一种基于二维光栅阵列的紧凑型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于二维光栅阵列的紧凑型

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维光栅阵列的紧凑型InP基光学相控阵


[0001]本专利技术属于光学相控阵
，特别是指一种基于二维光栅阵列的紧凑型
InP
基光学相控阵
。

技术介绍

[0002]光学相控阵
(Optical phased array,OPA)
可以实现全固态的大范围
、
高精度的光束扫描，可以被广泛应用于激光雷达
、
空间激光通信等领域中
。
光学相控阵式的激光雷达相较于传统的机械旋转式激光雷达，具有体积小
、
功耗低
、
响应速度快等优点
。
[0003]其中，基于光波导的光学相控阵是基于不同材料光波导的光学相控阵的相位调制原理通过外加电场控制，导致波导中折射率发生改变，进而导致光的相位发生改变，产生光束偏转的现象
。
光波导相控阵具有高集成性
、
扫描快
(
纳秒量级
)、
低功耗，可有效避免基于电光晶体的光学相控阵光束扫描范围小
、
调制电压高等缺点以及基于液晶材料的光学相控阵扫描速度慢的不足
。
常见的集成光学相控阵有一维光栅和二维光栅两大类，其中后者可以实现较为圆形的光束扫描范围
。
[0004]J.Sun
等人在
2014
年制作并表征了二维发射阵列方案的硅基光学相控阵，研制了8×8的发射阵列光学相控阵，实现了最大
12
>°
的光束扫描范围
(J.Sun,E.S.Hosseini,A.Yaacobi,D.B.Cole,G.Leake,D.Coolbaugh,et al.Two dimensional apodized silicon photonic phased arrays.Optics Letters,2014,39(2):367
‑
370)。
然后受限于发射单元之间间距难以缩小，因此扫描角度受限
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种基于二维光栅阵列的紧凑型
InP
基光学相控阵，可有效克服现有光学相控阵规模受限
、
扫描角度受限等问题
。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于二维光栅阵列的紧凑型
InP
基光学相控阵，包括光源和
InP
基片；此外，还包括分束器，所述
InP
基片上分布有以矩形阵列形式排布的正方形微腔，相邻两正方形微腔的直角彼此正对，且正对的两直角之间通过直波导连接；所述分束器将光源输出的光束连接到每个正方形微腔处；所述正方形微腔上设有移相器正电极
、
移相器负电极和光栅天线；每个正方形微腔构成一个光学相控阵的阵元，正方形微腔通过直波导连接在一起构成二维微腔阵列
。
[0008]进一步地，所述光栅天线为在正方形微腔直边上方刻蚀出的二阶光栅或者高阶光栅
。
[0009]进一步地，所述移相器正电极和移相器负电极用于改变正方形微腔的有效折射率，使得光栅天线的出射光整体的等相位面发生变化，实现波束向特定的方向偏转
。
[0010]本专利技术的有益效果在于：
[0011]1、
本专利技术通过设计紧凑型正方形微腔，在微腔上面集成设计光学天线和移相器，
实现紧凑型二维光栅阵列的光学相控阵
。
[0012]2、
本专利技术利用紧凑型微腔，通过在微腔中心非模式工作区域进行调相电极制作，实现各个单元的相位控制，天线单元之间间距可以小到几微米
。
[0013]3、
本专利技术具有集成度高
、
结构紧凑的特点，易于规模化扩展
。
附图说明
[0014]图1是本专利技术提出的一种基于二维光栅阵列的紧凑型
InP
基光学相控阵的结构示意图
。
[0015]图2是紧凑型光学相控阵的发射天线阵列的结构示意图
。
具体实施方式
[0016]下面结合附图，通过实施例对本专利技术做进一步的说明
。
[0017]一种基于二维光栅阵列的紧凑型
InP
基光学相控阵，包括光源
、
分束器
(
通常是星型耦合器或多模干涉耦合器
)、
移相器
(
热光移相器或电光移相器
)、
发射天线
(
通常为光栅或端面耦合器
)。
光源产生的激光被分束器分束到不同的波导中，波导上的发射天线将光发射到自由空间中，波导上的移相器可形成相位调谐区，控制相应发射天线出射光的相位，使得出射光整体的等相位面发生变化，从而将所有发射天线发出的波束转向特定的方向
。
[0018]该紧凑型光学相控阵利用光源输出的光耦合进分束器进行分束形成若干根波导，在波导之间分布发射天线，发射天线内部集成移相器
。
[0019]该紧凑型光学相控阵依赖紧凑型正方形微腔及直接级联直波导实现紧凑型分布，其中，单个阵元的相位调谐区和发射天线均集中在正方形微腔上，各个阵元之间通过直波导连接正方形微腔的直角处
。
由于正方形微腔四角连接波导后，正方形中心将只有及其弱的光模场存在，因此可以将移相器电极集成在正方形微腔中心处，不会带来额外的吸收损耗
。
[0020]该紧凑型光学相控阵通过在正方形微腔直边上方刻蚀高阶光栅实现阵元的不同角度输出
。
[0021]其中，分束器可以是星型耦合器也可以是多模干涉耦合器
。
[0022]移相器电极可以通过硅基掺杂构建
p
‑
n
结形成，也可以通过铟磷衬底的顶层和底层不同掺杂形成垂直结构的
p
‑
n
电极
。
[0023]移相器调谐方式可以为热光调谐也可以是电光调谐方式
。
[0024]发射天线可以通过在正方形微腔直边上方刻蚀二阶光栅或者高阶光栅实现，完成单阵元的面发射输出
。
[0025]该紧凑型光学相控阵的二维光栅阵列是利用高阶光栅衍射效应，通过移相器改变微腔有效折射率，使得光学天线出射光整体的等相位面发生变化，实现波束向特定的方向偏转，从而实现不同角度的面发射输出
。
[0026]下面为一个更具体的例子：
[0027]一种基于二维光栅阵列的紧凑型
InP
基光学相控阵，如图1和图2所示，包含四个部分，分别为光源
1、
分束器
2、
正方形微腔3上面集成的发射天线5以及移相器的正负电极6和7，其中移相器的正负电极
6、7
和发射天5均集成于正方形微腔3上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于二维光栅阵列的紧凑型
InP
基光学相控阵，包括光源和
InP
基片；其特征在于，还包括分束器，所述
InP
基片上分布有以矩形阵列形式排布的正方形微腔，相邻两正方形微腔的直角彼此正对，且正对的两直角之间通过直波导连接；所述分束器将光源输出的光束连接到每个正方形微腔处；所述正方形微腔上设有移相正电极
、
移相负电极和光栅天线；每个正方形微腔构成一个光学相控阵的阵元，正方形微腔通过直波导连接在一...

【专利技术属性】
技术研发人员：马向，李少波，丁跃迪，于文琦，齐合飞，杨瑾，何剑涛，刘博缘，杨万里，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：