CN117289386A - 一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线及其制备方法，其中天线自下而上包括：衬底、掩埋层和上包层；上包层包括亚波长锥形波导和亚波长光栅波导天线，亚波长锥形波导设置在上包层最前端，亚波长光栅波导天线包括亚波长光栅超材料波导芯和交错刻蚀侧向辐射块阵列，亚波长光栅超材料波导芯衔接在亚波长锥形波导后端。本发明采用了亚波长锥形波导实现光以布洛赫模的形式低损耗地输入波导芯中；使用周期性SWG形成的超材料波导芯，将传播的布洛赫模瞬时耦合到波导芯两侧的辐射块阵列中，提供了实现弱光栅衰减系数所需的低有效折射率，减小了光束的发散角；同时基于交错刻蚀工艺设计特定的结构打破衍射的垂直对称性，提升了辐射效率。
Description
技术领域
本发明属于硅光电子器件技术领域，具体涉及一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线及其制备方法。
背景技术
如今，最有望满足车规要求的激光雷达是采用OPA(Opticalphasedarray,光学相控阵)原理实现的全固态光学相控阵激光雷达，其内部没有任何宏观或微观上的运动部件，具有可靠、耐用等优点。其中光栅天线是光学相控阵的关键组件之一，适用于光探测和测距技术，可以提供高集成度、小型轻量化的扫描系统，替代了复杂的机械运动部件。
目前光栅天线仍然存在着远场发散角大、辐射效率低等问题。远场发散角决定着光束扫描的分辨率，对光学相控阵的探测精度、探测范围和分辨能力起到了决定性的作用。光栅天线的低辐射效率会导致天线在远场上存在盲点和激光雷达的低信噪比，也会影响着光束的探测距离。因此，降低远场发散角和提高光栅天线辐射效率是光学相控阵中需解决的难题。
为了在远场区域实现低发散角，则需要几毫米或者更长的天线有效长度，到目前为止，如此长的天线在硅波导中是不可能实现的，因为目前所展示的技术不允许精确控制光栅衰减系数。目前有一种解决方案是SWG超材料结构被用于硅波导中，构成亚波长光栅波导芯，再与其侧向辐射块分离，形成亚波长光栅波导天线，用于对光栅衰减系数进行精确调控，实现小波束发散角。但传统的亚波长光栅波导天线因其衍射的垂直对称性，向上和向下两方向辐射几乎相等的光功率，存在着低辐射效率的问题。因此，如何提高亚波长光栅天线的辐射效率和降低远场的发散角是光学相控阵重要技术难关。此外，采用常见的刻蚀工艺的同时，降低制造成本和工艺复杂度也是目前需要解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中光栅天线的远场发散角过大和传统亚波长光栅波导天线辐射效率不高的问题，本发明公开一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线及其制备方法，能够提升光学相控阵的探测精度、探测范围、分辨能力、探测距离，并消除远场上的盲点，提高应用于激光雷达的信噪比。此外，本发明提供的天线制造成本低，工艺简易，利于推广。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线，自下而上包括：衬底、掩埋层和上包层；所述上包层包括亚波长锥形波导和亚波长光栅波导天线，所述亚波长锥形波导设置在上包层最前端，所述亚波长光栅超材料波导芯衔接在亚波长锥形波导后端，亚波长锥形波导包括若干均匀分布的矩形硅块以及连接在均匀分布的矩形硅块之间的连接硅块，所述连接硅块宽度W0由上包层前端至后端方向逐渐变小；所述亚波长光栅波导天线包括亚波长光栅超材料波导芯和交错刻蚀侧向辐射块阵列，所述亚波长光栅超材料波导芯包括若干均匀分布的矩形硅块，所述交错刻蚀侧向辐射块阵列包括两列形状相同且分别设置在亚波长光栅超材料波导芯两侧的交错刻蚀侧向辐射块，每列交错刻蚀侧向辐射块设置有若干深刻蚀槽和若干浅刻蚀槽，所述深刻蚀槽和浅刻蚀槽在交错刻蚀侧向辐射块延伸方向上交错分布。
进一步的，所述亚波长锥形波导的宽度W0小于亚波长光栅超材料波导芯的宽度W1，宽度W0按周期Λ0逐渐减小，W0＝W1-i×Λ0，其中i为连接硅块的个数。
进一步的，所述亚波长锥形波导中的矩形硅块周期为ΛSWG，所述亚波长光栅超材料波导芯中的矩形硅块周期为ΛSWG，ΛSWG小于一阶布拉格周期ΛBragg。
