[发明专利]单移相器控制的集成光波导波束形成芯片及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及波束形成芯片，尤其涉及一种单移相器控制的集成光波导波束形成芯片。

背景技术

集成光波导波束形成芯片主要应用于相控阵雷达系统中，以克服传统基于电相移器的相控阵雷达所固有的孔径效应和渡越时间的限制，在大范围扫描角下实现大的瞬时带宽，同时在提高雷达分辨率、识别能力、解决多目标成像、抗电磁干扰、简化结构、减小体积等方面具有巨大的优势，可采用光纤、集成光波导、液晶、微机电系统等来实现微波调制光载波的实时延时，从减小系统体积、减轻重量和优化系统结构等方面考虑，光纤延时线和集成光波导延时线将是光延时线技术发展的主流。

2002年，德州大学奥斯汀分校的R. T. Chen提出了基于波导和全息光学元件的连续可变光实时延时模块天线系统，并进行了实验演示。在集成光波导波束形成芯片中，其核心的控制单元是多路光开关，对于一颗N-bit光时延芯片而言，需要使用一颗1x2^N的多路光开关。目前已经报道的集成光波导波束形成芯片光路切换功能多是通过级联的多个1x2/2x2光开关实现的，这种方案设计简单，扩展性强，但随着开关端口的增加，不可避免的在插入损耗、速度、功耗等方面遇到问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成波导波束形成芯片，利用集成光波导技术实现对光延时量的简单快捷、准确的控制。

本发明是这样实现的，一种单移相器控制的集成光波导波束形成芯片，其包括衬底层、以及覆盖层，该覆盖层面向该衬底的一侧上设置有芯层，该芯层设置有光分路器、光波导阵列、光合束器以及延时模块；该覆盖层上设置有覆盖于该光波导阵列上方的移相器；该光分路器用于接收该芯片外部光源，并均匀的分成多路光信号；该光波导阵列接收该多路光信号，该多路光信号经过该光波导阵列时，因覆盖在该光波导阵列上方的移相器的不同工作电压，相位被重新调整后，进入该光合束器进行干涉，该多路光信号不同的相位组合对应该光合束器不同的输出端口；该延时模块接收该光合束器的输出对应着不同的延时量，使得该芯片延时量的切换通过控制该移相器实现。

作为上述方案的进一步改进，该光分路器为多模干涉仪，该光分路器的入射光端口位于多模干涉仪中间的情况下，在最短的干涉长度实现光功率的平均分配。

优选地，该分路器的最短干涉距离为一个拍长。

再优选地，该芯片为了获得在静态情况下光从交叉态输出，在平行于该光分路器的入射光端口的方向上，该光合束器的长度为该光分路器的长度的两倍。

作为上述方案的进一步改进，该延时模块包括延时量不同的弯曲波导阵列，该弯曲波导阵列的多个波导分别连接于该光合束器的多个输出端口。

优选地，该光分路器、该光合束器决定了在该芯片所有开关态需要的相位匹配量存在一个公约数即移相臂，该移相臂中元素的比例即对应着弯曲波导阵列的每个波导对应的相位调制量之比，通过控制该移相器而控制该移相臂的倍数关系，实现控制光信号切换到该光合束器的任意一个输出端口。

再优选地，切换到不同输出端口在移相臂上施加的相位关系满足以下公式；