[发明专利]光控多波束形成网络芯片及网络

说明书

本发明提供了一种光控多波束形成网络芯片及网络，芯片包括第一波分复用器和MxN路延迟线，每一路延迟线均与第一波分复用器连接，每一路延迟线均包括一级延迟线和Sagnac环，一级延迟线的一端与第一波分复用器连接；第一波分复用器用于将MxN个不同波长的光信号分成MxN路，并将每路光信号输入到对应的一级延迟线中；一级延迟线的另一端与该路延迟线的Sagnac环连接，Sagnac环用于实现光信号顺时针和逆时针正反两路传输回路，并将光信号传输回一级延迟线；一级延迟线还用于接收Sagnac环传输回的光信号后传输给第一波分复用器，第一波分复用器还用于将MxN路具有延时差的光信号合束。本发明有效避免片上波导交叉的问题，芯片面积尺寸小、易于扩展。

技术领域

本发明涉及光子集成延时芯片技术领域，尤其涉及一种光控多波束形成网络芯片及网络。

背景技术

基于光子真延时技术的光控波束形成网络在相控阵雷达领域具有重要的应用价值，能够有效地解决基于电移相器的传统相控阵存在的波束倾斜等问题，同时具备低损耗、大带宽、小体积重量、抗电磁干扰等技术优势。

目前，光子真延时技术的实现逐步从基于光纤等分立器件的系统逐步过渡到基于光开关、微环、光栅等片上器件的系统，通过对光开关、微环以及光栅等片上光子器件的调谐实现延时量的调节。然而基于上述方法实现光控波束形成网络时，在片上不可避免地会引入网络中波导的交叉(如图1所示的Rotman透镜型光控多波束形成网络芯片和图2所示的可调光延迟线型光控多波束形成网络芯片)，对波束形成网络的损耗和串扰带来一定的影响。尤其是在多波束形成的需求下，一般是通过规模复制的方式来实现多个波束，在阵元数和波束数量增多的情况下，波导交叉数量大幅度增加，恶化了系统性能，大大限制了扩展性，不易于集成和扩展。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光控多波束形成网络芯片及网络，以解决现有技术中多波束形成网络中存在的交叉问题以及扩展受限等问题。

本发明第一方面，提供了一种光控多波束形成网络芯片，包括：第一波分复用器和MxN路延迟线，每一路延迟线均与所述第一波分复用器连接，

每一路延迟线均包括一级延迟线和Sagnac环，所述一级延迟线的一端与所述第一波分复用器连接；所述第一波分复用器用于将MxN个不同波长的光信号分成MxN路，并将每路光信号输入到对应的一级延迟线中；所述一级延迟线的另一端与该路延迟线的Sagnac环连接，所述Sagnac环用于实现光信号顺时针和逆时针正反两路传输回路，并将光信号传输回一级延迟线；所述一级延迟线还用于接收Sagnac环传输回的光信号后传输给第一波分复用器，第一波分复用器还用于将MxN路具有延时差的光信号合束；

其中M、N为自然数，分别对应于波束数和相控阵天线阵元数。

进一步地，所述Sagnac环包括1x2耦合器和二级延迟线，1x2耦合器分别与一级延迟线和二级延迟线连接。

进一步地，各路延迟线的延时量为：

其中，τ_i表示延时量，θ表示波束指向角度，d表示天线阵元间距，c表示光速。

进一步地，所述一级延迟线为开关型光延迟线或微环型光延迟线。

进一步地，所述二级延迟线为开关型光延迟线或微环型光延迟线。

进一步地，所述第一波分复用器为波导阵列光栅或级联不等臂马赫-增德尔型干涉仪。

进一步地，所述1x2耦合器为MMI耦合器或定向耦合器。

本发明第二方面，提供一种光控多波束形成网络，包括多波长激光器、电光调制器、环形器、第二波分复用器、光电探测器、相控阵天线、芯片控制电路和第一方面所述的光控多波束形成网络芯片，

所述多波长激光器用于产生MxN个不同波长的光信号，