一种基于二维光栅阵列的紧凑型InP基光学相控阵的制作方法

本发明属于光学相控阵，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。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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 siliconphotonic 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

1、有鉴于此，本发明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。

2、本发明采用的技术方案为：

3、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。

4、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。

5、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。

6、本发明的有益效果在于：

7、1、本发明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。

8、2、本发明利用紧凑型微腔，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。

9、3、本发明具有集成度高、结构紧凑的特点，易于规模化扩展。

技术特征：

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起构成二维微腔阵列。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维光栅阵列的紧凑型inp基光学相控阵，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的一种基于二维光栅阵列的紧凑型inp基光学相控阵，其特征在于，所述移相正电极和移相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。

技术总结
本发明公开了一种基于二维光栅阵列的紧凑型InP基光学相控阵，属于光学相控阵技术领域。该光学相控阵包括光源、InP基片和分束器，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；分束器将光源输出的光束连接到每个正方形微腔处；正方形微腔上设有移相正电极、移相负电极和光栅天线。本发明具有结构紧凑、易于规模扩展、可大角度扫描等诸多优点。

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
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15