进一步的，所述亚波长光栅超材料波导芯的长度a为a＝DCSWG×ΛSWG。
进一步的，周期Λ0为0.005μm-0.05μm，所述亚波长光栅超材料波导芯的宽度W1为0.8μm-0.9μm，周期ΛSWG为0.2μm-0.22μm，占空比DCSWG为0.5-0.6，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。
进一步的，所述交错刻蚀侧向辐射块中深刻蚀的深度为光栅天线的高度Hgrating。
进一步的，所述交错刻蚀侧向辐射块的宽度Ws为0.15μm-0.25μm，与亚波长光栅超材料波导芯的间距g为0.1μm-0.2μm，周期Λg＝4.5×ΛSWG，长度L为0.5μm-0.7μm，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。
进一步的，所述交错刻蚀侧向辐射块浅刻蚀高度He为0.07μm-0.17μm，非刻蚀段的长度Ln1为0.3μm-0.4μm，非刻蚀段的长度Ln2为0μm-0.2μm，Ln1+Ln2+Ls1＝L，L为辐射块长度。
进一步的，所述亚波长光栅超材料波导芯的宽度W1为0.8μm-0.9μm，周期ΛSWG为0.2μm-0.22μm，占空比DCSWG为0.5-0.6，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。
本发明还提供了小发散角高效率亚波长光栅波导天线的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：提供一个标准的硅片，该硅片包括硅衬底、掩埋层和薄硅层，薄硅层淀积在掩埋层上表面；
步骤S2：制备所需的掩膜版，在薄硅层中采用光刻掩膜技术对亚波长锥形波导和亚波长超材料波导芯的位置进行深刻蚀，形成亚波长锥形波导和亚波长超材料波导芯；并对侧向辐射块的位置进行交错深浅刻蚀，制备成交错凹槽结构；
步骤S3：在薄硅层上淀积一层二氧化硅上包层。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用了亚波长锥形波导，实现光以布洛赫模的形式低损耗地输入波导芯中；而且使用了周期性SWG(Subwavelength grating，亚波长光栅)形成的超材料波导芯，将传播的布洛赫模瞬时耦合到波导芯两侧的辐射块阵列中，提供了实现弱光栅衰减系数所需的低有效折射率，从而减小了光束的发散角，在远场区域实现了毫米级天线长度的窄波束宽度，减小了远场发散角，有利于提高光学相控阵分辨率、探测精度以及探测范围。同时基于交错刻蚀工艺设计调整侧向辐射块阵列的结构打破衍射的垂直对称性，使辐射效率优于传统矩形亚波长光栅波导天线，在入射波长λ0为1550nm下，相比于传统矩形亚波长光栅波导天线，本发明提出的新型亚波长光栅波导天线可提升将近22％的辐射效率性能，从而消除远场上的盲点、提高光学相控阵的探测距离和应用于激光雷达的信噪比。本发明解决了现有技术中远场光束散射角大、辐射效率低、需增加阵列密度才能实现小光束发散角，毫米级光栅性能的问题，
2.本发明提供的一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线的制备方法，在单个薄硅层中实现天线的各个部分，不需要额外使用不同的掩膜版，降低了制造成本，工艺简易。
附图说明
图1为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线的三维结构示意图。
图2为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线的俯视结构示意图。
图3为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线的侧视结构示意图。
图4为传统亚波长光栅波导天线与本发明所提供的亚波长光栅波导天线的辐射效率RE与入射波长的关系比较图。
图5为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线的光栅衰减系数α与辐射效率RE随间距g的函数关系图。
