[发明专利]一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵

权利要求书

1.一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，包括依次连接的激光器光源(1)、分光网络(2)、相位调制器阵列(3)、锥形波导(4)、非均匀宽度波导阵列(5)和平板光栅天线(6)；

所述的激光器光源(1)产生的信号光通过所述的分光网络(2)后，光功率被平均分为多路；然后功率等分后的光束被输入到所述的相位调制器阵列(3)中，通过外加电压的方式对每路光信号进行独立的相位调制；经过相位调制的光信号再经锥形波导(4)被输入到非均匀宽度波导阵列(5)；最后所有路径中的光信号被输入到所述的平板光栅天线(6)中进行出射；通过调制信号光波长以及相邻波导阵元间相位差的方式，进行出射光束在自由空间的二维扫描。

2.根据权利要求1所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，所述的激光器光源(1)为可调谐激光器，并且具有片上集成的特点，通过改变信号光波长，实现光束的纵向扫描。

3.根据权利要求1所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，所述的分光网络(2)由N级级联的3dB分光器构成，能够将输入的信号光平均分为2^N路，其中3dB分光器的结构是多模干涉耦合器或者Y分支。

4.根据权利要求1所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，所述的相位调制器阵列(3)通过热光效应或者电光效应来实现，利用外加电压改变波导的折射率从而调制波导内光信号的相位，实现光束的横向扫描。

5.根据权利要求1所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，所述的非均匀宽度波导阵列(5)，其相邻波导阵元间隔不大于最小工作波长的一半。

6.根据权利要求5所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，所述的非均匀宽度波导阵列(5)，选择的波导宽度满足单模条件，并且为了确保相同宽度的波导在阵列中具有较大的间隔，需要至少三种不同宽度的波导进行周期性排列。

7.根据权利要求1所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，所述的平板光栅天线(6)是一维齿状光栅或者二维孔状光栅。

8.根据权利要求7所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，所述的平板光栅天线(6)整体形状呈梯形，并且其两侧壁的张角大于信号光在平板光栅天线(6)区域的最大面内偏转角。

9.根据权利要求1所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，光束横向的偏转角度与相邻阵元间的相位差满足：

式(1)中Φ为光束的横向偏转角度，Φ_in为光束在平板光栅天线区域的面内偏转角度，N_eff为平板光栅天线的有效折射率，为相邻阵元间的相位差，λ为工作波长，d为阵元间距；为了使得横向扫描范围达到180°，阵元间距d应小于λ/2。

10.根据权利要求8所述的一种基于平板光栅天线的半波排布二维扫描光学相控阵，其特征在于，平板光栅天线内部的光束经过光栅耦合到自由空间，其纵向偏转角度与信号光波长的关系如下：

式(2)中，θ为出射光束的纵向偏转角度，N_eff为平板光栅天线的有效折射率，λ为信号光波长，Λ为平板光栅的周期。