[发明专利]光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置

说明书

本发明涉及一种光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置。该光栅耦合器包括硅基底；硅氧化物层，形成于所述硅基底上；及光栅层，形成于所述硅氧化物层上；其中，所述光栅层包括同层设置的光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别设置于所述光栅层的两端，所述耦合光栅设置于所述光波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅区用于接收所述激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。本申请的光栅耦合器可与CMOS工艺兼容，同时还拥有相对较高的稳定性和相对较小的体积。

技术领域

本发明涉及激光探测领域，特别是涉及一种光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置。

背景技术

激光雷达作为智能驾驶领域的一个重要传感装置，其扫描角度以及扫描稳定性等方面还需要得到提高。传统的激光雷达采用光学相控阵(OPA)来代替机械式的扫描以提高扫描的稳定性。在使用OPA进行发射时，需要把激光器光源发出的激光耦合进入到用来扫描发射的OPA芯片之中。而OPA芯片通常采用的工艺是CMOS(互补金属氧化物半导体)集成工艺，所使用的材料是硅以及硅的氧化物，而半导体激光器以及其他各类激光器都不能使用硅作为基底材料，并且激光器辐射的激光并不能直接进入OPA芯片中，需要通过耦合器将激光器发射出来的激光引入到OPA芯片中。传统的方法是使用透镜等光学设备来将激光耦合至OPA芯片中，但是透镜存在体积大难以集成，不适合芯片端的耦合的问题。而使用锥形光纤以及模场适配器的方式进行耦合又会带来系统稳定性的下降以及工艺复杂性的提升。

发明内容

基于此，有必要针对现有耦合器与CMOS工艺不兼容、体积大及稳定性差等问题，提供一种光栅耦合器及其制作方法、光学相控阵装置。

本申请提供一种光栅耦合器，用于对激光进行耦合，所述光栅耦合器包括：

硅基底；

硅氧化物层，形成于所述硅基底上；及

光栅层，形成于所述硅氧化物层上；其中，所述光栅层包括同层设置的光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别设置于所述光栅层的两端，所述耦合光栅设置于所述光波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅用于接收所述激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。

在其中一个实施例中，所述光栅耦合器还包括折射率匹配层，所述折射率匹配层形成于所述光栅层上，所述折射率匹配层用于减少所述激光在所述光栅层上的反射。

在其中一个实施例中，所述耦合光栅为全刻蚀光栅、浅刻蚀光栅、均匀光栅和二元闪耀光栅中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述反射光栅为布拉格反射光栅。

在其中一个实施例中，所述耦合光栅的光栅周期为400纳米-1000纳米。

在其中一个实施例中，所述反射光栅的光栅周期为50纳米-600纳米。

在其中一个实施例中，所述耦合光栅与所述反射光栅之间的间隔为50纳米-500纳米。

在其中一个实施例中，所述光栅层的厚度为170纳米-270纳米。

还提供一种光栅耦合器的制作方法，用于制造前述所述的光栅耦合器，所述方法包括：

提供一硅基底，并在所述硅基底上沉积形成硅氧化物层；

在所述硅氧化物层上形成光栅膜层，对所述光栅膜层进行刻蚀以形成光栅层；其中，所述光栅层包括光波导、耦合光栅及反射光栅，所述光波导、反射光栅分别形成于所述光栅层的两端，所述耦合光栅形成于所述波导和所述反射光栅之间；所述耦合光栅用于接收激光并将所述激光引导至所述光波导，所述反射光栅用于将未被所述耦合光栅引导至所述光波导的激光反射回所述耦合光栅。