[发明专利]基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片

权利要求书

1.一种基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，包括：氮化硅波导区域、悬空波导区域；所述氮化硅波导区域，由硅基衬底、二氧化硅缓冲层、二氧化硅包层、基于氮化硅波导的芯层组成；所述基于氮化硅波导的芯层包括光分束单元、第一弯曲波导、热光移相器、模斑变换器；所述悬空波导区域包括第二弯曲波导和阵列光栅天线；

所述光分束单元、第一弯曲波导、移相器和模斑变换器都位于所述二氧化硅包层内且位于所述二氧化硅缓冲层上；

波长为1550nm光束依次经过光分束单元、第一弯曲波导、热光移相器、模斑变换器、第二弯曲波导和阵列光栅天线。

2.根据权利要求1所述的基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，所述光分束单元包括多个基于氮化硅波导的分束器；所述分束器的工作波长是1550nm；所述光分束单元包括1个输入1x2分束器、2个1x2分束器和4个并联的输出1x2分束器；所述1个输入1X2分束器和4个并联的1X2输出分束器串联；所述1个输入1X2分束器和4个并联的1X2输出分束器设有1个输入端口和2个输出端口。

3.根据权利要求2所述的基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，所述分束器包括依次连接的输入段、多模干涉耦合段和输出段；所述输入段包括输入直波导段和与所述输入直波导段连接的输入锥形波导段；所述输入锥形波导段的大端连接所述多模干涉耦合段；所述输出段包括2个输出锥形波导段和与所述输出锥形波导段分别连接的输出直波导段；所述输出锥形波导段的大端与所述多模干涉耦合段连接。

4.根据权利要求3所述的基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，所述多模干涉耦合段的宽度10μm，长度为58.4μm；所述分束器的工作波长为中心波长1550nm处，所述分束器厚度为700nm，在制作容差范围内，俩端口输出功率均大于49.5％，输入锥形波导段长度为2.5μm，输入锥形波导段的大端的宽度为2.5μm，小端的宽度为2μm；所述输入直波导段和输出直波导段的宽度为2μm，长度均为10μm；输出直波导段之间的间隔为2.5μm；所述输出锥形波导段的大端宽度为2.5μm；输出锥形波导段的小端宽度为2μm；所述输出锥形波导段的长度为2.5μm。

5.根据权利要求1所述的基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，所述热光移相器为金属加热器；所述热光移相器置于所述光分束单元的输出通道上。

6.根据权利要求1所述的基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，所述阵列光栅天线为5个平行氮化硅直波导，宽度依次是0.6μm、0.8μm、1.0μm、0.6μm和0.8μm，相邻直波导间距均为1.2μm，直波导长度均为100μm，厚度均为0.7μm；所述氮化硅直波导悬空立于二氧化硅缓冲层上，氮化硅波导四周为空气介质，底部有一个二氧化硅支柱；所述二氧化硅支柱厚度为0.2μm，宽度依此为0.6μm、0.8μm、1.0μm、0.6μm和0.8μm，相邻间距为1.2μm。

7.根据权利要求1基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，所述二氧化硅包层的厚度为2μm，二氧化硅缓冲层的厚度为2μm。

8.根据权利要求1基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片，其特征在于，所述芯片在光束偏转方面可实现左右±45°的角度。