CN217879917U - 半导体光学相控阵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种半导体光学相控阵，包括依次层叠的衬底、埋氧层、光器件层和覆盖层，光器件层包括：入射耦合器、分束器阵列、光相移器阵列、光天线阵列、第一电极和第二电极；其中，光天线阵列包括盖板和多个光天线单元，光天线单元包括光波导、光栅和液晶层，光栅设于光波导中，覆盖层对应光栅处设有第一窗口，液晶层填充于第一窗口内并覆盖光栅；第一电极和第二电极用于形成驱动液晶层偏转的电场。上述半导体光学相控阵，在各光天线单元的出光位置采用液晶覆盖光波导上的光栅，结合半导体结构设置电极以控制液晶的电场，实现对出射光束纵向偏转角度的调节，成本较低，光束偏转速度快，且基于半导体工艺的结构，易于实现大批量生产。
Description
技术领域
本申请涉及相控阵技术领域，特别是涉及一种半导体光学相控阵。
背景技术
光学相控阵是在传统的微波相控阵的基础上发展而来的，是一种新型的光束成型和指向调控方式。光学相控阵可以工作在近红外波段乃至可见光波段。相比于微波相控阵，光学相控阵的单元尺寸更小，阵列规模可以做到很大，具有更好的集成度和更小的功耗。
目前，光学相控阵通常采用波导光栅作为发射器，主要通过改变输入波长的方式来实现出射光束的纵向偏转，但改变输入波长的方式驱动光束偏转的效率较低，需要激光器实现大范围的波长调谐，而可调谐激光器造价昂贵，会导致光学相控阵的成本较高。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有技术中的改变输入波长的方式来实现出射光束的纵向偏转方案需要采用可调谐激光器，成本高、偏转效率低的问题提供一种半导体光学相控阵。
为了实现上述目的，本申请提供了一种半导体光学相控阵，包括衬底、设于所述衬底上的埋氧层、设于所述埋氧层上的光器件层和覆盖所述光器件层的覆盖层，所述光器件层设有：
入射耦合器；
分束器阵列，所述分束器阵列的输入端与所述入射耦合器的输出端连接；
光相移器阵列，所述光相移器阵列的各输入端分别与所述分束器阵列的各输出端一一对应连接；
光天线阵列，所述光天线阵列包括盖板和多个光天线单元，各所述光天线单元的输入端分别与所述光相移器阵列的各输出端一一对应连接；所述光天线单元包括光波导、光栅和液晶层，所述光栅设于所述光波导中，所述覆盖层对应所述光栅处设有第一窗口，所述液晶层填充于所述第一窗口内并覆盖所述光栅；所述光波导内传输的光束经所述光栅和液晶层偏转后由所述第一窗口输出；所述盖板覆盖于所述液晶层上表面以将所述液晶层封装于所述第一窗口内；
第一电极和第二电极，设于所述液晶层的相对两侧，所述第一电极和所述第二电极用于形成驱动所述液晶层偏转的电场，以利用所述电场调整所述液晶层的折射率来改变所述光栅的有效折射率。
在其中一个实施例中，所述盖板包括层叠设置的取向层和基板，所述取向层设于所述基板与所述液晶层之间。
在其中一个实施例中，所述盖板还包括与所述基板层叠设置的滤波器和/或检偏器。
在其中一个实施例中，所述第一电极设于所述盖板上相对远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面，所述第二电极设于所述埋氧层靠近所述衬底的一侧，与所述第一电极相对分别位于所述液晶层的上下侧。
在其中一个实施例中，所述光天线阵列还包括引导电极；所述引导电极贯穿所述衬底与所述第二电极电性连接；或所述引导电极贯穿所述覆盖层和所述埋氧层与所述第二电极电性连接。
在其中一个实施例中，所述第一电极设于所述盖板远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面；
所述衬底内设有第二窗口，所述第二窗口暴露出所述埋氧层，所述第二电极设于所述第二窗口内。
在其中一个实施例中，每一所述光天线单元的光栅上面均设有一所述第一窗口；
所述盖板的数量为多个，各所述盖板一一对应地覆盖各所述第一窗口内的液晶层，所述第一电极的数量为多个，各所述第一电极一一对应地设于各所述盖板远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面；或者，所述盖板及其上的所述第一电极同时覆盖多个所述光天线单元的液晶层；
所述第二电极设于所述光天线单元下方。
在其中一个实施例中，所述第一电极设于所述盖板上相对远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面；
所述第二电极的数量为多个，各所述第二电极一一对应地设于各所述光天线单元下方，各所述第二电极的正投影面分别覆盖各所述光天线单元的液晶层的底面；或者，所述第二电极位于多个所述光天线单元的下方，所述第二电极的正投影面同时覆盖多个所述光天线单元的液晶层。
在其中一个实施例中，各所述液晶层两侧的所述覆盖层内分别设有所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极和第二电极沿所述液晶层左右两侧相对设置。
在其中一个实施例中，多个所述光天线单元的光栅位于同一所述第一窗口内，同一所述第一窗口内的液晶层同时覆盖多个所述光栅。
在其中一个实施例中，所述液晶层覆盖所述光栅并填充于所述光栅的空隙中。
在其中一个实施例中，所述光栅沿光传输方向的占空比与预设阈值的差值的绝对值逐渐减小。
上述半导体光学相控阵，在半导体光学相控阵的出光位置采用液晶覆盖光波导上的光栅，结合半导体结构设置电极以控制液晶的电场，通过控制电极的电压即可改变液晶层的折射率，从而改变光栅的有效折射率，进而改变从光栅出射光束的衍射角度，通过电压的变化即可实现对出射光束纵向偏转角度的调节，成本较低，光束偏转速度快，且基于半导体工艺的结构，易于实现大批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中提供的半导体光学相控阵的结构框图；
图2为一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的光天线纵截面部分结构示意图；
图3为一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线单元的纵截面结构示意图；
图4为另一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的光天线纵截面部分结构示意图；
