一种级联式相控阵光学扫描系统

1.一种级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，该系统包括：输入耦合器、1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列和液晶空间光调制器；其中，1×2分束器阵列、波导移相器阵列、波导阵列、波导天线阵列集成在平面硅基光波导上；入射光束经耦合器耦合进入芯片，以导模形式传输；然后通过N级1×2分束器实现1路到2 N 路的分束；分束后的光场进入波导移相器阵列，通过控制各路相位，实现输出光波前调制；调制后光束经波导阵列传输至波导天线阵列，在波导天线阵列出射面相干形成一维扫描光束；液晶空间光调制器作为第二级相位调制装置，覆盖于硅基光波导的波导天线阵列上面，由波导天线出射的垂直的扫描光束，经液晶空间光调制器对其相位进行二次调制，实现第二维扫描；其中，1×2分束器阵列采用8级1×2多模干涉耦合器级联而成，将输入光等功率的分到256通道中，通过波导与移相器阵列连接；光从连接波导输入，进入多模干涉耦合器中将激励起多种模式相互干涉，在多模干涉耦合器一定长度的位置将形成二重像点，在二重像点位置放置输出连接波导，将分束后的光输出下一级多模干涉耦合器，最后一级多模干涉耦合器连接至移相器阵列；移相器阵列由256个热光移相器构成，热光移相器利用了硅材料大热光系数的特性，在硅波导上方制作金属加热器，移相器采用了TiN材料的加热器结构，通过对加热器两端施加电压，加热器温度将随着电压增加而增加，对硅波导加热改变波导中光场的有效折射率，经过一定长度的热光移相器实现相位的调制；移相器采用绕型波导结构，将绕型波导结构3根波导同时放入加热器中，使加热器同时作用于3根波导，同时，利用深刻蚀结构产生的空气缝隙降低热传递效率，起到提高热调效率的作用；天线阵列由平行等距排布的256个波导光栅天线构成，片上光经过波导光栅后，以一定角度出射到自由空间中，通过调节各个通道的相移量实现出射光束沿阵列方向偏转；天线采用微扰结构，即利用光栅刻蚀工艺，在硅波导两侧设计小尺寸周期性结构，用以形成光栅效应，根据波矢匹配的原理，波导中的光将以一定角度从波导光栅天线中射出；液晶空间光调制器在一组合适的独立驱动电压作用下，各阵元按照一定序列形成相位延迟，在液晶产生一个相应的指向矢分布，对入射光波产生锯齿状的相位分布，形成一个液晶闪耀光栅相位分布，从而实现光束的偏转控制，光束指向性能由液晶空间光调制器的移相特性来决定。 2.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，输入耦合器由拉锥波导构成，通过缓慢改变波导宽度，使波导中的模场尺寸缓慢变化，起到模斑转换器的作用，连接光纤和平面硅基芯片的波导。 3.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，对称结构的1×2多模干涉耦合器将光等功率分成两束，通过8级级联，构成1端口输入256端口输出的功分网络，将输入光等功率地分到256个通道中。 4.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，该硅基光波导上还包括：连接金属、焊盘和光学前端封装及驱动，连接金属连接加热器和焊盘，方便后续封装；焊盘起到与片外电路控制系统连接的作用；光学前端封装及驱动将256阵列的硅基光波导相控阵芯片封装在PCB板上，在芯片底部热沉下安装有TEC和散热铜片，采用金线引出其移相器阵列的电极接口，并通过软排线引出，和转接驱动板进行连接。 5.如权利要求1所述的级联式相控阵光学扫描系统，其特征在于，液晶空间光调制器为多层“夹心”结构，上下两个基板镜像对称放置，均包括基底玻璃、电极和配向层，中间是液晶材料层。