[发明专利]一种光学相控阵及其制备方法

说明书

本申请实施例公开了一种光学相控阵及其制备方法，所述光学相控阵包括：衬底层、偏振分束器、至少两个功率分束器以及多个无源相差产生结构；其中，所述偏振分束器与至少两个功率分束器连接，每个功率分束器分别与多个无源相差产生结构连接，且所述偏振分束器、功率分束器以及无源相差产生结构均刻蚀于衬底层上。本申请实施例通过偏振分束器、至少两个功率分束器以及多个无源相差产生结构构建结构紧凑的光学相控阵，具有小尺寸、低功耗、大角度、高精度等优点。

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种光学相控阵及其制备方法。

背景技术

雷达作为感知人类视觉范围以外环境信息的主要途径，在军事和民用领域都扮演着极为重要的角色。传统的微波、毫米波雷达等历经长期发展，技术相对成熟并已得到广泛应用。随着环境信息的种类和数量与日俱增，新的感知需求不断涌现，人们对雷达分辨能力的要求日益提高，工作在更高频率的激光雷达成为当前学术界和工业界的研究热点。

目前固态激光雷达技术包括微机电MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)、闪光Flash和光学相控阵OPA (Optical Phased Array)等。MEMS是通过将机械微型化为微振镜的方式减小激光雷达的尺寸，但具有孔径小、扫描角度受限于振镜尺寸与偏转范围等缺点；Flash技术已有商用，但是视场角受限，扫描速度较低、探测距离小。相比之下，OPA具有尺寸小、扫描精度高、方向可控性好、扫描速度快等显著优点，顺应了激光雷达固态化、小型化、低成本化的发展趋势，但目前集成光波导型OPA通常采用热光相位调制方法实现水平方向光束扫描，芯片结构复杂、工艺繁琐、功耗很高。

发明内容

由于现有方法存在上述问题，本申请实施例提供一种光学相控阵及其制备方法。

具体的，本申请实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种光学相控阵，包括：衬底层、偏振分束器、至少两个功率分束器以及多个无源相差产生结构；

其中，所述偏振分束器与至少两个功率分束器连接，每个功率分束器分别与多个无源相差产生结构连接，且所述偏振分束器、功率分束器以及无源相差产生结构均刻蚀于衬底层上。

可选的，所述衬底层由二氧化硅SiO₂绝缘层和附着于绝缘层之上的一层硅层Si构成；

其中，所述绝缘层厚度为2～3.5μm，尺寸小于50×50μm2，硅层厚度为150～290nm。

可选的，所述偏振分束器和功率分束器均刻蚀于所述衬底层的硅层之上，且所述偏振分束器的尺寸为2μm×2μm，厚度为150～290nm，所述功率分束器的尺寸为3μm×3μm，厚度为150～290nm。

可选的，所述无源相差产生结构刻蚀于所述衬底层的硅层之上，且每个厚度为150～290nm，尺寸为2.5μm×2.5μm。

可选的，还包括：多个随机光栅；所述多个随机光栅刻蚀于衬底层上，且一个无源相差产生结构连接多个串连连接的随机光栅，所述随机光栅的周期为0.670～1.000μm。

可选的，相邻两个随机光栅的间距为1.30～3.0μm。

第二方面，本申请实施例提供了一种光学相控阵的制备方法，包括：

制备衬底层；

在所述衬底层上方刻蚀一个偏振分束器、至少两个功率分束器以及多个无源相差产生结构；

其中，将偏振分束器与至少两个功率分束器连接，将每个功率分束器分别与多个无源相差产生结构连接。

可选的，包括：

在所述衬底层上方刻蚀多个随机光栅，并将一个无源相差产生结构连接多个串连连接的随机光栅。