【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成光子学应用领域，具体为一种光学相控阵器件，其构成部分包括分光网络，移相器，发射单元。其中，该器件的分光网络可灵活设置阵元光强权重并有较好的可扩展性。
技术介绍
1、光学相控阵可用于激光雷达、无线光通信、自由空间光通信、扫描成像、三维(3d)成像等系统中光束扫描与控制。
2、光学相控阵的远场光束特性通常由远场分布图样描述，其图样中存在主光束、旁瓣以及栅瓣。其中，旁瓣抑制比(定义为主光束强度与旁瓣强度的比值)与光学相控阵各发射单元的出射光强分布相关。具有均匀光强出射分布的光学相控阵，其远场的旁瓣抑制比约为13db。然而，在某些应用中，这样的旁瓣抑制比并不能满足要求。为了获取更高的旁瓣抑制比，就需要对光学相控阵各发射单元的出射光强进行调控。
3、目前，在基于集成光子技术的光学相控阵中，常用的调控方式为使用定向耦合器(directional coupler,dc)来构建光学相控阵中的分光网络，通过对各端口分配特定的耦合长度，从而调整各端口输出光强。但是，dc结构对工艺偏差较为敏感，其实际器件性能通常与设计值有较大出入，因而，由其所构建的分光网络也很难达到预期目标。另外，可以采用星形耦合器(star coupler)构建具有多端口的高斯分布的分光网络。但是，这样的网络无法对各端口出射光强进行灵活设置，另外，在光学相控阵所需要的出射端口数量增长时，星形耦合器网络架构还存在可扩展性不佳的问题。除此以外，也可以级联多个1x2的多模干涉器件(multimode interferometer,mmi)。单个
技术实现思路
1、本专利技术的专利技术目的在于给出一种分光网络能灵活设置权重且可扩展性好的光学相控阵器件，并且该光学相控阵的分光网络结构对于加工工艺偏差不敏感，具有一定的加工健壮性(或称鲁棒性)。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：
3、光学相控阵的结构包含分光网络、移相器(通常不止一个，形成阵列)，发射单元(通常不止一个，形成阵列，发射单元有时也称发射阵元)，图1为该器件的一种结构示意图。一般情形下分光网络包含一个光输入端口；分光网络的一个输出端口输出的光耦合到一个移相器，移相器可以调节通过它的光信号的相位。移相器输出光信号耦合到发射单元，发射单元将光信号发射到自由空间或其他介质或器件。发射单元可以是从其端面发射光的波导，也可以是光栅(包括含有光栅的波导，从芯片表面垂直发射光)，或者其他结构。对各发射阵元的光强进行调控主要通过分光网络。
4、一种分光网络能灵活设置权重并有较好的可扩展性的光学相控阵器件，光学相控阵分光网络由一系列元件所构成，并且网络采用树形拓扑结构，可以自由调整其结构与各节点使用的元件；
5、所述器件的分光网络的每个节点的元件为n端口出光的分光器件，且n个端口间的光强可以进行均匀或者非均匀分配。这样的分光器件可以是多模干涉器件(multimodeinterferometer,mmi)，也可以是其他结构，包括但不限于y分叉、t分叉及其他多分路分叉元件，n输出通道耦合器等。其中采用mmi时，实现非均匀分光的mmi可以由均匀分光的对称mmi处理后实现。处理后的mmi的器件对称性被破坏，因而可以实现分非均匀分光。处理方式包括但不限于在器件角落切去一个三角形或矩形区域等。
6、所述器件的分光网络为树形拓扑结构。网络第一层有一个有效输入端口，该端口之后耦合一个n2端口输出的分光器件后，形成网络的第二层，并将网络输出端口拓展为n2。以此类推，假设网络目前有l层，第l层端口数为nl，则该层每个端口均可以再耦合一个多端口输出的分光器件(每个端口所耦合的分光器件可以不同)，对网络端口数进行拓展，同时网络的层级数加一。最终，网络形成树型的拓扑结构。在分层树型结构中，为统一起见，可以认为每一层每个节点都放置了一个分光器件，其输出端口数n≥1。其中n＝1的情形对应于某层的对应节点实际上没有分出第2个支路的特例(这种特例将该层的这个节点未分光的情形包含在内)。