图6为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线的yz平面上的远场归一化光强度和出射角度关系图。
图7为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线的xy平面上的远场归一化光强度和出射角度关系图。
图8为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线在工作波段(1490nm-1610nm)下的远场投影图。
图9为本发明的小发散角高效率亚波长光栅波导天线在工作波段(1490nm-1610nm)下的波束扫描范围示意图。
附图标记说明：
1-衬底，2-掩埋层，3-上包层，4-亚波长锥形波导，5-亚波长光栅超材料波导芯，6-交错刻蚀侧向辐射块阵列。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，以光栅天线的高度方向为z轴方向，光栅天线的宽度方向y轴方向，光传播方向和占空比为x轴方向。本发明提供的小发散角高效率亚波长光栅波导天线沿z轴方向由下至上包括衬底1、掩埋层2和上包层3。其中上包层3包括亚波长锥形波导4、亚波长光栅超材料波导芯5和交错刻蚀侧向辐射块阵列6，亚波长光栅超材料波导芯5和交错刻蚀侧向辐射块阵列6构成亚波长光栅波导天线。亚波长锥形波导4位于上包层3的最前端，亚波长超材料波导芯5制备在亚波长锥形波导4的后端，两者衔接，以便光几乎无损耗的进入光栅天线。交错刻蚀侧向辐射块阵列6包括两列交错刻蚀侧向辐射块，它们分别对称地位于亚波长超材料波导芯5的两侧。
具体地说，天线采用SOI晶圆，衬底1由硅材料制成，掩埋层2由二氧化硅材料制成，上包层3为二氧化硅材料或者空气，亚波长锥形波导4、亚波长光栅超材料波导芯5和交错刻蚀侧向辐射块阵列6均由硅材料制成。领域技术人员可依据具体需求改动衬底、掩埋层、上包层、亚波长锥形波导、亚波长光栅超材料波导芯和交错刻蚀侧向辐射块阵列的材料。本例中，在SOI平台上进行光栅天线设计时，其中硅衬底层厚度(Hsub)为2μm，硅光栅层厚度(Hgrating)为0.287μm，掩埋层(BOX)为2.95μm，顶部上包层(SiO2)厚度为2μm。通过对各层厚度之间的优化，旨在实现各界面处反射衍射阶的建设性干扰，从而有效提升光栅天线的辐射效率。
光栅天线是光学相控阵的关键组件之一，光栅天线的主要性能指标包括辐射效率和远场发散角。远场发散角由光栅有效长度决定，光栅有效长度越长，远场发散角越小，波束宽度越窄，光学相控阵的分辨率越高、探测精度越精细、探测范围越广。因此，本领域的技术人员可以依据需要通过选择亚波长光栅超材料波导芯5的宽度W1、周期ΛSWG和占空比DCSWG可以获得光以布洛赫模式传播的波导有效折射率nFB为1.66。有利于降低SOI平台的有效折射率对比度，从而可实现天线的有效长度达到毫米级。
如图2、图3所示，亚波长锥形波导4包括若干周期为ΛSWG的矩形硅块，以及位于矩形硅块之间的间隙中且宽度W0逐渐变小的矩形硅块结构。这些逐渐变小的矩形硅块宽度按周期Λ0逐渐减小，且Λ0为0.005μm-0.05μm。本实施例中，亚波长锥形波导4的宽度W0＝W1-i×Λ0，其中i为锥形结构块的个数、Λ0为0.035μm。亚波长锥形波导的宽度W0小于波导芯的宽度W1。
亚波长光栅超材料波导芯5衔接在亚波长锥形波导的后端，是一种周期性矩形结构，其周期为ΛSWG，ΛSWG小于一阶布拉格周期ΛBragg。一阶布拉格周期ΛBragg满足ΛBragg＝λ0/2nFB，其中λ0为入射光波长，nFB为布洛赫模式的有效折射率。亚波长锥形波导可实现光转换为布洛赫模式光，且几乎无损地过渡到亚波长光栅超材料波导芯中。
亚波长光栅超材料波导芯的宽度W1为0.8μm-0.9μm，周期ΛSWG为0.2μm-0.22μm，占空比DCSWG为0.5-0.6，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。在本实施例中，亚波长光栅超材料波导芯5的宽度W1为0.881μm，周期ΛSWG为0.214μm和占空比DCSWG为0.52，基于此参数可实现离域的TM模式对衬底1的泄漏损失较小。亚波长光栅超材料波导芯5的高度Hgrating为0.287μm，长度a＝DCSWG×ΛSWG为0.11128μm和宽度W1为0.881μm。
