[發明專利]基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣及制備方法

在審

• 申請號: 202010413445.8
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN113671769A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 路侑錫;金里;劉其鑫;馮俊波;郭進;蔣平;楊米杰
• 申請（專利權）人: 聯合微電子中心有限責任公司
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G02F1/03;G02F1/035
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

1.一種基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣，其特征在于，所述光學相控陣包括：

硅基底；

氧化硅層，位于所述硅基底上；

硅基光波導層，位于所述氧化硅層上，所述硅基光波導層包括耦合分束器及光柵天線，所述耦合分束器及光柵天線之間具有間隙帶；

氧化硅包層，填充于所述硅基光波導層周圍及所述間隙帶；

鈮酸鋰移相器，包括位于所述間隙帶上的鈮酸鋰薄膜、位于所述鈮酸鋰薄膜上且連接所述耦合分束器及光柵天線的鈮酸鋰光波導、以及位于所述鈮酸鋰光波導兩側的鈮酸鋰薄膜上的調制電極。

2.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣，其特征在于：還連接有光環行器及激光器，所述光環行器的輸出端連接于所述耦合分束器的輸入端，所述激光器的輸出端連接于所述光環行器的輸入端。

3.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣，其特征在于：所述耦合分束器包括依次串接的多級50:50的分束單元，所述耦合分束器包括一個輸入端以及多個輸出端，且每個所述輸出端所輸出的光強相等。

4.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣，其特征在于：所述鈮酸鋰光波導跨接于所述耦合分束器及光柵天線上方，且與所述耦合分束器及光柵天線具有交疊。

5.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣，其特征在于：所述硅基光波導層的材料包括硅及氮化硅中的一種。

6.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣，其特征在于：所述鈮酸鋰光波導為脊型波導。

7.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣，其特征在于：所述調制電極包括地電極以及控制電極，所述地電極接地，所述控制電極用于輸入控制信號，通過將控制信號經由所述控制電極加載到所述鈮酸鋰光波導的兩側，以改變光波傳輸區域的折射率，從而改變光波在傳輸過程中的相位。

8.一種如權利要求1～8任意一項所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣的制備方法，其特征在于，包括步驟：

1)提供SOI襯底，所述SOI襯底包括硅基底、氧化硅層及硅基層；

2)刻蝕所述頂硅層以形成硅基光波導層，所述硅基光波導層包括耦合分束器及光柵天線，所述耦合分束器及光柵天線之間具有間隙帶；

3)填充氧化硅包層于所述硅基光波導層周圍及所述間隙帶；

4)鍵合鈮酸鋰層于所述硅基光波導層及所述氧化硅包層上，并刻蝕以形成位于所述間隙帶上的鈮酸鋰薄膜以及連接所述耦合分束器及光柵天線的鈮酸鋰光波導；

5)制備調制電極于所述鈮酸鋰光波導兩側的鈮酸鋰薄膜上，以形成鈮酸鋰移相器。

9.一種如權利要求1～8任意一項所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣的應用方法，其特征在于，包括：

1)激光器將窄線寬的激光注入到所述耦合分束器的輸入端，并通過所述耦合分束器分成多個通道的光波；

2)每個通道內的光波進入所述鈮酸鋰移相器進行相位調制，使每個通道的光波之間具有預定的相位偏移；

3)每個通道具有預定相位差的光波進入光柵天線并通過所述光柵天線發射到空間中預定角度。

10.根據權利要求11所述的基于鈮酸鋰薄膜材料移相控制的光學相控陣的應用方法，其特征在于：步驟2)中，光波進入所述鈮酸鋰移相器后，基于鈮酸鋰的電光效應，通過對所述調制電極施加控制信號，以改變通道中的鈮酸鋰的折射率，從而對所述相應通道內的光波進行相位調制。