7、所述器件的分光网络的拓扑结构可以进行自由设计，即网络各个层级的端口之间的耦合情况可以自由设置，也可以理解为：树型结构的每一条枝干上的分支节点位置可以自由设置、节点处的分光元件可以自由设置。另外，在网络拓扑结构一定的情况下，即网络各个层级的端口之间的耦合情况一定，可以对各个元件的分光情况进行设计(例如可通过微纳光子器件有限元仿真)，以改变最终网络的分光情况。
8、为了提高对于工艺偏差的容忍性，整个光学相控阵的分光网络使用尽可能少种类的分光元件(如两种分光元件，每种元件在网络节点处反复使用)，而通过调整网络的拓扑结构来实现灵活多变的网络分光效果。考虑到目前硅光芯片代工厂的工艺特点，即只能提供少量经过验证的基础结构单元。因此，较少种类的分光元件方便代工厂提高对于特定分光元件的加工精度，从而进一步提升整体网络对于加工过程的容忍性。此外，分光网络的基础结构元件为mmi，其对于工艺偏差本身有较大的容忍性(即有较好的加工健壮性)。
9、在光学相控阵应用中，为提高远场光束图样中的旁瓣抑制比，网络输出的整体分光比例基本遵循“中间输出端口强，两边输出端口弱”(即从中间向两侧减弱)的特征，如图3(b)&(c)所示；在某些情况下，也可能在少数输出端口出现例外(不遵循以上特征)，如网络输出的整体分光比例在两侧末端的少数输出端口的强度也有可能会有提升(从中间向两侧减弱后再提升)，如图3(a)&(d)所示。
10、本专利技术的有益效果：
11、(1)对于具有该分光网络的光学相控阵，其各阵元的出射光强可以在一定范围内进行自由调整；
12、(2)对于具有该分光网络的光学相控阵，其远场图样可以获得更高的旁瓣抑制比的；
13、(3)该种光学相控阵的分光网络占用面积随输出通道数增加而增长较慢，有助于节省面积，可扩展性较好；
14、(4)该种光学相控阵的分光网络的性能对于工艺偏差不敏感，具有一定的加工健壮性；
15、(5)该种光学相控阵的分光网络仅使用有限种类的元件，因此较容易对其进行加工工艺迭代优化，进一步提高网络的加工健壮性(亦称鲁棒性)。
16、(6)对于包含大量阵元(如>100)的光学相控阵，其分光网络输出通道数也非常大，在分光网络中使用很少种类的分光元件使得只需要在设计、制造中集中注意力于少量基础元件且其数目基本不随阵元总数变化，可扩展性较佳。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.可灵活设置分光权重且可扩展性好的光学相控阵器件，其特征在于，其构成部分包括分光网络，移相器，发射单元；其中，该器件的分光网络能自由设定阵元光强权重；该光学相控阵分光网络的特征在于，网络由确定种类的基本分光元件所构成，并且网络采用树形拓扑结构，该结构可以自由设计，网络中各节点所使用的分光元件也可以自由选择。
2.根据权利要求1所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络各节点所采用的元件为N端口输出的分光器件(N≥1)，且N个端口间的光强可以进行均匀或者非均匀分配。
3.根据权利要求2所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络仅由少数几种基础分光元件所构成；网络中的基础分光元件种类大于一种，但小于网络中所使用的分光元件总数，即网络中使用了至少2个相同种类的分光元件。
4.根据权利要求2所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络所采用的N端口输出分光器件(其中N≥2者)均为多模干涉器件MMI。
5.根据权利要求4所述的光学相控阵器件，其特征在于，在光学相控阵的分光网络中，由对称MMI实现均匀分光，由
6.根据权利要求1所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络的第一层有一个有效输入端口，该端口耦合一个N2端口输出的分光元件后，形成网络的第二层，并将网络输出端口数拓展为N2；以此类推，如网络目前有L层，第L层端口数为NL，则该层每个端口均可以再耦合一个多端口输出的分光元件，每个端口所耦合的器件可以不同，对网络端口数进行拓展，同时网络的层数加一；如此，网络形成树型的拓扑结构。
