[实用新型]一种波导阵列及集成光学相控阵芯片

说明书

本实用新型公开了一种波导阵列及集成光学相控阵芯片，该波导阵列包括：波导包层、多个波导芯层以及多个低折射率结构，低折射率结构的折射率低于波导包层的折射率；相邻的波导芯层之间设置低折射率结构；波导包层包围多个波导芯层和多个低折射率结构。通过实施本实用新型，在波导包层中设置折射率低于波导包层的低折射率结构，该低折射率结构能够降低波导包层中传输的光束的倏逝场强度，减小波导的模场直径，减少波导间的耦合系数，从而抑制波导之间的功率串扰。

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，具体涉及一种波导阵列及集成光学相控阵芯片。

背景技术

激光雷达(Light detection and ranging,LiDAR)通过发射扫描激光束，接收反射回波实现距离或形貌的探测，在无人机，自动驾驶，环境监测等领域有着广泛的应用。激光雷达实现光束扫描的常见方案包括机械旋转，微机电系统(Micro Electro MechanicalSystem,MEMS)及光学相控阵(Optical Phased Array,OPA)。

光学相控阵技术是指通过调制方式使阵列波导之间产生特定位相差，实现光束角度的旋转，与机械旋转和MEMS光束扫描方案相比，光学相控阵雷达不含转动元件，具有扫描速度快，扫描范围大，集成度高，可靠性高，成本低等优点。

实现光学相控阵波导相位调制的原理包括液晶、酷钛酸铅镧陶瓷、铌酸锂等材料的电光效应，硅基集成光学芯片的热光效应等。其中，硅基集成光学芯片与半导体CMOS工艺兼容，可实现光源探测器片上集成，结构紧凑，成本低。因此，基于硅基集成光学芯片的相控阵激光雷达具有很大的市场前景。

在相控阵激光雷达中，扫描角度是光学相控阵的关键性能指标之一，无栅瓣扫描角度与波导间距呈反向关系，波导间距缩小将导致波导之间的功率串扰增加，从而导致光学相控阵远场分布中旁瓣抑制比增加，雷达性能劣化。从而使得光学相控阵的扫描角度受限难以提高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种波导阵列及集成光学相控阵芯片，以解决现有技术中波导缩小导致串扰增加的技术问题。

本实用新型实施例提供的技术方案如下：

本实用新型实施例提供一种波导阵列，包括：波导包层、多个波导芯层以及多个低折射率结构，所述低折射率结构的折射率低于所述波导包层的折射率；相邻的波导芯层之间设置所述低折射率结构；所述波导包层包围所述多个波导芯层和多个低折射率结构。

可选地，所述低折射率结构内部为真空或空气；所述低折射率结构为低折射率条形结构，相邻的波导芯层之间包括至少一组低折射率结构。

可选地，相邻波导芯层之间的间距为等间距或非等间距；多个波导芯层的宽度为相等或不相等；任意一个波导芯层为直线形或曲线形。

可选地，所述波导包层包括：二氧化硅波导包层，掺杂二氧化硅波导包层、硅波导包层、氮化硅波导包层、氮氧化硅波导包层或碳化硅波导包层中的任意一种；所述波导芯层包括：二氧化硅波导芯层，掺杂二氧化硅波导芯层、硅波导芯层、氮化硅波导芯层、氮氧化硅波导芯层或碳化硅波导芯层中的任意一种。

可选地，当工作波长位于780-940nm范围内，所述波导芯层的宽度为250nm～700nm，所述波导芯层的长度为0.2mm～1mm，所述波导芯层的厚度为300nm～450nm。

可选地，当工作波长位于780-940nm范围内，相邻波导芯层的中心间距为700nm～900nm，相邻的波导芯层之间低折射率结构的宽度为180nm～600nm，厚度为400nm～800nm。

本实用新型实施例第二方面提供一种集成光学相控阵芯片，包括：依次设置的输入耦合器、功率分束器、相位调制器阵列以及本实用新型实施例第一方面及第一方面任一项所述的波导阵列。