通过采用上述结构，可通过改变亚波长光栅超材料波导芯5与交错刻蚀侧向辐射块阵列6之间的间距g精确控制光栅衰减系数α。间距g越大，光栅衰减系数α越小，远场波束宽度Δθ3dB越窄，远场发散角越小。
其中，远场波束宽度k0＝2π/λ0为自由空间的波数，λ0为入射波长，θ0为空气中的辐射角，α为光栅衰减系数。
交错刻蚀侧向辐射块的宽度Ws为0.15μm-0.25μm，与亚波长光栅超材料波导芯的间距g为0.1μm-0.2μm，周期Λg＝4.5×ΛSWG，长度L为0.5μm-0.7μm，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。本实施例中，侧向辐射块的宽度Ws为0.2μm，与亚波长光栅超材料波导芯之间的间距g为0.165μm，，长度L为0.6μm，高度Hgrating为0.287μm。
本实施例中，侧向辐射块的周期Λg＝4.5×ΛSWG，这确保了亚波长光栅波导芯的硅块与横向的光栅完美对准，从而保持它们沿结构的相对位置不变。
交错刻蚀侧向辐射块阵列是一种经过交错刻蚀工艺的深浅沟槽结构，对侧向矩形辐射块的中心进行非对称浅刻蚀和对相邻辐射块之间进行深刻蚀，即浅刻蚀和深刻蚀两者交错进行。交错刻蚀侧向辐射块阵列打破了结构衍射的垂直对称性，可以进一步地提升辐射效率。交错刻蚀侧向辐射块阵列6周期为Λg，刻蚀高度He为0.07μm-0.17μm，非刻蚀段的长度Ln1为0.3μm-0.4μm，非刻蚀段的长度Ln2为0μm-0.2μm。其中存在Ln1+Ln2+Ls1＝L。在本实施例中辐射块的长度L为0.6μm，未刻蚀长度Ln1为0.328μm，未刻蚀长度Ln2为0.152μm，刻蚀长度Ls1为0.12μm，刻蚀高度He为0.15μm。
在交错刻蚀侧向辐射块阵列中，选择了刻蚀深度分别为0.287μm(深刻蚀)和0.15μm(浅刻蚀)，这样的选择是考虑到与硅光电子制造工艺的兼容性。深刻蚀长度Ls2是两个侧向辐射块之间的距离，Ls2＝4.5×ΛSWG—L。
采用以上整体方案参数，能减小向下辐射带来的损耗，增大天线的方向性，提升天线的向上RE(Radiation Efficiency,辐射效率)，从而消除天线在远场的盲点，提高天线应用于激光雷达的信噪比。其中，向上辐射效率(RE)：
其中，P为提取功率的值，up指向上，bottom指向下，side指两边。
在本实施例中，衬底1的高度为2μm，掩埋层2的高度2.95μm以及上包层3的高度为2μm。采用此技术方案参数，能使掩埋层2与衬底1的界面反射的衍射阶发生建设性扰动，从而使得传统的亚波长光栅波导天线在入射波长λ0为1550nm时的辐射效率超过50％。本领域技术人员可以根据具体需求进行改动。
我们根据上述实例设计了本发明器件，分析了该光栅天线的工作性能：
如图4所示，在1490nm-1610nm的120nm的波长范围内，本发明所提出的亚波长光栅波导天线的辐射效率是优于传统亚波长光栅波导天线。在入射波长λ0为1550nm下，相比于传统矩形亚波长光栅波导天线，本发明提出的新型亚波长光栅波导天线提升将近22％的辐射效率性能。这是因为传统的亚波长光栅波导天线的结构存在着衍射的垂直对称性，向上向下两方向的辐射光功率几乎相等的，因此在光栅天线的设计过程中，通过设计特定的结构打破衍射的垂直对称性，从而可以实现辐射效率的提高。
本发明对侧向辐射块阵列6进行交错刻蚀工艺，设计成交错深浅凹槽的几何结构。通过这样设计，辐射效率(闪耀效应)受到两个相互交错的凹槽衍射场之间光程差的调控。这个光程差是由深浅沟槽的间隔，即未刻蚀硅段Ln1和Ln2的长度来决定的。更具体地说，利用在波导传播方向上深浅沟槽的偏移量，引入时间上的相位延迟，从而在向上和向下的方向上，分别实现了相长和相消干涉效应。因此，通过调节这相位延迟，能够实现光的定向辐射，从而达到提高效率的目的。
如图5所示，在入射波长λ0为1550nm下，可从光栅衰减系数α和辐射效率RE随亚波长光栅波导超材料波导芯5与交错刻蚀侧向辐射块阵列6之间的间距g的函数关系可知，改变间距g对光栅衰减系数α影响比较大，对辐射效率RE影响很小。因此，在新结构设计过后，通过调整g＝0.14μm可实现小波束宽度Δθ3dB所需的低光栅衰减系数α＝0.7mm-1，同时还保证着辐射效率RE为78.5％。
