[发明专利]一种采用月牙型截面辐射块阵列的光栅天线

说明书

本发明公开了一种采用月牙型截面辐射块阵列的光栅天线，属于半导体激光技术领域，解决了现有技术中远场光束散射角宽、向上辐射效率低、需增加阵列密度才具有小光束发散角，大视场，毫米级性能的问题，包括由下往上设置的硅基底、介质埋氧层、器件层以及上包层，器件层包括条形波导，条形波导两侧对称设有月牙型截面辐射块阵列。本发明通过设置月牙型截面辐射块阵列，使光栅天线两侧具有较少的横向电场分布和较低的损耗，有助于提高传统天线设计的长度，得到更窄散射角的远场光束，有效抑制光栅的侧向和底部辐射，使向上辐射效率得到提高，实现了在不增加阵列密度的条件下，具有轻微波束发散角，大视场，高辐射效率的毫米级性能。

技术领域

本发明属于半导体激光技术领域，具体地说，尤其涉及一种采用月牙型截面辐射块阵列的光栅天线。

背景技术

全固态激光雷达OPA可以大幅减小系统体积、重量、功耗和成本，是激光雷达发展的必然趋势，基于硅基光电子技术的光学相控阵促进了集成化固态激光雷达的发展，硅基光电子技术具备的高集成度、与CMOS工艺兼容、光电单片集成等特性可以为大规模、低成本量化生产硅基激光雷达芯片提供广阔的前景。但是，由于互补金属氧化物半导体CMOS工艺的兼容性以及硅和二氧化硅包层材料之间的高折射率对比度，导致光束发散角和视场扫描之间需要进行权衡，Si和SiO₂之间的高折射率对比度使得在不增加阵列密度的情况下，不可能实现具有轻微波束发散角，大视场和高辐射效率的毫米级硅基光栅天线。

波导光栅天线的长度决定了光束发散角的大小，因此，在这方面已经进行了许多尝试，例如浅蚀刻光栅、波纹侧壁光栅、双层光栅和低折射率对比光栅。其中，波纹侧壁光栅光学相控阵，侧壁波纹引起的横向输出能力直接影响天线阵列之间的串扰问题，从而恶化远场，底部传出的光学损耗也在逐渐增加。虽然双层（多层）光栅设计允许小光束发散角，大视场和毫米级性能，但它们的工艺制造难度随着层数的增加而增加。

综上所述，如何在不增加阵列密度的条件下同时实现具有小光束发散角，大视场和毫米级性能的优良光栅天线是目前需要解决的难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种远场光束散射角更窄、向上辐射效率更高、不增加阵列密度条件下具有小光束发散角，大视场，毫米级性能的采用月牙型截面辐射块阵列的光栅天线。

为了实现上述技术目的，本发明采用月牙型截面辐射块阵列的光栅天线采用的技术方案为：

一种采用月牙型截面辐射块阵列的光栅天线，包括由下往上设置的硅基底、介质埋氧层、器件层以及上包层，所述器件层包括设置于中部的条形波导，所述条形波导两侧对称设有月牙型截面辐射块阵列，所述月牙型截面辐射块阵列包括多个等间距平行设置的月牙型截面辐射块，所述月牙型截面辐射块阵列用于抑制光栅天线的侧向辐射以及底部辐射，提升向上辐射效率。

优选的，所述月牙型截面辐射块的弧面曲率为Y=AX²，A为弧面曲率因子，范围为0.1～0.7。

优选的，所述月牙型截面辐射块阵列周期P为760～840nm。

优选的，所述月牙型截面辐射块阵列的占空比DC为0.4～0.6。

优选的，所述条形波导的宽度W1为320～390nm。

优选的，所述月牙型截面辐射块的宽度W2为270～330nm。

优选的，所述条形波导与月牙型截面辐射块阵列的距离d为170～230nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过在条形波导两侧设置月牙型截面辐射块阵列，使光栅天线两侧具有较少的横向电场分布和较低的损耗，有助于提高传统天线设计的长度，从而得到更窄散射角的远场光束；