光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置。该光栅耦合器包括硅基底；硅氧化物层，形成于所述硅基底上；及光栅层，形成于所述硅氧化物层上；其中，所述光栅层包括同层设置的光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别设置于所述光栅层的两端，所述耦合光栅设置于所述光波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅区用于接收所述激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。本申请的光栅耦合器可与CMOS工艺兼容，同时还拥有相对较高的稳定性和相对较小的体积。

【技术实现步骤摘要】
光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置
本专利技术涉及激光探测领域，特别是涉及一种光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置。
技术介绍
激光雷达作为智能驾驶领域的一个重要传感装置，其扫描角度以及扫描稳定性等方面还需要得到提高。传统的激光雷达采用光学相控阵(OPA)来代替机械式的扫描以提高扫描的稳定性。在使用OPA进行发射时，需要把激光器光源发出的激光耦合进入到用来扫描发射的OPA芯片之中。而OPA芯片通常采用的工艺是CMOS(互补金属氧化物半导体)集成工艺，所使用的材料是硅以及硅的氧化物，而半导体激光器以及其他各类激光器都不能使用硅作为基底材料，并且激光器辐射的激光并不能直接进入OPA芯片中，需要通过耦合器将激光器发射出来的激光引入到OPA芯片中。传统的方法是使用透镜等光学设备来将激光耦合至OPA芯片中，但是透镜存在体积大难以集成，不适合芯片端的耦合的问题。而使用锥形光纤以及模场适配器的方式进行耦合又会带来系统稳定性的下降以及工艺复杂性的提升。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有耦合器与CMOS工艺不兼容、体积大及稳定性差等问题，提供一种光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置。本申请提供一种光栅耦合器，用于对激光进行耦合，所述光栅耦合器包括：硅基底；硅氧化物层，形成于所述硅基底上；及光栅层，形成于所述硅氧化物层上；其中，所述光栅层包括同层设置的光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别设置于所述光栅层的两端，所述耦合光栅设置于所述光波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅用于接收所述激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。在其中一个实施例中，所述光栅耦合器还包括折射率匹配层，所述折射率匹配层形成于所述光栅层上，所述折射率匹配层用于减少所述激光在所述光栅层上的反射。在其中一个实施例中，所述耦合光栅为全刻蚀光栅、浅刻蚀光栅、均匀光栅和二元闪耀光栅中的任意一种。在其中一个实施例中，所述反射光栅为布拉格反射光栅。在其中一个实施例中，所述耦合光栅的光栅周期为400纳米-1000纳米。在其中一个实施例中，所述反射光栅的光栅周期为50纳米-600纳米。在其中一个实施例中，所述耦合光栅与所述反射光栅之间的间隔为50纳米-500纳米。在其中一个实施例中，所述光栅层的厚度为170纳米-270纳米。还提供一种光栅耦合器的制作方法，用于制造前述所述的光栅耦合器，所述方法包括：提供一硅基底，并在所述硅基底上沉积形成硅氧化物层；在所述硅氧化物层上形成光栅膜层，对所述光栅膜层进行刻蚀以形成光栅层；其中，所述光栅层包括光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别形成于所述光栅层的两端，所述耦合光栅形成于所述波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅用于接收激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。还提供一种光学相控阵装置，包括：激光源，用于辐射预设波长的激光；光学相控模块，用于对所述激光的相位进行调制；及用于将所述激光耦合至所述光学相控模块的光耦合器；所述光耦合器为前述所述的光栅耦合器。上述光栅耦合器，通过以硅作为基底，然后在基底上形成一层硅氧化物层，使得本申请的光栅耦合器可以与OPA芯片的CMOS工艺保持一致，也就是可以与CMOS工艺兼容；同时，本申请通过将波导、反射光栅分别设置于光栅层的两端，耦合光栅设置于波导和反射光栅之间，也即是反射光栅设置于耦合光栅的相对后方，可使得耦合进入光波导的激光能够从一个方向出射，防止激光从后方泄漏，提高激光的耦合效率，进而提高光栅耦合器的性能；由于可以和CMOS工艺兼容，形成的光栅耦合器拥有比透镜更小的体积，促进激光雷达的小型化和集成化。