[發明專利]一種硅基光學天線及制備方法

有效

• 申請號: 201710866269.1
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN109541743B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 王鵬飛;徐洋;李召松;李稚博;張冶金;于紅艷;潘教青;王慶飛;田林巖
• 申請（專利權）人: 北京萬集科技股份有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/136;G01S7/481
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;李相雨

本發明實施例提供一種硅基光學天線及制備方法。硅基光學天線包括SOI襯底，所述SOI襯底至少包括襯底硅層、埋氧化層和頂部硅層，其中所述埋氧化層位于所述襯底硅層和所述頂部硅層中間，將所述SOI襯底的頂部硅層通過刻蝕形成一列水平排列的波導，其中所述波導的間距呈高斯分布，每個波導上刻有光柵。本發明實施例提供的光學天線中波導陣列用高斯分布的方式進行排列，從而使光波在通過組成的二維衍射光柵時能夠獲取小的遠場發散角、高的柵瓣抑制效果、高的橫向和縱向雷達掃描分辨率。

技術領域

本發明實施例涉及天線技術領域，尤其涉及一種硅基光學天線及制備方法。

背景技術

相控陣激光雷達的概念早已被提出，各種不同的設計方案也在不斷開展，其基本模塊也均已成熟，如光源、分束、調相等，但是其如何將各波導調相后的光高效地導出光子集成回路仍是個巨大的挑戰。這是由于波導的折射率比空氣大很多，當光從波導耦合到自由空間中十分困難，以至于光學天線的發射效率極低，嚴重影響其利用率。另外，從各波導耦合到自由空間中的光干涉后形成的柵瓣會嚴重影響天線的性能，其掃描范圍也會因此而大打折扣。

目前，國際上面向相控陣激光雷達的光學天線主要分為以下兩種，一、金屬偶極子型光學天線；二、非金屬光學天線，以光柵型光學天線為主。金屬偶極子型光學天線的工作原理是光激發金屬表面等離激元共振，形成近場光學增強。但是該結構的天線在實際應用上有很多限制條件，因為該近場光學增強效應對金屬的尺寸、光的波長及極化方式十分敏感，且向外輻射能力有限，其應用基本上局限于近場，除此之外，金屬納米顆粒型光學天線的襯底一般與標準CMOS工藝襯底相差較大，不利于大規模集成。隨著集成光學的發展，耦合光柵型光學天線由于其工藝簡單、與CMOS工藝兼容等優點，成為光子集成最有效的耦合方法。但已報道的該類型光學天線，其性能也存在很多問題，例如，各波導上從光柵向外耦合的光發散嚴重，輻射效率極低，并且干涉后柵瓣能量較大，沒有得到很好的抑制，這對于激光雷達的掃描功能是極其不利的。

發明內容

本發明實施例提供一種硅基光學天線，用以解決現有技術中光柵型光學天線光發散嚴重，輻射效率極低，并且干涉后柵瓣能量較大，沒有得到很好的抑制的問題。

一方面，本發明提供了一種硅基光學天線，包括：

SOI襯底，所述SOI襯底至少包括襯底硅層、埋氧化層和頂部硅層，其中所述埋氧化層位于所述襯底硅層和所述頂部硅層中間，將所述SOI襯底的頂部硅層通過刻蝕形成一列水平排列的波導，其中所述波導的間距呈高斯分布，每個波導上刻有光柵。

另一方面，本發明實施例提供了一種制備所述光學天線的方法，包括：

獲取第一SOI襯底，所述第一SOI襯底至少包括襯底硅層、埋氧化層和頂部硅層；

在所述頂部硅層刻蝕形成一列水平排列的波導，其中所述波導的間距呈高斯分布，從而得到第二SOI襯底；

在所述波導上根據光柵周期刻蝕光柵，其中所述光柵周期根據所述光學天線所處理的光波波段獲取，從而得到第三SOI襯底。

本發明實施例提供的硅基光學天線及制備方法，通過對光學天線中波導陣列用高斯分布的方式進行排列，從而使光波在通過組成的二維衍射光柵時能夠獲取小的遠場發散角、高的柵瓣抑制效果、高的橫向和縱向雷達掃描分辨率。

附圖說明

圖1為本發明實施例的硅基光學天線結構示意圖；

圖2為本發明實施例的硅基光學天線制備方法流程示意圖；

圖3為本發明實施例的第一SOI襯底結構示意圖；

圖4為本發明實施例的第二SOI襯底結構示意圖；

圖5為本發明實施例的第三SOI襯底結構示意圖。

具體實施方式