中科院半導(dǎo)體所潘教青團(tuán)隊(duì)在無(wú)源光學(xué)相控陣方面取得新研究進(jìn)展

  近年來(lái)，隨著激光雷達(dá)、自由空間光通信、激光成像和生物傳感器等多個(gè)領(lǐng)域?qū)ζ瞎馐刂品桨傅男枨笱该驮黾樱喾N固態(tài)掃描方案都得到了極大發(fā)展。其中，基于硅光子學(xué)的光學(xué)相控陣憑借著在成本、量產(chǎn)、集成、穩(wěn)定性和掃描速率方面的優(yōu)勢(shì)受到了廣泛關(guān)注。然而，目前常見(jiàn)的基于有源調(diào)相器的光學(xué)相控陣系統(tǒng)框架非常復(fù)雜，所有通道都需要單獨(dú)進(jìn)行相位控制和預(yù)先校準(zhǔn)，這對(duì)于產(chǎn)品穩(wěn)定率、光電混合封裝和功耗管理是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。相比之下，基于延遲線的無(wú)源光學(xué)相控陣則不存在上述問(wèn)題，但是嚴(yán)重的相位噪聲限制了其規(guī)模上限，最終導(dǎo)致較小的點(diǎn)云密度。

  為了降低無(wú)源光學(xué)相控陣的相位噪聲并提高其點(diǎn)云密度，中科院半導(dǎo)體研究所潘教青團(tuán)隊(duì)提出了一種基于氮化硅的無(wú)源光學(xué)相控陣。同時(shí)，為了驗(yàn)證提出的架構(gòu)具有極低相位噪聲和可擴(kuò)展性，研究者對(duì)比了延遲線長(zhǎng)度為0um（Delay-0）、27um（Delay-1）和54um（Delay-2）三種芯片。在實(shí)驗(yàn)中，三者表現(xiàn)出一致的發(fā)散角和邊模抑制比，這一結(jié)果表明氮化硅體系下的無(wú)源OPA具有極低的相位噪聲。在遠(yuǎn)場(chǎng)掃描表現(xiàn)上，Delay-1和Delay-2表現(xiàn)出了相同的視野范圍，同時(shí)Delay-2的光斑密度是前者的2倍，與理論結(jié)果一致。

圖1. 無(wú)源光學(xué)相控陣芯片（Delay-2）

圖2. 無(wú)源光學(xué)相控陣歸一化遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布。 (a)-(f)三種芯片（延遲線長(zhǎng)度分別為0μm、27μm和54μm）的發(fā)散角均為0.16°×0.13°，邊模抑制比約為12 dB×12 dB

圖3. 輸入光波長(zhǎng)從1480nm調(diào)諧至1620nm時(shí)的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑。 (a)Delay-1。 (b)Delay-2

表1.不同延遲線長(zhǎng)度的無(wú)源光學(xué)相控陣芯片性能

  相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Lightwave Technology期刊上(Vol.41, Isuue.9, p.2756-2764)。博士研究生于磊為第一作者，潘教青研究員和王鵬飛助理研究員為通訊作者，該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的共同資助。

  文章鏈接：

  https://ieeexplore.ieee.org/document/10024703