中科院半導體所潘教青團隊在無源光學相控陣方面取得新研究進展

  近年來，隨著激光雷達、自由空間光通信、激光成像和生物傳感器等多個領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，基于硅光子學的光學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)勢受到了廣泛關注。然而，目前常見的基于有源調(diào)相器的光學相控陣系統(tǒng)框架非常復雜，所有通道都需要單獨進行相位控制和預先校準，這對于產(chǎn)品穩(wěn)定率、光電混合封裝和功耗管理是一個很大的挑戰(zhàn)。相比之下，基于延遲線的無源光學相控陣則不存在上述問題，但是嚴重的相位噪聲限制了其規(guī)模上限，最終導致較小的點云密度。

  為了降低無源光學相控陣的相位噪聲并提高其點云密度，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源光學相控陣。同時，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長度為0um（Delay-0）、27um（Delay-1）和54um（Delay-2）三種芯片。在實驗中，三者表現(xiàn)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源OPA具有極低的相位噪聲。在遠場掃描表現(xiàn)上，Delay-1和Delay-2表現(xiàn)出了相同的視野范圍，同時Delay-2的光斑密度是前者的2倍，與理論結果一致。

圖1. 無源光學相控陣芯片（Delay-2）

圖2. 無源光學相控陣歸一化遠場強度分布。 (a)-(f)三種芯片（延遲線長度分別為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. 輸入光波長從1480nm調(diào)諧至1620nm時的遠場光斑。 (a)Delay-1。 (b)Delay-2

表1.不同延遲線長度的無源光學相控陣芯片性能

  相關研究成果發(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研發(fā)計劃和國家自然科學基金的共同資助。

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