一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置，包括一個光耦合器、一條連接波導(dǎo)、一個包含N個微腔光開關(guān)單元的1

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置


[0001]本專利技術(shù)涉及光束掃描裝置、自由空間光通信和波分復(fù)用技術(shù)，尤其是涉及了一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置。

技術(shù)介紹

[0002]在光纖通信方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，云計算、云存儲、人工智能等技術(shù)的興起，社會各界對于通信容量的需求越來越大，波分復(fù)用技術(shù)被提出。它的特點是通過復(fù)用器讓不同波長的光攜帶不同的信息在片上傳輸，將通信容量擴展幾十倍甚至上百倍，提高了光攜帶信息的效率，極大地拓展了通信容量。
[0003]在智能感知方面，激光雷達技術(shù)能夠精確感知物體三維空間信息，被廣泛應(yīng)用于計量、環(huán)境監(jiān)測、考古和機器人等領(lǐng)域，尤其是在自動駕駛領(lǐng)域。其難點在于：如何能夠在大視場下實現(xiàn)高分辨、低功耗的高速光束掃描。自由空間光通信系統(tǒng)也同樣需要高速光束掃描，以實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)組網(wǎng)。而傳統(tǒng)光束掃描裝置采用機械旋轉(zhuǎn)器進行光束掃描，在可靠性、尺寸和成本等方面都存在明顯局限性。因此，更為緊湊的固態(tài)光束掃描裝置被認為是其終極解決方案。
[0004]目前，最具應(yīng)用前景的全固態(tài)光束掃描裝置架構(gòu)主要包括光學(xué)相控陣和焦平面開關(guān)陣列等兩種。其中，光學(xué)相控陣能夠?qū)崿F(xiàn)靈活波束掃描，但需要對陣列中所有光學(xué)天線進行振幅和相位的精確控制，使其擴展性極具有挑戰(zhàn)性。相比之下，焦平面開關(guān)陣列使用類似相機的光學(xué)系統(tǒng)，將視場內(nèi)的每個角度映射到成像透鏡后焦平面上的一個像素。焦平面開關(guān)陣列中的光開關(guān)網(wǎng)絡(luò)允許所有像素共享一個(或多個)光束掃描裝置，而不需要每個像素都集成一個測距單元。
[0005]已報道的焦平面開關(guān)陣列一般采用熱調(diào)諧馬赫
?
澤德干涉儀(MZI)開關(guān)(Opt.Express27,32970
?
32983,2019.)，目前已實現(xiàn)含數(shù)十個像素的小規(guī)模焦平面開關(guān)陣列，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損耗大、功耗高、標定難等限制，難以獲得更大規(guī)模的擴展。與此同時，人們還報道了焦平面MEMS開關(guān)陣列(Nature,603,253
–
258,2022.)，具有功耗低、易擴展等優(yōu)勢，但其工藝難度較大、驅(qū)動電壓高且存在非完全固態(tài)等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0006]為了解決
技術(shù)介紹
中存在的問題，本專利技術(shù)目的在于提供一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置，滿足低損耗、低功耗、大視場、高分辨、易擴展、易調(diào)控等應(yīng)用需求。
[0007]本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：
[0008]本專利技術(shù)包括第一光耦合器、第一連接波導(dǎo)、一個包含N個微腔光開關(guān)單元的1
×
N微腔光開關(guān)陣列、N行包含M個微腔光開關(guān)及發(fā)射單元的1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣組成的N
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射矩陣；光源經(jīng)過第一光耦合器進入第一連接波導(dǎo)中，第一連接波導(dǎo)與1
×
N微腔光開關(guān)陣列的輸入端口相連，1
×
N微腔光開關(guān)陣列的N個輸出端口依次與N行1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣各自輸入端口分別相連，其中1
×
N微腔光開關(guān)陣列的第n個輸出端口與第n
行1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣的輸入端口相連，n＝1,
…
,N。
[0009]所述的第一光耦合器其結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)光柵耦合器，或端面耦合器。
[0010]所述的1
×
N微腔光開關(guān)陣列包含依次首尾相連的N個1
×
2或2
×
2微腔光開關(guān)單元；第n個微腔光開關(guān)單元3n的輸入端口與第(n
?
1)個微腔光開關(guān)單元3(n
?
1)的直通輸出端口相連，第n個微腔光開關(guān)單元3n的直通輸出端口與第(n+1)個微腔光開關(guān)單元3(n+1)的輸入端口相連。
[0011]所述的1
×
2或2
×
2微腔光開關(guān)單元至少包含一個輸入端口、一個直通輸出端口、一個下載輸出端口，其結(jié)構(gòu)包括但不限于微環(huán)、F
?
P微腔、光子晶體腔、微盤、級聯(lián)微環(huán)、級聯(lián)F
?
P微腔、級聯(lián)光子晶體腔、級聯(lián)微盤。
[0012]所述的N
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射矩陣包括了N行1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣；其中，第n行1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣包含依次首尾相連的M個微腔光開關(guān)發(fā)射單元。第n行第m個微腔光開關(guān)發(fā)射單元4nm的輸入端口與第n行第(m
