[发明专利]基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵及制备方法

权利要求书

1.一种基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵，其特征在于，所述光学相控阵包括：

硅基底；

氧化硅层，位于所述硅基底上；

硅基光波导层，位于所述氧化硅层上，所述硅基光波导层包括耦合分束器及光栅天线，所述耦合分束器及光栅天线之间具有间隙带；

氧化硅包层，填充于所述硅基光波导层周围及所述间隙带；

铌酸锂移相器，包括位于所述间隙带上的铌酸锂薄膜、位于所述铌酸锂薄膜上且连接所述耦合分束器及光栅天线的铌酸锂光波导、以及位于所述铌酸锂光波导两侧的铌酸锂薄膜上的调制电极。

2.根据权利要求1所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵，其特征在于：还连接有光环行器及激光器，所述光环行器的输出端连接于所述耦合分束器的输入端，所述激光器的输出端连接于所述光环行器的输入端。

3.根据权利要求1所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵，其特征在于：所述耦合分束器包括依次串接的多级50:50的分束单元，所述耦合分束器包括一个输入端以及多个输出端，且每个所述输出端所输出的光强相等。

4.根据权利要求1所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵，其特征在于：所述铌酸锂光波导跨接于所述耦合分束器及光栅天线上方，且与所述耦合分束器及光栅天线具有交叠。

5.根据权利要求1所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵，其特征在于：所述硅基光波导层的材料包括硅及氮化硅中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵，其特征在于：所述铌酸锂光波导为脊型波导。

7.根据权利要求1所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵，其特征在于：所述调制电极包括地电极以及控制电极，所述地电极接地，所述控制电极用于输入控制信号，通过将控制信号经由所述控制电极加载到所述铌酸锂光波导的两侧，以改变光波传输区域的折射率，从而改变光波在传输过程中的相位。

8.一种如权利要求1～8任意一项所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1)提供SOI衬底，所述SOI衬底包括硅基底、氧化硅层及硅基层；

2)刻蚀所述顶硅层以形成硅基光波导层，所述硅基光波导层包括耦合分束器及光栅天线，所述耦合分束器及光栅天线之间具有间隙带；

3)填充氧化硅包层于所述硅基光波导层周围及所述间隙带；

4)键合铌酸锂层于所述硅基光波导层及所述氧化硅包层上，并刻蚀以形成位于所述间隙带上的铌酸锂薄膜以及连接所述耦合分束器及光栅天线的铌酸锂光波导；

5)制备调制电极于所述铌酸锂光波导两侧的铌酸锂薄膜上，以形成铌酸锂移相器。

9.一种如权利要求1～8任意一项所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵的应用方法，其特征在于，包括：

1)激光器将窄线宽的激光注入到所述耦合分束器的输入端，并通过所述耦合分束器分成多个通道的光波；

2)每个通道内的光波进入所述铌酸锂移相器进行相位调制，使每个通道的光波之间具有预定的相位偏移；

3)每个通道具有预定相位差的光波进入光栅天线并通过所述光栅天线发射到空间中预定角度。

10.根据权利要求11所述的基于铌酸锂薄膜材料移相控制的光学相控阵的应用方法，其特征在于：步骤2)中，光波进入所述铌酸锂移相器后，基于铌酸锂的电光效应，通过对所述调制电极施加控制信号，以改变通道中的铌酸锂的折射率，从而对所述相应通道内的光波进行相位调制。