如图6所示，xz平面上的远场发散角，相比于传统的亚波长光栅波导天线，实现了远场的波束发散角Δθ3dB为0.02°，这是一个比较小的光束发散角，可提高光学相控阵的探测精度、探测范围和分辨能力。这是因为光在亚波长光栅超材料波导芯中传播时，它将传播的Floquet-Bloch模式瞬时耦合到从波导芯横向分离的交错刻蚀侧向辐射块，提供了实现弱辐射光栅所需的低有效折射率。因此，其天线有效长度可达到将近3.3mm，与之相应的波束发散角Δθ3dB为0.02°。
如图7所示，从xy平面上的远场光束分布可知，xy平面上的远场波束由亚波长光栅超材料波导芯5与交错刻蚀侧向辐射块阵列6之间的间距g决定，该值反映了在带有移相器的一维波导光栅天线阵列的传统几何结构中实现该天线设计所能达到的最大可用扫描范围。xy平面的远场旁瓣抑制比8dB，而xz平面的旁瓣几乎没有。
如图8～9所示，在本发明提出的结构上展示了该光栅天线的远场表现能力。图8是在光栅天线长度100μm下，波长为1490nm和1610nm的xz平面远场投影情况。图9是光栅天线在1490nm-1610nm波长扫描范围内，可以实现在上包层(SiO2)的波控范围为8.63°；根据斯奈尔定律，当光从二氧化硅辐射到空气时，可以计算出空气中的调谐范围为12.51°，符合光栅天线发射波长的可调谐能力范围。
本发明实施例还提供一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线的制备方法，本实施例制备得到的小发散角高效率亚波长光栅波导天线的结构图可以参考图1-图3，该制备方法包括以下步骤：
步骤S1：提供一个标准的硅片，该硅片包括硅衬底、掩埋层和薄硅层，薄硅层淀积在掩埋层上表面。
步骤S2：制备所需的掩膜版，在薄硅层中采用光刻掩膜技术，对亚波长锥形波导4和亚波长超材料波导芯5的位置进行深刻蚀，形成亚波长锥形波导4和亚波长超材料波导芯5；并对侧向辐射块6的位置进行交错深浅刻蚀，制备成交错凹槽结构6。由于亚波长波导光栅天线和亚波长锥形波导是在单一的薄硅层中采用光刻掩膜工艺实现的，不需要多个光刻掩膜版，降低了制造成本，工艺简易。深刻蚀的深度为光栅天线的高度Hgrating为0.2μm-0.3μm；浅刻蚀的深度He为0.07μm-0.17μm。本例中，侧向辐射块6中的深刻蚀的深度为光栅天线的高度Hgrating为0.287μm。浅刻蚀的深度He为0.15μm。
步骤S3：在形成具有新型光栅结构的薄层硅后，还可以通过LPCVD(Low pressurechemical vapordeposition，低压化学气相淀积)工艺淀积二氧化硅材料的上包层3，位于掩埋层2的上方且包裹着所提出的光栅天线。
综上所述，采用本发明实施例的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，通过设计亚波长光栅超材料波导芯5的周期、宽度和占空比，可控制传播的布洛赫模的有效折射率，从而降低SOI平台的有效折射率对比度，实现天线的有效长度达到毫米级。设计亚波长光栅超材料波导芯5与侧向辐射块阵列6之间的间距g和宽度Ws，可以精确控制光栅衰减系数α。光栅天线的光栅衰减系数越小，天线有效长度就越长，随之远场发散角越小。有利于提高光学相控阵分辨率、探测精度以及探测范围，此部分内容，本领域技术人员可以根据需要进行设计。
采用本发明实施例的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，本领域技术人员可以依据需要设计衬底1高度、掩埋层2高度、上包层3高度、交错刻蚀侧向辐射块6的未刻蚀长度和宽度以及交错刻蚀侧向辐射块阵列6的刻蚀深度，采用交错刻蚀工艺制备交错凹槽结构，继而利用深刻槽和浅刻槽来控制干涉条件，引入空间和时间上相位延迟，分别在向上和向下方向上实现建设性和破坏性干涉，从而提高向上的辐射效率、消除远场上的盲点、以及提高光学相控阵的探测距离、应用于激光雷达的信噪比。
