[发明专利]基于诺伦矩阵的N×M集成多波束激光雷达发射系统

权利要求书

1.基于诺伦矩阵的N×M集成多波束激光雷达发射系统，系统包括N路调频连续波发射阵列、N×S诺伦光学矩阵网络、S×M光学扩束网络、M路移相器阵列和M路激光雷达发射端，其特征在于：所述N路调频连续波发射阵列产生N路调频连续光信号，经过所述N×S诺伦光学矩阵网络和S×M光学扩束网络后，每一路调频连续光信号的能量均分到M路输出端口，相邻的输出端口的输出信号具有相等的相位差；所述M路移相器阵列对M路输出端口输出的M路光信号产生相位差连续可调的等差相位；通过所述M路激光雷达发射端将相位差连续可调的M路光信号发射，实现不多于N个不同的可调发射波束，其中N＝2ⁿ，n＝1,2,…，M＝2^K×S，K＝1,2,…，S≥N；

所述N×S诺伦光学矩阵网络包括(2×S-N-1)×N/2个分光比固定的90°光学混合器、(2×S-N+1)×N/2个移相器和连接波导，所述N×S诺伦光学矩阵网络有N个输入端口和S个输出端口，其中第i路输入端口与第i路可调激光器或第i路调频连续波调制器相连，每个输入端口的光信号都均分到所有输出端口，并且相邻输出端口具有固定相同的相位差，从不同输入端口输入的光信号在输出端口的相位差不相同，由此形成N个不同的波束。

2.根据权利要求1所述的发射系统，其特征在于：所述的N路调频连续波发射阵列包括N路可调激光器和N路锯齿波信号发生器，所述N路可调激光器同时发射出光强相等的窄线宽连续光，每路窄线宽连续光的波长可调，所述N路锯齿波信号发生器对所述N路可调激光器施加周期性锯齿波控制电信号以产生连续啁啾光信号。

3.根据权利要求1所述的发射系统，其特征在于：所述的N路调频连续波发射阵列包括N路调频连续波调制器、N路可调激光器和N个啁啾射频调制信号发生器，第i路所述调频连续波调制器与第i路可调激光器相连，i＝1,2，…,N；所述啁啾射频调制信号发生器将发出的啁啾射频信号加载到所述调频连续波调制器上产生调频连续光信号；所述调频连续波调制器为电光调制器或I/Q调制器。

4.根据权利要求1所述的发射系统，其特征在于：所述90°光学混合器为马赫增德尔干涉仪或定向耦合器，所述90°光学混合器有两个输入端口和两个输出端口；所述移相器为基于热光效应或电光效应的移相器，所述移相器的相位调节范围为0～2π。

5.根据权利要求4所述的发射系统，其特征在于：所述S×M光学扩束网络包括K级扩展阵列和连接相邻两级的连接波导，其中，第k级扩展阵列包括N×k个1×2光分束器和N×k个180°移相器，k＝1,2,...,K；所述S×M光学扩束网络包括S个输入端口和M个输出端口，其中M＝S×2^K，K＝1,2,…，第j路输入端口与所述N×S诺伦光学矩阵网络的第j路输出端口相连，j＝1,2,3...,S；所述S×M光学扩束网络将所述N×S诺伦光学矩阵网络输出的S路光信号均分扩束为M路光信号，相邻输出信号具有相等的相位差，输出信号的相位差与输入信号的相位差一致。

6.根据权利要求5所述的发射系统，其特征在于：所述1×2光分束器为1×2MMI结构或1×2Y分叉结构，所述移相器为基于热光效应或电光效应的移相器，移相器的相位调节范围为0～2π。

7.根据权利要求5所述的发射系统，其特征在于：所述的M路移相器阵列包括M路移相器，第m，m＝1,2,…,M，路移相器与所述S×M光学扩束网络的第m路输出端口相连，所述M路移相器阵列对输入的光信号进行相移，使得输出信号相位具有等差关系，且等差量连续可调；所述M路移相器为基于热光效应或电光效应的移相器，移相器调节的相位范围为0～2π。

8.根据权利要求7所述的发射系统，其特征在于：所述M路激光雷达发射端包括一维的去耦合波导阵列，第m路去耦合波导与第m路移相器相连，并将M路光信号进行发射；其中，每路去耦合波导的光程相等，光信号最后在发射端末端进行汇聚，相邻波导的间隔等于半波长且相互之间没有耦合。

9.根据权利要求7所述的发射系统，其特征在于：所述M路激光雷达发射端包括M路光栅发射器，第m，m＝1,2,…,M，路光栅发射器与第m路移相器相连，并将M路光信号进行发射；其中所述M路光栅发射器为双层氮化硅光栅或浅刻蚀硅波导光栅；发射波束在垂直发射端光栅方向的角度可通过调节M路移相器阵列的相移进行偏转，发射波束在平行发射端光栅方向的角度可通过调节可调激光器阵列波长进行偏转，以此实现二维可调发射波束，并因不同输入光信号在输出端口具有不同的等差相位，可实现N个不同的光束的发射。