[发明专利]一种基于铌酸锂薄膜的电光相控阵激光雷达

说明书

本发明公开了一种基于铌酸锂薄膜的电光相控阵激光雷达。1×N光分束器的输入端与外部光源相连，输出端经光波导阵列和光发射器阵列连接后输出，光波导阵列上设有集成电控系统；所述1×N光分束器接收输入激光并将输入激光分成多路进入光波导阵列，集成电控系统作用于光波导阵列对其中的多路光波导进行相位调制，光波导阵列完成光束的传输从光发射器阵列发射输出多路光束。本发明结合铌酸锂材料的电光效应，改变波导模式间的相位差以实现对出射光角度的调控，同时利用电光调制的高速响应特点，以实现出射光束的高速扫描，具有设计方便，便于扩展，结构紧凑等优点。

技术领域

本发明涉及一种相控阵激光雷达，更具体的涉及一种基于铌酸锂薄膜的电光相控阵激光雷达。

背景技术

激光雷达采用移动的激光束对探测目标进行扫描采样以获取探测目标的位置、速度等特征量，光学相控阵可以在不移动部件的情况下实现自由空间光束操纵，这使得光学相控阵成为设计激光雷达的理想选择。随着硅基光子集成技术的飞速发展，芯片级硅基光波导相控阵激光雷达已被广泛研究，由于硅并不是一种高效的电光材料，目前的硅基光波导相控阵激光雷达一般采用热光相位调制以实现发射光束的偏转，响应速度较低，无法实现激光雷达的超高速扫描。

近年来发展并已投入商用的LNOI(绝缘体上铌酸锂，即铌酸锂薄膜)平台，其工艺与SOI(绝缘体上硅)平台上的硅光子集成工艺完美兼容，同样可实现低能耗、小尺寸、低成本的集成光子器件。而铌酸锂材料的电光效应又为在该平台上实现电光调制器件提供了可能。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于铌酸锂薄膜的电光相控阵激光雷达，从而实现电光调制下的高速扫描，具有重要的应用价值。

本发明采用的技术方案是：

本发明的电光相控阵激光雷达，包括发射端和接收端，所述的发射端包括1×N光分束器、光波导阵列、集成电控系统和光发射器阵列；1×N光分束器的输入端与外部光源相连，输出端经光波导阵列和光发射器阵列连接后输出，光波导阵列上设有集成电控系统；所述1×N光分束器接收输入激光并将输入激光分成多路进入光波导阵列，1×N光分束器对激光进行功率均分，集成电控系统作用于光波导阵列对其中的多路光波导进行相位调制，光波导阵列完成光束的传输从光发射器阵列发射输出多路光束。

现有的1×N光分束器和光发射器阵列之间采用多根波导，各根波导需要通过复杂的电控系统进行调制使得发射端调节非常麻烦。而本发明的集成电控系统作用于光波导阵列对其中的多路光波导改变波导相位，使得多路光波导的保持固定的相位差，实现发射端的相控阵，使得相控阵调节灵活简单有效。

所述光波导阵列中的多路光波导为单模光波导。

所述的光波导阵列包含连接在1×N光分束器输出端的多根波导，每根波导上均设有一段用于调整相位的区域，区域上设置片上集成的集成电控系统，结合铌酸锂材料的电光效应以实现不同波导模式间的相位调整，进而改变出射光束角度，并且实现高速扫描。

所述的光波导阵列主要由宽间距波导阵列、弯曲波导阵列和密集波导阵列组成，宽间距光波导阵列的一端连接到1×N光分束器的输出端，宽间距波导阵列的另一端通过弯曲波导阵列和密集波导阵列连接，宽间距波导阵列上设置有集成电控系统；集成电控系统主要由电极和加电区域构成，宽间距光波导阵列的每根波导均与各自的电极相连，各根波导所连接的电极长度不同，电极包括位于且分别连接到波导两侧的电极，各个电极并联后两端分别连接于两块加电区域，外部电压施加到加电区域而施加到各个电极，使得各根波导的电极电压相同。

宽间距是指波导间距足够容纳电极，一般为10μm以上，密集是指波导间距足够小但相邻波导的光场之间不会发生耦合，一般为2μm以下。

具体实施中通过改变光波导阵列不同波导所连接的电极长度以实现相邻波导间恒定的相位差，即使得相邻波导之间的相位差恒定也均相同，进而实现发射端相控阵的调制。