附图说明图1为一实施例中的光栅耦合器的结构示意图；图2为一实施例中的光栅耦合器的立体图；图3为另一实施例中的光栅耦合器的结构示意图；图4为一实施例中的光栅耦合器的制作方法流程示意图；图5为一实施例中的光学相控阵装置的组成示意图。具体实施方式为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。请参阅图1，为一实施例中的光栅耦合器的结构示意图。该光栅耦合器用于将激光耦合至光波导阵列，该光栅耦合器可以包括硅基底10，硅氧化物层20，及光栅层(图1未标示)。其中，硅氧化物层20，形成于硅基底10上；光栅层，形成于硅氧化物层20上；其中，光栅层包括同层设置的光波导310、耦合光栅320及反射光栅330，光波导310、反射光栅330分别设置于光栅层的两端，耦合光栅320设置于光波导310和反射光栅330之间；耦合光栅320用于接收激光并将激光引导至光波导310，反射光栅330用于将未被耦合光栅320引导至光波导310的激光反射回耦合光栅320。本申请的器件采用硅基材料实现，与CMOS工艺兼容，成本更低。上述光栅耦合器，通过以硅作为基底，然后在基底上形成一层硅氧化物层，使得本申请的光栅耦合器可以与OPA芯片的CMOS工艺保持一致，也就是可以与CMOS工艺兼容；同时，本申请通过将波导、反射光栅分别设置于光栅层的两端，耦合光栅设置于波导和反射光栅之间，也即是反射光栅设置于耦合光栅的相对后方，可使得耦合进入光波导的激光能够从一个方向出射，防止激光从后方泄漏，提高激光的耦合效率，进而提高光栅耦合器的性能；由于可以和CMOS工艺兼容，形成的光栅耦合器拥有比透镜更小的体积，促进激光雷达的小型化和集成化。在一实施例中，硅基底10可以为由硅材料制成的绝缘体，硅基底10的厚度可根据本领域技术人员的实际操作需要和产品的性能进行选择和调整，在此不作进一步地限定。硅氧化物层20可以为二氧化硅材料，可以理解，硅氧化物层20也可以为其他适用的化合物半导体材料，硅氧化物层20的厚度可根据本领域技术人员的实际操作需要和产品的性能进行选择和调整，在此不作进一步地限定。硅氧化物层20的形成工艺可以包括射频磁控溅射、热蒸发、真空电子束蒸发以及等离子增强化学气相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光栅耦合器，用于对激光进行耦合，其特征在于，所述光栅耦合器包括：/n硅基底；/n硅氧化物层，形成于所述硅基底上；及/n光栅层，形成于所述硅氧化物层上；其中，所述光栅层包括同层设置的光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别设置于所述光栅层的两端，所述耦合光栅设置于所述光波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅用于接收所述激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。/n

【技术特征摘要】
1.一种光栅耦合器，用于对激光进行耦合，其特征在于，所述光栅耦合器包括：
硅基底；
硅氧化物层，形成于所述硅基底上；及
光栅层，形成于所述硅氧化物层上；其中，所述光栅层包括同层设置的光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别设置于所述光栅层的两端，所述耦合光栅设置于所述光波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅用于接收所述激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。


2.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，还包括折射率匹配层，所述折射率匹配层形成于所述光栅层上，所述折射率匹配层用于减少所述激光在所述光栅层上的反射。


3.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述耦合光栅为全刻蚀光栅、浅刻蚀光栅、均匀光栅和二元闪耀光栅中的任意一种。


4.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述反射光栅为布拉格反射光栅。


5.根据权利要求3所述的光栅耦合器，其特征在于，所述耦合光栅的光栅周期为400纳米-1000纳米。


6.根据权利要求4所述的光栅耦合器，其特征在于，所述反射光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯昌韬，马丁昽，
申请(专利权)人：深圳市速腾聚创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44