[发明专利]一种快速二维扫描光波导相控阵列结构

说明书

本发明公开了一种快速二维扫描光波导相控阵列结构，包括衬底层，衬底层为n型掺杂的GaAs材料；缓冲层，设置于衬底层上，缓冲层为p型掺杂的Al_0.3Ga_0.68As材料；微结构层，设置于缓冲层上，微结构层为n型掺杂的GaAs材料，微结构层包括耦合元件、级联式功分器单元、移相器件单元和发射天线单元，耦合元件、级联式功分器单元、移相器件单元和发射天线单元通过波导结构依次相互连接。本发明的衬底层和微结构层均采用GaAs材料，缓冲层采用Al_0.3Ga_0.68As材料，同时微结构层包括依次连接的耦合元件、级联式功分器单元、移相器件单元和发射天线单元，这种光波导相控阵列结构显著提高了二维光波导相控阵的扫描速度。

技术领域

本发明属于微纳光学器件技术领域，具体涉及一种快速二维扫描光波导相控阵列结构。

背景技术

近年来，脱胎于微波相控阵技术的光学相控阵技术(OPA，Optical Phased Array)逐渐成为国际上研究光束扫描的热点。光学相控阵技术，利用工作材料的电光、热光、声光等特性，实现光束指向的电控非机械控制，且可通过模块复用，实现大功率、多波束扩展。

OPA在激光雷达、激光制导、激光显示等军用及民用领域具有广阔的应用前景。迄今为止，国内外研究者对OPA技术进行了多方面的研究，二维扫描的光波导相控阵列也得到了快速发展。

目前，大多二维光学相控阵的制作都采用Si材料，利用其热光效应通过外部电路的控制实现光束扫描，但是由于热光响应时间的限制，硅材料的光学相控阵的扫描速度很难超过200KHz，难以满足快速扫描的应用需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种快速二维扫描光波导相控阵列结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种快速二维扫描光波导相控阵列结构，包括：

衬底层，所述衬底层为n型掺杂的GaAs材料；

缓冲层，设置于所述衬底层上，所述缓冲层为p型掺杂的Al_0.3Ga_0.68As材料；

微结构层，设置于所述缓冲层上，所述微结构层为n型掺杂的GaAs材料，其中，所述微结构层包括耦合元件、级联式功分器单元、移相器件单元和发射天线单元，所述耦合元件、所述级联式功分器单元、所述移相器件单元和所述发射天线单元通过波导结构依次相互连接，且所述移相器件单元包括若干移相器件，所述发射天线单元包括若干发射天线，所述级联式功分器单元分别连接所述移相器件，且每个所述移相器件分别连接一个所述发射天线。

在本发明的一个实施例中，所述耦合元件包括第一入射波导缓冲结构、第一出射波导缓冲结构以及设置于所述第一入射波导缓冲结构和第一出射波导缓冲结构之间的第一周期波导光栅结构，其中，所述第一周期波导光栅结构包括周期性排列的凹槽，且所述第一入射波导缓冲结构的设定宽度至所述第一出射波导缓冲结构的设定宽度逐渐减小。

在本发明的一个实施例中，所述耦合元件的形状为扇形形状。

在本发明的一个实施例中，所述级联式功分器单元包括若干功分器，每个所述功分器包括入射波导、多模波导和两个出射波导，且所述入射波导和所述多模波导之间通过第一taper结构相连，且所述多模波导和所述两个出射波导之间分别通过一个第二taper结构相连。

在本发明的一个实施例中，所述移相器件包括铝层，所述铝层设置于所述级联式功分器单元和所述发射天线单元之间所述波导结构需加电的位置上。