7.根据权利要求6所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络的拓扑结构可以进行自由设计，即网络各个层级的端口之间的耦合情况可以自由设置，不局限于二叉树的形式，更不局限于满二叉树的形式；唯一确定的是网络仅有一个有效输入端口，从第二层开始，网络所拥有的端口数便不再固定。
8.根据权利要求6所述的光学相控阵器件，其特征在于，在光学相控阵的分光网络的拓扑结构一定的情况下，即网络各个层级的端口之间的耦合情况一定时，还可以对各个N端口输出器件的分光情况进行设置，以设定整个网络的分光情况；设置方式为，保持整个网络的拓扑结构，即每个节点具有相同的输入输出端口数量，但是在每个节点可以根据各输出端口间光强分配比例的需求采用相应的分光元件实现。
9.根据权利要求7或8所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络的分光设定能力由两方面因素所贡献，一是由于网络的拓扑结构可自由设计，二是在确定的拓扑结构下，还可以选用拓扑结构相同，但是分光情况有所差异的元件。
10.根据权利要求1所述的光学相控阵器件，其特征在于光学相控阵的分光网络输出的整体分光比例遵循“中间输出端口强，两边输出端口弱”的特征。
11.根据权利要求1所述的光学相控阵器件，其特征在于，为了提高光学相控阵远场图样中的旁瓣抑制比，光学相控阵的分光网络输出的整体分光比例在大部分端口中遵循“中间输出端口强，两边输出端口弱”的特征，但整体分光比例在两侧最外面的一个或数个端口的强度有提升。
12.根据权利要求2所述的光学相控阵器件，其特征在于，树型结构的每一条枝干上的分支节点位置可以自由设置、节点处的分光元件可以自由设置。
...【技术特征摘要】
1.可灵活设置分光权重且可扩展性好的光学相控阵器件，其特征在于，其构成部分包括分光网络，移相器，发射单元；其中，该器件的分光网络能自由设定阵元光强权重；该光学相控阵分光网络的特征在于，网络由确定种类的基本分光元件所构成，并且网络采用树形拓扑结构，该结构可以自由设计，网络中各节点所使用的分光元件也可以自由选择。
2.根据权利要求1所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络各节点所采用的元件为n端口输出的分光器件(n≥1)，且n个端口间的光强可以进行均匀或者非均匀分配。
3.根据权利要求2所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络仅由少数几种基础分光元件所构成；网络中的基础分光元件种类大于一种，但小于网络中所使用的分光元件总数，即网络中使用了至少2个相同种类的分光元件。
4.根据权利要求2所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络所采用的n端口输出分光器件(其中n≥2者)均为多模干涉器件mmi。
5.根据权利要求4所述的光学相控阵器件，其特征在于，在光学相控阵的分光网络中，由对称mmi实现均匀分光，由非对称mmi实现非均匀分光；非对称mmi由对称mmi处理后得到，处理结果呈现为原对称mmi器件的几何对称性失去，从而使得处理后的mmi实现非均匀分光。
6.根据权利要求1所述的光学相控阵器件，其特征在于，光学相控阵的分光网络的第一层有一个有效输入端口，该端口耦合一个n2端口输出的分光元件后，形成网络的第二层，并将网络输出端口数拓展为n2；以此类推，如网络目前有l层，第l层端口数为nl，则该层每个端口均可以再耦合一个多端口输出的分光元件，每个端口所耦合的器件可以不同，对网络端口数进行拓展，同时网络...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。