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线，自下而上包括：衬底、掩埋层和上包层；其特征在于，所述上包层包括亚波长锥形波导和亚波长光栅波导天线，所述亚波长锥形波导设置在上包层最前端，亚波长锥形波导包括若干均匀分布的矩形硅块以及连接在均匀分布的矩形硅块之间的连接硅块，所述连接硅块宽度W0由上包层前端至后端方向逐渐变小；所述亚波长光栅波导天线包括亚波长光栅超材料波导芯和交错刻蚀侧向辐射块阵列，所述亚波长光栅超材料波导芯衔接在亚波长锥形波导后端，亚波长光栅超材料波导芯包括若干均匀分布的矩形硅块，所述交错刻蚀侧向辐射块阵列包括两列形状相同且分别设置在亚波长光栅超材料波导芯两侧的交错刻蚀侧向辐射块，每列交错刻蚀侧向辐射块设置有若干深刻蚀槽和若干浅刻蚀槽，所述深刻蚀槽和浅刻蚀槽在交错刻蚀侧向辐射块延伸方向上交错分布。
2.根据权利要求1所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，所述亚波长锥形波导的宽度W0小于亚波长光栅超材料波导芯的宽度W1，宽度W0按周期Λ0逐渐减小，W0＝W1-i×Λ0，其中i为连接硅块的个数。
3.根据权利要求1所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，所述亚波长锥形波导中的矩形硅块周期为ΛSWG，所述亚波长光栅超材料波导芯中的矩形硅块周期为ΛSWG，ΛSWG小于一阶布拉格周期ΛBragg。
4.根据权利要求1所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，所述亚波长光栅超材料波导芯的长度a为a＝DCSWG×ΛSWG。
5.根据权利要求2所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，周期Λ0为0.005μm-0.05μm，所述亚波长光栅超材料波导芯的宽度W1为0.8μm-0.9μm，周期ΛSWG为0.2μm-0.22μm，占空比DCSWG为0.5-0.6，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。
6.根据权利要求1所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，所述交错刻蚀侧向辐射块中深刻蚀的深度为光栅天线的高度Hgrating。
7.根据权利要求6所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，所述交错刻蚀侧向辐射块的宽度Ws为0.15μm-0.25μm，与亚波长光栅超材料波导芯的间距g为0.1μm-0.2μm，周期Λg＝4.5×ΛSWG，长度L为0.5μm-0.7μm，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。
8.根据权利要求1所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，所述交错刻蚀侧向辐射块浅刻蚀高度He为0.07μm-0.17μm，非刻蚀段的长度Ln1为0.3μm-0.4μm，非刻蚀段的长度Ln2为0μm-0.2μm，Ln1+Ln2+Ls1＝L，L为辐射块长度。
9.根据权利要求1所述的小发散角高效率亚波长光栅波导天线，其特征在于，所述亚波长光栅超材料波导芯的宽度W1为0.8μm-0.9μm，周期ΛSWG为0.2μm-0.22μm，占空比DCSWG为0.5-0.6，高度Hgrating为0.2μm-0.3μm。
10.一种小发散角高效率亚波长光栅波导天线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：提供一个标准的硅片，该硅片包括硅衬底、掩埋层和薄硅层，薄硅层淀积在掩埋层上表面；
步骤S2：制备所需的掩膜版，在薄硅层中采用光刻掩膜技术对亚波长锥形波导和亚波长超材料波导芯的位置进行深刻蚀，形成亚波长锥形波导和亚波长超材料波导芯；并对侧向辐射块的位置进行交错深浅刻蚀，制备成交错凹槽结构；
步骤S3：在薄硅层上淀积一层二氧化硅上包层。
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