一种光栅天线制造技术

本发明专利技术公开了一种光栅天线，包括：波导；槽结构，向内设于所述波导的表面上，并沿光的传输方向周期设置；光栅结构，向外设于所述波导的两侧上，并沿光的传输方向对称周期设置；所述槽结构的周期尺寸与所述光栅结构的周期尺寸一致，且所述槽结构与所述光栅结构在光的传输方向上具有一定的相对位移偏量，所述槽结构产生的辐射光场的强度与所述光栅结构产生的辐射光场的强度相当

【技术实现步骤摘要】
一种光栅天线


[0001]本专利技术涉及光子集成电路工艺
，尤其涉及一种高效率单向辐射光栅天线
。

技术介绍

[0002]光栅天线是实现光子集成电路波导中导波场与自由空间辐射场以及光纤模场间耦合的重要基本单元，其通常是通过波导上表面或者侧壁的周期性调制构成
。
然而，在传统的绝缘体上硅（
SOI
）结构中，由于缺少地板，从波导中周期性泄露的光场将同时向自由空间侧以及基底侧辐射，导致自由空间侧的辐射效率较低
。
在未采取任何特殊设计的波导光栅天线中，自由空间侧的辐射效率典型值小于
50%。
因此，在基于成熟的
SOI
平台以及加工条件下，如何设计光栅天线以实现自由空间侧高辐射效率（即单向辐射）是当前需要解决的技术问题
。
[0003]一般可以通过设计波导结构浅刻蚀光栅来改善辐射效率，但是作用比较有限
。
现有方案的高效率光栅天线主要是采用多层光栅结构，并且需要根据要求对每一层的波导结构进行设计
。
其中，对于采用浅刻蚀光栅的方案，其自身缺陷为：辐射效率提升有限，并且由于基底分界面反射波的干涉效应，天线效率将随波长震荡
。
对于采用多层光栅结构的方案，其带来的缺陷为：需要定制晶圆结构，导致工艺较复杂，且存在多层结构间的对齐问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种光栅天线
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种光栅天线，包括：波导；槽结构，向内设于所述波导的表面上，并沿光的传输方向周期设置；光栅结构，向外设于所述波导的两侧上，并沿光的传输方向对称周期设置；所述槽结构的周期尺寸与所述光栅结构的周期尺寸一致，且所述槽结构与所述光栅结构在光的传输方向上具有一定的相对位移偏量，所述槽结构产生的辐射光场的强度与所述光栅结构产生的辐射光场的强度相当
。
[0006]进一步地，所述槽结构相对于所述光栅结构在面向光的传输方向上具有超前的一定位移偏量
。
[0007]进一步地，所述槽结构的中心相对于所述光栅结构的中心在面向光的传输方向上具有超前的一定位移偏量
。
[0008]进一步地，所述波导包括条形波导；和
/
或，所述槽结构的形状包括长方形
、
正方形
、
圆形或椭圆形；和
/
或，所述光栅结构的形状包括长方形
、
正方形
、
圆形或椭圆形
。
[0009]进一步地，所述槽结构在所述波导中的深度小于或等于所述波导在同方向上的高度；和
/
或，所述光栅结构的高度小于或等于所述波导在同方向上的高度，且所述光栅结构
的底面与所述波导的底面平齐
。
[0010]进一步地，所述光栅天线包裹于介质包层中，所述包层设于衬底的表面上
。
[0011]进一步地，所述光栅天线材料包括硅
、
氮化硅
、
氮氧化硅
、
铌酸锂
、
磷化铟
、
氧化铝或聚合物；和
/
或，所述光栅天线材料的折射率高于所述包层材料的折射率
。
[0012]进一步地，所述光栅天线设于
SOI
衬底上，所述
SOI
衬底依次设有衬底硅层
、
埋氧层和顶层硅层，所述光栅天线通过所述顶层硅层形成，所述埋氧层形成所述光栅天线的下包层，所述埋氧层的表面上设有上包层，所述上包层将所述光栅天线覆盖，并与作为所述下包层的所述埋氧层共同形成包裹所述光栅天线的包层
。