?
1)個微腔光開關(guān)發(fā)射單元4n(m
?
1)的直通輸出端口相連，第n行第m個微腔光開關(guān)單元4nm的直通輸出端口與第n行第(m+1)個微腔光開關(guān)單元4n(m+1)的輸入端口相連。
[0013]所述的微腔光開關(guān)發(fā)射單元4nm由微腔光開關(guān)和光波導(dǎo)發(fā)射天線組成，所述的1
×
2或2
×
2微腔光開關(guān)單元至少包含一個輸入端口、一個直通輸出端口、一個下載輸出端口，其結(jié)構(gòu)包括但不限于微環(huán)、F
?
P微腔、光子晶體腔、微盤、級聯(lián)微環(huán)、級聯(lián)F
?
P微腔、級聯(lián)光子晶體腔、級聯(lián)微盤。
[0014]所述的一種光波導(dǎo)發(fā)射天線，其結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)反射鏡或波導(dǎo)光柵，包括但不限于一維波導(dǎo)光柵、二維波導(dǎo)光柵，采用均勻光柵或啁啾光柵；所述的N
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射矩陣中各個光波導(dǎo)發(fā)射天線可以相同或不同。
[0015]所述的微腔光開關(guān)是基于包括但不限于熱光效應(yīng)、電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、微光機械。
[0016]所述的微腔光開關(guān)均設(shè)置有對應(yīng)的調(diào)控電極，其調(diào)控電極置于微腔光開關(guān)波導(dǎo)的側(cè)方或上方。
[0017]所述的1
×
N微腔光開關(guān)陣列、N
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射矩陣中微腔光開關(guān)初始狀態(tài)的諧振波長相同或相近，同時與輸入光波長并不相同，但可通過開關(guān)切換功能與輸入波長重合。
[0018]本專利技術(shù)的創(chuàng)新性在于專利技術(shù)了基于微腔光開關(guān)陣列的全新架構(gòu)，具有低損耗、低功耗、大視場、高分辨、易擴展、易加工等突出優(yōu)點，為高性能全固態(tài)片上光束掃描裝置應(yīng)用鋪平了道路。
[0019]本專利技術(shù)的有益效果是：
[0020]本專利技術(shù)方案中，光束掃描時只要選取兩個微腔的工作狀態(tài)，因而具有低損耗、結(jié)構(gòu)簡單、高集成、小尺寸、易擴展等特點。相比于MEMS開關(guān)光束掃描裝置，本專利技術(shù)克服了工藝復(fù)雜、震動敏感等問題，且具有尺寸更小等優(yōu)點；而相比于MZI開關(guān)光束掃描裝置，本專利技術(shù)克服了系統(tǒng)損耗大、器件尺寸大、布線復(fù)雜、控制復(fù)雜度高、規(guī)模擴展難等問題。
[0021]本專利技術(shù)具有低損耗、低功耗、大視場、高分辨、易擴展等優(yōu)點，為實現(xiàn)片上大規(guī)模光束掃描裝置系統(tǒng)鋪平了道路。
附圖說明
[0022]圖1是本專利技術(shù)提出的焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本專利技術(shù)提出1
×
N微腔光開關(guān)陣列、N
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射矩陣中微腔光開關(guān)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置，其特征在于：該裝置包括第一光耦合器(1)、第一連接波導(dǎo)(2)、一個包含N個微腔光開關(guān)單元的1
×
N微腔光開關(guān)陣列(3)、由N行包含M個微腔光開關(guān)及發(fā)射單元的1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣組成的N
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射矩陣(4)；光源經(jīng)過第一光耦合器(1)進入第一連接波導(dǎo)(2)，第一連接波導(dǎo)(2)與1
×
N微腔光開關(guān)陣列(3)的輸入端口相連，1
×
N微腔光開關(guān)陣列(3)的N個輸出端口依次與N行1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣各自輸入端口分別相連，其中1
×
N微腔光開關(guān)陣列(3)的第n個輸出端口與第n行1
×
M微腔光開關(guān)發(fā)射線陣的輸入端口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置，其特征在于：所述的第一光耦合器(1)其結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)光柵耦合器或端面耦合器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置，其特征在于：所述的1
×
N微腔光開關(guān)陣列(3)包含依次首尾相連的N個1
×
2或2
×
2微腔光開關(guān)單元；第n個微腔光開關(guān)單元的輸入端口與第(n
?
1)個微腔光開關(guān)單元(n
?
1)的直通輸出端口相連，第n個微腔光開關(guān)單元的直通輸出端口與第(n+1)個微腔光開關(guān)單元(n+1)的輸入端口相連，第n個微腔光開關(guān)單元的下載輸出端口與1
×
N微腔光開關(guān)陣列(3)的第n個輸出端口相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種焦平面微腔開關(guān)陣列光束掃描裝置，其特征在于：所述的1
×
2或2
×
2微腔光開關(guān)單元至少包含一個輸入端口、一個直通輸出端口、一個下載輸出端口，其結(jié)構(gòu)包括但不限于微環(huán)、F
?
P微腔、光子晶體腔、微盤、級聯(lián)微環(huán)、級聯(lián)F
?
P微腔、級聯(lián)光子晶體腔、級聯(lián)微盤。5.根據(jù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：戴道鋅，宋立甲，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：