光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片及其制备方法技术

技术编号:19136726 阅读:45 留言:0更新日期:2018-10-13 08:11
本发明专利技术提供一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片其制备方法,涉及雷达领域。本发明专利技术公开了一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,波束形成网络结构层,所述波束形成网络结构层包括入射耦合光栅、第一级至第N级光子晶体谐振腔组合、第一光波导至第N+1光波导、出射耦合光栅依次连接;每级光子晶体谐振腔组合支路数为前一级光子晶体谐振腔组合支路数的整数倍,两级光子晶体晶体谐振腔组合之间通过光波导连接。解决了现有技术中调节过程中需要大量光子晶体谐振腔,调节难度大的技术问题。本发明专利技术可以节省大量的光子晶体谐振腔,调节难度低,可用于雷达领域。

Photonic crystal resonator tree structure beamforming network chip and its preparation method

The invention provides a photonic crystal resonator tree structure beamforming network chip and a preparation method thereof, which relates to the field of radar. The invention discloses a photonic crystal resonator tree structure beam forming network chip and a beam forming network structure layer. The beam forming network structure layer comprises an incident coupling grating, a combination of photonic crystal resonators from the first stage to the nth stage, a first optical waveguide to the nth+1 optical waveguide, and an output coupling grating connected sequentially at each stage. The combined branch of photonic crystal resonator is an integral multiple of the combined branch of the first-order photonic crystal resonator, and the two-level photonic crystal resonator is connected by optical waveguide. The invention solves the technical problem that a large number of photonic crystal resonators are needed in the adjustment process of the prior art and the adjustment is difficult. The invention can save a large number of photonic crystal resonant cavities, and has low adjustment difficulty, and can be used in radar field.

