集成光学相控阵还包括衬底、埋入氧化层和盖板。埋入氧化层位于衬底与波导层之间，盖板位于第二导电层的上方。
9、进一步的，衬底为硅基波导光栅基板；第一导电层和第二导电层均为透明导电薄膜；盖板为石英玻璃。
10、第二方面，提供一种单波长二维角度扫描装置，包括激光发射器、供电设备、电压控制器和如第一方面所述的光子集成光学相控阵。其中，激光发射器用于向第一波导段输入单波长的激光。供电设备用于向液晶层加载电压。电压控制器用于控制供电设备来调节加载在液晶层上的电压大小。
11、第三方面，提供一种单波长二维角度扫描方法，包括以下步骤：通过调节加载在如第一方面所述的光子集成光学相控阵的液晶层上的电压大小，控制波导层上传导的光波同时沿x方向和y方向偏转。
12、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
13、1、具有包含多个波导周期的波导光栅天线结构，且每一个波导周期内包含两个不同的波导段，进一步将该波导光栅天线结构与液晶相结合，通过调节加载在液晶上的电压对不同波导段所产生的倏逝波场进行同时调控，实现对天线辐射的光波所述产生的两个维度的相位进行延迟控制，进而实现光子集成光学相控阵对单波长的二维角度扫描，避免了利用一维光子集成光学相控阵进行二维扫描时对波长可调激光器的依赖；并且由于液晶可同时对多个波导周期的倏逝波场进行同时调控，仅需1路电压控制信号，相比于一维构型所需的n路、二维构型所需的n2路，光子集成光学相控阵无需大规模控制信号，控制复杂度大幅下降将液晶与具有第一波导段和第二波导段的多个并排波导周期；此外，液晶工艺与光子芯片集成的难度较小，易于模块化、大口径、高功率扩展。
14、2、多个并排的波导周期采用串联的s形结构，整体形成间隔的s形波导光栅，在垂直于光栅天线长度方向上形成了多路平行的波导光栅阵列，因此无需使用级联分束器，避免了大部分的能量损耗，同时可大幅提升天线的填充因子。
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1.一种光子集成光学相控阵，其特征在于，包括：波导层（1）和液晶层（2）；波导层（1）包括：多个并排的波导周期；波导周期包括第一波导段（11）和第二波导段（12）；同一波导周期内，第一波导段（11）的光波输出端连接第二波导段（12）的光波输入端；第二波导段（12）用于传导光波和辐射光波；液晶层（2）用于改变第一波导段（11）的折射率和第二波导段（12）的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，当前波导周期的第一波导段（11）的光波输入端与上一波导周期的第二波导段（12）的光波输出端连接；当前波导周期的第二波导段（12）的光波输出段与下一波导周期的第一波导段（11）的光波输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，多个波导周期沿着垂直于第二波导段（12）的长度方向并排；第一波导段（11）为S形。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，第二波导段（12）包括光栅天线。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，还包括衬底（5）、埋入氧化层（6）和盖板（7）；埋入氧化层（6）位于衬底（5）与波导层（1）之间，盖板（7）位于第二导电层（4）的上方。
7.根据权利要求6所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，衬底（5）为硅基波导光栅基板；第一导电层（3）和第二导电层（4）均为透明导电薄膜；盖板（7）为石英玻璃。
8.一种单波长二维角度扫描装置，其特征在于，包括激光发射器、供电设备、电压控制器和如权利要求1-7中任意一项所述的光子集成光学相控阵；
9.一种单波长二维角度扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：通过调节加载在如权利要求1-7中任意一项所述的光子集成光学相控阵的液晶层（2）上的电压大小，控制波导层（1）上传导的光波同时沿x方向和y方向偏转。
...【技术特征摘要】
1.一种光子集成光学相控阵，其特征在于，包括：波导层（1）和液晶层（2）；波导层（1）包括：多个并排的波导周期；波导周期包括第一波导段（11）和第二波导段（12）；同一波导周期内，第一波导段（11）的光波输出端连接第二波导段（12）的光波输入端；第二波导段（12）用于传导光波和辐射光波；液晶层（2）用于改变第一波导段（11）的折射率和第二波导段（12）的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，当前波导周期的第一波导段（11）的光波输入端与上一波导周期的第二波导段（12）的光波输出端连接；当前波导周期的第二波导段（12）的光波输出段与下一波导周期的第一波导段（11）的光波输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，多个波导周期沿着垂直于第二波导段（12）的长度方向并排；第一波导段（11）为s形。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，第二波导段（12）包括光栅天线。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种光子集成光学相控阵，其特征在于，还包括第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：段佳著，张大勇，刘仓理，赵祥杰，陈一波，彭英楠，沈浩，乔冉，李大鹏，曾建成，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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