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

  近年來(lái)，隨著(zhù)激光雷達、自由空間光通信、激光成像和生物傳感器等多個(gè)領(lǐng)域對片上光束控制方案的需求迅猛增加，多種固態(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(zhù)在成本、量產(chǎn)、集成、穩定性和掃描速率方面的優(yōu)勢受到了廣泛關(guān)注。然而，目前常見(jiàn)的基于有源調相器的光學(xué)相控陣系統框架非常復雜，所有通道都需要單獨進(jìn)行相位控制和預先校準，這對于產(chǎn)品穩定率、光電混合封裝和功耗管理是一個(gè)很大的挑戰。相比之下，基于延遲線(xiàn)的無(wú)源光學(xué)相控陣則不存在上述問(wèn)題，但是嚴重的相位噪聲限制了其規模上限，最終導致較小的點(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，中科院半導體研究所潘教青團隊提出了一種基于氮化硅的無(wú)源光學(xué)相控陣。同時(shí)，為了驗證提出的架構具有極低相位噪聲和可擴展性，研究者對比了延遲線(xiàn)長(cháng)度為0um（Delay-0）、27um（Delay-1）和54um（Delay-2）三種芯片。在實(shí)驗中，三者表現出一致的發(fā)散角和邊模抑制比，這一結果表明氮化硅體系下的無(wú)源OPA具有極低的相位噪聲。在遠場(chǎng)掃描表現上，Delay-1和Delay-2表現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)相控陣歸一化遠場(chǎng)強度分布。 (a)-(f)三種芯片（延遲線(xiàn)長(cháng)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(cháng)從1480nm調諧至1620nm時(shí)的遠場(chǎng)光斑。 (a)Delay-1。 (b)Delay-2

表1.不同延遲線(xiàn)長(cháng)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，該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的共同資助。

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