[发明专利]一种硅基光学天线及制备方法

说明书

本发明实施例提供一种硅基光学天线及制备方法。硅基光学天线包括SOI衬底，所述SOI衬底至少包括衬底硅层、埋氧化层和顶部硅层，其中所述埋氧化层位于所述衬底硅层和所述顶部硅层中间，将所述SOI衬底的顶部硅层通过刻蚀形成一列水平排列的波导，其中所述波导的间距呈高斯分布，每个波导上刻有光栅。本发明实施例提供的光学天线中波导阵列用高斯分布的方式进行排列，从而使光波在通过组成的二维衍射光栅时能够获取小的远场发散角、高的栅瓣抑制效果、高的横向和纵向雷达扫描分辨率。

技术领域

本发明实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种硅基光学天线及制备方法。

背景技术

相控阵激光雷达的概念早已被提出，各种不同的设计方案也在不断开展，其基本模块也均已成熟，如光源、分束、调相等，但是其如何将各波导调相后的光高效地导出光子集成回路仍是个巨大的挑战。这是由于波导的折射率比空气大很多，当光从波导耦合到自由空间中十分困难，以至于光学天线的发射效率极低，严重影响其利用率。另外，从各波导耦合到自由空间中的光干涉后形成的栅瓣会严重影响天线的性能，其扫描范围也会因此而大打折扣。

目前，国际上面向相控阵激光雷达的光学天线主要分为以下两种，一、金属偶极子型光学天线；二、非金属光学天线，以光栅型光学天线为主。金属偶极子型光学天线的工作原理是光激发金属表面等离激元共振，形成近场光学增强。但是该结构的天线在实际应用上有很多限制条件，因为该近场光学增强效应对金属的尺寸、光的波长及极化方式十分敏感，且向外辐射能力有限，其应用基本上局限于近场，除此之外，金属纳米颗粒型光学天线的衬底一般与标准CMOS工艺衬底相差较大，不利于大规模集成。随着集成光学的发展，耦合光栅型光学天线由于其工艺简单、与CMOS工艺兼容等优点，成为光子集成最有效的耦合方法。但已报道的该类型光学天线，其性能也存在很多问题，例如，各波导上从光栅向外耦合的光发散严重，辐射效率极低，并且干涉后栅瓣能量较大，没有得到很好的抑制，这对于激光雷达的扫描功能是极其不利的。

发明内容

本发明实施例提供一种硅基光学天线，用以解决现有技术中光栅型光学天线光发散严重，辐射效率极低，并且干涉后栅瓣能量较大，没有得到很好的抑制的问题。

一方面，本发明提供了一种硅基光学天线，包括：

SOI衬底，所述SOI衬底至少包括衬底硅层、埋氧化层和顶部硅层，其中所述埋氧化层位于所述衬底硅层和所述顶部硅层中间，将所述SOI衬底的顶部硅层通过刻蚀形成一列水平排列的波导，其中所述波导的间距呈高斯分布，每个波导上刻有光栅。

另一方面，本发明实施例提供了一种制备所述光学天线的方法，包括：

获取第一SOI衬底，所述第一SOI衬底至少包括衬底硅层、埋氧化层和顶部硅层；

在所述顶部硅层刻蚀形成一列水平排列的波导，其中所述波导的间距呈高斯分布，从而得到第二SOI衬底；

在所述波导上根据光栅周期刻蚀光栅，其中所述光栅周期根据所述光学天线所处理的光波波段获取，从而得到第三SOI衬底。

本发明实施例提供的硅基光学天线及制备方法，通过对光学天线中波导阵列用高斯分布的方式进行排列，从而使光波在通过组成的二维衍射光栅时能够获取小的远场发散角、高的栅瓣抑制效果、高的横向和纵向雷达扫描分辨率。

附图说明

图1为本发明实施例的硅基光学天线结构示意图；

图2为本发明实施例的硅基光学天线制备方法流程示意图；

图3为本发明实施例的第一SOI衬底结构示意图；

图4为本发明实施例的第二SOI衬底结构示意图；

图5为本发明实施例的第三SOI衬底结构示意图。

具体实施方式