【技术实现步骤摘要】
光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片及其制备方法
本专利技术涉及一种网络芯片,具体涉及一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片其制备方法。
技术介绍
相控阵雷达又称作相位阵列雷达,可通过改变雷达信号的相位来改变波束指向方向,与机械扫描雷达相比,相控阵雷达具有波束指向灵活、精度高、扫描效率高、自适应及抗干扰性能强、可靠性高等优点。随着军事科技的发展以及各类新型武器的出现,相控阵雷达需要提供尽可能大的瞬时带宽以提高其分辨率、识别能力及抗干扰能力;同时,为了提高相控阵雷达性能,需要在有限的空间、载荷重量以及功耗限制下,集成更多的天线阵元,这就对相控阵雷达的体积、重量以及功耗提出了更高的要求。光子晶体及其相关延时器件是解决上述问题的有效途径:首先,以光作为媒介代替传统的电信号,实现波束形成网络系统从电向光的转变,可在雷达瞬时带宽方面实现质的飞跃;其次,光子晶体谐振腔基本尺寸在光的波长量级,使光子晶体谐振腔与光波导组成的芯片一般处于微米量级,光子晶体谐振腔与光波导组成的芯片可以实现光实时延时,可以作为天线阵元,因此光子晶体器件具有高集成度优势,甚至集成到一个芯片上,从而大大减小雷达天线系统的体积、重量和功耗,为新型高性能高集成度雷达以及机载/星载相控阵雷达发展提供基础。目前在利用光子晶体谐振腔在实现更宽的调节范围与更多的扫描接口时,通常将成对的光子晶体谐振腔对称设置在光子晶体波导两侧,在光子晶体波导两端加上相应的输入端与扫描接口组成简单的芯片,之后将多组上述芯片并联来实现。然而这样会使用大量的光子晶体谐振腔,而每个光子晶体谐振腔对应一个调节电极,进而大量的光子谐振腔会给相关的器件调节造成很大的困难。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足,本专利技术提供了一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,解决了芯片集成时需要大量的光子晶体谐振腔,给器件调节造成困难的技术问题。(二)技术方案为实现以上目的,本专利技术通过以下技术方案予以实现:本专利技术提供了一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,包括波束形成网络结构层,所述波束形成网络结构层包括入射耦合光栅、第一级光子晶体谐振组合、第二级光子晶体谐振腔组合、...、第N级光子晶体谐振腔组合、第一光波导、第二光波导、...、第N光波导、第N+1光波导、出射耦合光栅;所述第二级光子晶体谐振腔组合包括B1条支路,所述第三级光子晶体谐振腔包括的支路数为所述第二级光子晶体谐振腔组合支路数的B2倍,...,所述第N级光子晶体谐振腔组合的支路数为第N-1级光子晶体谐振强组合支路数的BN-1倍;所述入射耦合光栅通过第一光波导与所述第一级光子晶体谐振腔组合连接,所述第一级光子晶体谐振腔组合连接所述第二光波导,所述第二光波导远离所述第一级光子晶体谐振腔组合一端分叉为B1条岔路,且所述第二光波导分为的每条岔路与所述第二级光子晶体谐振腔组合的B1条支路一对一连接,...,所述第N-1级光子晶体谐振腔组合每条支路均分别连接一条所述第N光波导,每条所述第N光波导远离所述第N-1级光子晶体谐振腔组合一端均分叉为BN-1条岔路,且所述第N光波导分为的每条岔路与所述第N级光子晶体谐振腔组合的每条支路一对一连接,所述第N级光子晶体谐振腔组合的每条支路通过均通过一条第N+1光波导连接一个出射耦合光栅;其中:N为正整数,且N大于等于2;其中B1至BN-1均为正整数,且B1大于等于2。优选地,所述第一级光子晶体谐振腔组合及所述第二级至第N级光子晶体谐振腔组合的每条支路均包括光子晶体波导、光子晶体谐振腔,所述光子晶体谐振腔数目均为偶数,所述光子晶体谐振腔对称分布在光子晶体波导两侧;所述第一光波导与所述第一级光子晶体谐振腔组合的光子晶体波导连接,所述第二至第N级光波导两端分别与相对应的光子晶体谐振腔组合中的光子晶体波导连接;其中:N为正整数,且N大于等于2。优选地,所述第二至第N级光子晶体谐振腔组合中的每一级光子晶体谐振腔的各个支路结构相同;其中:N为正整数,且N大于等于2。优选地,所述BN-1为正偶数。优选地,还包括电极层,所述电极层包括铬加热电极,所述铬加热电极围绕所述光子晶体谐振腔,所述铬加热电极通过引先连接有正电极及负电极,所述正电极及负电极表面覆盖有表面金膜。优选地,还包括硅衬底层、二氧化硅埋层,所述硅衬底层、二氧化硅埋层和波束形成网络结构层为SOI材料加工而成;其中:SOI绝缘衬底上的硅,即顶层硅和硅衬底之间引入了二氧化硅埋层。本专利技术还提供一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片的制备方法,按如下步骤进行:步骤1、取一块SOI基底,通过光刻工艺在其上制备光波导、光子晶体谐振腔、耦合光栅及分束结构;步骤2、通过热蒸发及剥离工艺,在完成步骤1的SOI基底上制备铬材料的电极;步骤3、通过热蒸发及剥离工艺,在完成步骤2的SOI基底上的热电极表面制备正负电极顶层金薄膜;其中:SOI绝缘衬底上的硅,即顶层硅和硅衬底之间引入了二氧化硅埋层。进一步地,所述步骤1中分束结构的制备方法如下:步骤1.1取一片SOI基底进行清洁处理,所述SOI基底的顶部硅层厚度为220nm,中间的二氧化硅埋层厚度为3μm,其底部的衬底硅厚度为600μm;步骤1.2在经过步骤1.1清洁处理的SOI基底上制作一层厚度为2-3μm的光刻胶膜;步骤1.3将经过步骤1.2涂覆光刻胶膜的SOI基底放入烘箱中前烘;步骤1.4对经过步骤1.3前烘处理的光刻胶薄膜进行深紫外曝光;步骤1.5经过显影、坚膜工艺流程,在经过步骤1.4曝光处理的SOI表面制作出光刻胶掩模结构;步骤1.6通过等离子体刻蚀技术,在经步骤1.5处理所得到的具有光刻胶掩模结构的SOI的表面制作光子晶体谐振腔、以及光子晶体树状结构波束形成网络芯片主体结构,本步骤中的刻蚀深度为220nm。步骤1.7将经过步骤1.6所述等离子刻蚀处理的SOI表面的光刻胶去除,得到光子晶体树状结构波束形成网络芯片主体结构,及本专利技术所述的自下而上的硅衬底层、二氧化硅埋层和光波传导结构层;其中:SOI为绝缘衬底上的硅,即顶层硅和硅衬底之间引入了二氧化硅埋层。进一步地,所述步骤2中电级的制备方法如下,步骤2.1在步骤1.7制备好光子晶体树状结构波束形成网络芯片主体结构的SOI基底上制备一层厚度为100nm的光刻胶薄膜;步骤2.2将步骤2.1制备完成的结构进行前烘;步骤2.3对制备好的光刻胶薄膜进行曝光;步骤2.4经过显影、坚膜得到掩膜结构;步骤2.5应用热蒸发工艺制备100nm厚的铬薄膜;步骤2.6对步骤2.5制备完成的覆盖有铬薄膜的基底应用剥离工艺将没有电极图形区域的铬薄膜剥离,得到铬电极结构;其中:SOI为绝缘衬底上的硅,即顶层硅和硅衬底之间引入了二氧化硅埋层。进一步地,在完成步骤2的SOI基底上的电极表面制备正负电极顶层金薄膜,具体步骤如下:步骤3.1在步骤2.6制备好铬材料热光电极结构上制备一层厚度为200nm的光刻胶薄膜;步骤3.2将步骤3.1制备完成的结构进行前烘;步骤3.3对制备好的光刻胶薄膜进行曝光;步骤3.4经过显影、坚膜得到掩膜结构;步骤3.5应用热蒸发工艺制备200nm厚的金薄膜,得到覆盖于正负电极的金薄膜;其中:SOI为绝缘衬底上的硅,即顶层硅和硅衬底之间引入了二氧化硅埋层。(本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,包括波束形成网络结构层(3),其特征在于,所述波束形成网络结构层(3)包括入射耦合光栅(5)、第一级光子晶体谐振组合(6)、第二级光子晶体谐振腔组合(7)、...、第N级光子晶体谐振腔组合(8)、第一光波导(9)、第二光波导(10)、...、第N光波导(11)、第N+1光波导(12)、出射耦合光栅(13);所述第二级光子晶体谐振腔组合(7)包括B1条支路,所述第三级光子晶体谐振腔包括的支路数为所述第二级光子晶体谐振腔组合(7)支路数的B2倍,...,所述第N级光子晶体谐振腔组合(8)的支路数为第N‑1级光子晶体谐振强组合支路数的BN‑1倍;所述入射耦合光栅(5)通过第一光波导(9)与所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)连接,所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)连接所述第二光波导(10),所述第二光波导(10)远离所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)一端分叉为B1条岔路,且所述第二光波导(10)分为的每条岔路与所述第二级光子晶体谐振腔组合(7)的B1条支路一对一连接,...,所述第N‑1级光子晶体谐振腔组合每条支路均分别连接一条所述第N光波导(11),每条所述第N光波导(11)远离所述第N‑1级光子晶体谐振腔组合一端均分叉为BN‑1条岔路,且所述第N光波导分为的每条岔路与所述第N级光子晶体谐振腔组合(8)的每条支路一对一连接,所述第N级光子晶体谐振腔组合(8)的每条支路通过均通过一条第N+1光波导(12)连接一个出射耦合光栅(13);其中:N为正整数,且N大于等于2;其中B1至BN‑1均为正整数,且B1大于等于2。...

