[发明专利]一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片

权利要求书

1.一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片，其特征在于包括：第一光输入端口（1）、第二光输入端口（2）、第三光输入端口（3）、第四光输入端口（4）、第N光输入端口（5）、第一光电探测器（6）、第二光电探测器（7）、第三光电探测器（8）、第四光电探测器（9）、第N光电探测器（10）、第一光开关（11）、第二光开关（12）、第三光开关（13）、第四光开关（14）、第N光开关（15）、第一可调光延时线（16）、第二可调光延时线（17）、第三可调光延时线（18）、第N-1可调光延时线（19）、分束/合束器（20）；其中：

所述第一、第二、第三、第四、至第N光输入端口用于将芯片外的光载微波信号耦合进芯片，所述第一、第二、第三、第四、至第N光电探测器用于将芯片处理后的光载微波信号下变频，转换为微波信号；

所述第一、第二、第三、第四、至第N光开关采用MZI型结构，由两个2×2光学分束器作为输入和输出，两条直波导作为MZI结构两臂，其中一臂上设置光学移相器用于控制光开关的直通/交叉状态以选择不同路径，每个光开关有4个端口，分别为左上、左下、右上、右下端口，定义若光从左向右传输，则左上至右下、左下至右上为交叉态，左上至右上、左下至右下为直通态；若光从右向左传输，则右上至左下、右下至左上为交叉态，右上至左上、右下至左下为直通态；

所述第一、第二、第三、至第N-1可调光延时线用于对多通道的光载微波信号进行对应的延时处理，可采用基于色散调谐的可调光延时线或基于波导长度切换结构的可调光延时线；

所述分束/合束器，当光载微波信号从芯片左侧向右侧传输时，作为分束器使用；当光载微波信号从芯片右侧向左侧传输时，作为合束器使用；

芯片外的激光器发射出一定功率的光作为光载波，进入调制器，微波信号加载在调制器上，形成光载微波信号；光载微波信号从芯片左侧第一光输入端口输入向右传输，第一光开关设置为交叉态，光载微波信号进入分束器分成N-1路，分别进入第一、第二、第三、至第N-1可调光延时线中产生发射角度所对应的延时，然后分别进入第二、第三、第四、至第N光开关，且第二、第三、第四、至第N光开关均设置为直通态，N-1路光载微波信号便会进入片上第二、第三、第四、至第N光电探测器下变频至微波信号，从而输出至芯片外的多通道阵列天线上进行波束发射；

N-1个激光器发射一定功率的光作为N-1通道的光载波进入调制器，N-1通道阵列天线在特定角度接收到微波信号，加载到调制器上形成N-1路光载微波信号；N-1路光载微波信号从芯片右侧第二、第三、第四、至第N光输入端口输入向左传输，第二、第三、第四、至第N光开关设置为交叉态，从而N-1路光载微波信号分别进入第一、第二、第三、至第N-1可调光延时线中产生接收角度所对应的延时，随后N-1路光载微波信号进入合束器合束，第一光开关设置为直通态，从而合束后的光载微波信号进入第一光电探测器下变频至微波信号输出，实现了多通道波束接收功能。

2.如权利要求1所述的基于光开关的收发可切换波束形成芯片，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四、至第N光开关的光学移相器采用芯片材料的热光效应、电光效应或等离子色散效应来实现。

3.如权利要求1所述的基于光开关的收发可切换波束形成芯片，其特征在于，所述收发可切换波束形成芯片可采用以下材料体系制作：绝缘体上硅、绝缘体上铌酸锂、氮化硅、有机聚合物、氮氧化硅、二氧化硅。

4.如权利要求1所述的基于光开关的收发可切换波束形成芯片，其特征还在于，分束/合束器、光开关、光学延时线、光电探测器共同集成到芯片上。