[0013]进一步地，通过控制所述槽结构和所述光栅结构在所述波导表面所在平面上的投影尺寸，使得所述槽结构产生的辐射光场的强度与所述光栅结构产生的辐射光场的强度相当
。
[0014]进一步地，所述波导的宽度为
0.4
μ
m
，高度为
0.22
μ
m
；所述槽结构的长度为
0.13
μ
m
，宽度为
0.13
μ
m
，深度为
70nm
；每侧的所述光栅结构的长度为
0.375
μ
m
，宽度为
0.2
μ
m
，高度为
70nm
；所述槽结构的周期尺寸和所述光栅结构的周期尺寸为
750nm
，且两者间的相对位移偏量为
200nm
；所述光栅天线的长度为
20
μ
m。
[0015]由上述技术方案可以看出，本专利技术通过在波导的表面上沿光的传输方向设置周期性的槽结构，并在波导的两侧上沿光的传输方向对称设置周期性的光栅结构，同时使槽结构的周期尺寸与光栅结构的周期尺寸一致，且使槽结构与光栅结构在光的传输方向上具有一定的相对位移偏量，以及使所述槽结构产生的辐射光场的强度与所述光栅结构产生的辐射光场的强度相当，因而能够使得基底侧的辐射光场干涉相消，而在上半空间的辐射光场干涉相长，从而实现了光栅天线自由空间高效率（大于
95%
）的单向辐射特性
。
并且，由于几乎不存在泄露到基底的光场，因此光栅天线的辐射效率随波长在目标波长域内（
1500
‑
1600nm
）不会产生振荡
。
而且，光栅天线可采用常规
SOI
结构以及标准的流片工艺来制作，不需要多层结构来实现相类似的功能，从而简化了工艺
。
因此，本专利技术有效解决了现有技术存在的传统光栅天线自由空间侧辐射效率低，光栅天线效率随波长振荡，光栅天线存在多层结构
、
工艺复杂的问题
。
附图说明
[0016]图1为本专利技术一较佳实施例的一种光栅天线的平面结构示意图
。
[0017]图2为本专利技术一较佳实施例的一种光栅天线的横截面结构示意图
。
[0018]图3为本专利技术一较佳实施例的一种光栅天线工作时的电场分布示意图；图中横坐标和纵坐标分别对应空间直角坐标系的
x
轴和
z
轴，坐标单位为（
m
）（
×
10^
‑6）
。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光栅天线，其特征在于，包括：波导；槽结构，向内设于所述波导的表面上，并沿光的传输方向周期设置；光栅结构，向外设于所述波导的两侧上，并沿光的传输方向对称周期设置；所述槽结构的周期尺寸与所述光栅结构的周期尺寸一致，且所述槽结构与所述光栅结构在光的传输方向上具有一定的相对位移偏量，所述槽结构产生的辐射光场的强度与所述光栅结构产生的辐射光场的强度相当
。2.
根据权利要求1所述的光栅天线，其特征在于，所述槽结构相对于所述光栅结构在面向光的传输方向上具有超前的一定位移偏量
。3.
根据权利要求1所述的光栅天线，其特征在于，所述槽结构的中心相对于所述光栅结构的中心在面向光的传输方向上具有超前的一定位移偏量
。4.
根据权利要求1所述的光栅天线，其特征在于，所述波导包括条形波导；和
/
或，所述槽结构的形状包括长方形
、
正方形
、
圆形或椭圆形；和
/
或，所述光栅结构的形状包括长方形
、
正方形
、
圆形或椭圆形
。5.
根据权利要求1所述的光栅天线，其特征在于，所述槽结构在所述波导中的深度小于或等于所述波导在同方向上的高度；和
/
或，所述光栅结构的高度小于或等于所述波导在同方向上的高度，且所述光栅结构的底面与所述波导的底面平齐
。6.
根据权利要求1所述的光栅天线，其特征在于，所述光栅天线包裹于介质包层中，所述包层设于衬底的表面上
。7.
根据权利要求6所述的光栅天线，其特征在于，所述光栅天线材料包括硅
、
氮化硅
、
氮氧化硅
、
铌酸锂
、

【专利技术属性】
技术研发人员：周广柱，王书新，
申请(专利权)人：赛丽科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：