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,包括波束形成网络结构层(3),其特征在于,所述波束形成网络结构层(3)包括入射耦合光栅(5)、第一级光子晶体谐振组合(6)、第二级光子晶体谐振腔组合(7)、...、第N级光子晶体谐振腔组合(8)、第一光波导(9)、第二光波导(10)、...、第N光波导(11)、第N+1光波导(12)、出射耦合光栅(13);所述第二级光子晶体谐振腔组合(7)包括B1条支路,所述第三级光子晶体谐振腔包括的支路数为所述第二级光子晶体谐振腔组合(7)支路数的B2倍,...,所述第N级光子晶体谐振腔组合(8)的支路数为第N-1级光子晶体谐振强组合支路数的BN-1倍;所述入射耦合光栅(5)通过第一光波导(9)与所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)连接,所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)连接所述第二光波导(10),所述第二光波导(10)远离所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)一端分叉为B1条岔路,且所述第二光波导(10)分为的每条岔路与所述第二级光子晶体谐振腔组合(7)的B1条支路一对一连接,...,所述第N-1级光子晶体谐振腔组合每条支路均分别连接一条所述第N光波导(11),每条所述第N光波导(11)远离所述第N-1级光子晶体谐振腔组合一端均分叉为BN-1条岔路,且所述第N光波导分为的每条岔路与所述第N级光子晶体谐振腔组合(8)的每条支路一对一连接,所述第N级光子晶体谐振腔组合(8)的每条支路通过均通过一条第N+1光波导(12)连接一个出射耦合光栅(13);其中:N为正整数,且N大于等于2;其中B1至BN-1均为正整数,且B1大于等于2。2.如权利要求1所述的一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,其特征在于,所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)及所述第二级至第N级光子晶体谐振腔组合的每条支路均包括光子晶体波导(14)、光子晶体谐振腔(17),所述光子晶体谐振腔(17)数目均为偶数,所述光子晶体谐振腔(17)对称分布在光子晶体波导两侧;所述第一光波导(9)与所述第一级光子晶体谐振腔组合(6)的光子晶体波导(14)连接,所述第二至第N级光波导两端分别与相对应的光子晶体谐振腔组合中的光子晶体波导(14)连接;其中:N为正整数,且N大于等于2。3.如权利要求1所述的一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,其特征在于,所述第二至第N级光子晶体谐振腔组合中的每一级光子晶体谐振腔的各个支路结构相同;其中:N为正整数,且N大于等于2。4.如权利要求1所述的一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,其特征在于,所述BN-1为正偶数。5.如权利要求2所述的一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,其特征在于,还包括电极层(4),所述电极层(4)包括铬加热电极(18),所述铬加热电极(18)围绕所述光子晶体谐振腔(17),所述铬加热电极(18)通过引先连接有正电极(15)及负电极(16),所述正电极(15)及负电极(16)表面覆盖有表面金膜。6.如权利要求1所述的一种光子晶体谐振腔树状结构波束形成网络芯片,其特征在于,还包括硅衬底层(1)、二氧化硅埋层(2),所述硅衬底层(1)、二氧化硅埋层(2)和波束形成网络结构层(3)为SOI材料加工而成;其中:SOI绝缘衬底上的硅,即顶层硅和硅衬底之...

【专利技术属性】
技术研发人员:靳学明崔乃迪郭进冯俊波胡元奎赵恒金里陈尔东
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第三十八研究所
类型:发明
国别省市:安徽,34

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