图5为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的横截面结构示意图；
图6为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的横截面结构示意图；
图7为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的纵截面结构示意图；
图8为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的横截面结构示意图；
图9为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的横截面结构示意图；
图10为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的横截面结构示意图；
图11为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的横截面结构示意图；
图12为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线阵列的横截面结构示意图；
图13为又一实施例中提供的半导体光学相控阵中的光天线单元的横截面结构示意图。
附图标记说明：
附图标记说明：1-入射耦合器，2-分束器阵列，21-分束器，3-光相移器阵列，31-光相移器单元，4-光天线阵列，41-光天线单元，411-光波导，412-光栅，413-液晶层，414-第一电极，415-第二电极，4151-引导电极，416-衬底，417-埋氧层，418-覆盖层，419-盖板，4191-基板，4192-取向层。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为P型且第二掺杂类型可以为N型，或第一掺杂类型可以为N型且第二掺杂类型可以为P型。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本实用新型的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述实用新型的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本实用新型的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本实用新型的范围。
在一个实施例中，如图1至图3所示，提供一种半导体光学相控阵，包括衬底416、设于衬底416上的埋氧层417、设于埋氧层417上的光器件层和覆盖光器件层的覆盖层418。光器件层设有：入射耦合器1、分束器阵列2、光相移器阵列3、光天线阵列4、第一电极414和第二电极415。分束器阵列2的输入端与入射耦合器1的输出端连接；光相移器阵列3的各输入端分别与分束器阵列2的各输出端一一对应连接；光天线阵列4包括盖板419和多个光天线单元41，各光天线单元41的输入端分别与光相移器阵列3的各输出端一一对应连接；光天线单元41包括光波导411、光栅412和液晶层413，光栅412设于光波导411中，覆盖层418对应光栅412处设有第一窗口，液晶层413填充于第一窗口内并覆盖光栅412；光波导411内传输的光束经光栅412和液晶层413偏转后由第一窗口输出；盖板419覆盖于液晶层413上表面以将液晶层413封装于第一窗口内；第一电极414和第二电极415，设于液晶层413的相对两侧，第一电极414和第二电极415用于形成驱动液晶层413偏转的电场，以利用电场调整液晶层413的折射率来改变光栅412的有效折射率。
其中，光波导411的材料可以为硅、氮化硅或氮氧化硅等，光栅412可以通过加工光波导411形成。第一电极414和第二电极415的材料可以是ITO(IndiumTinOxide，掺锡氧化铟)，也可以是铜、铝、金、银、铂等。其中，衬底416的材料可以为硅、碳化硅等，覆盖层418和埋氧层417的材料可以为氧化硅。盖板419的材料可以为透光材料，光束可穿过盖板419射向外界，可以通过一块盖板419覆盖所有的液晶层413，从而将各液晶层413限制在各第一窗口内。
具体地，入射耦合器1将激光器发射的激光耦合入分束器阵列2中，分束器阵列2包括多个分束器单元21，用于对入射光进行分光，通过分束器阵列2对激光分光后，得到多束子激光光束，多束子激光光束传输至光相移器阵列33，光相移器阵列33包括多个光相移器单元31，通过各光相移器单元31调节各子激光光束的相位，实现输出光束在垂直于光波导411的横向方向上的扫描。在调节后的各子激光光束从光相移器阵列33传输至光天线阵列4，经光天线阵列4的光栅412衍射后从第一窗口偏转输出，由于对第一电极414和第二电极415施加电压后，第一电极414和第二电极415可形成驱动液晶层413偏转的电场，则通过改变施加电压的大小可改变液晶层413的折射率，从而改变光栅412的有效折射率，进而改变从光栅412出射的子光束的衍射角度，实现纵向扫描。
可以理解，如图2所示，第一窗口可以贯穿至埋氧层417，在液晶层413填满第一窗口后，液晶层413覆盖光栅412的上表面。或者如图3所示，液晶层412包裹光栅412的上表面和侧面，并填满光栅412的光栅间隙；或者，如图4所示，第一窗口还可以贯穿至衬底416，在液晶层413填满第一窗口后，液晶层413完全包裹光栅412，并填满光栅412的光栅间隙。
本实施例中，通过液晶层413覆盖光波导411中的光栅412以利用液晶改变光栅412的有效折射率，通过控制液晶两侧电极上施加电压的大小，即可实现对出射光束纵向偏转角度的调节，成本较低，光束偏转速度快，且基于半导体工艺的结构，可实现晶圆级液晶填充和电极制作，易于实现大批量生产。
在一个实施例中，如图2和图3所示，盖板419包括层叠设置的取向层4192和基板4191，取向层4192设于基板4191与液晶层413之间。
其中，当液晶层413未采用对光束敏感的液晶材料时，此时需要取向层4192对液晶取向进行取向，以使液晶分子整齐排列，且形成一定预倾角。基板4191的材料可以是二氧化硅。
具体地，若采用光学配向，则取向层4192可以选择对光束敏感的取向膜，取向膜的表面和液晶层413露出的表面接触；若采用摩擦配向，则取向层4192包含摩擦后的配向膜，配向膜的表面和液晶层413露出的表面接触；若采用光栅取向，则取向层4192包含光栅层，且光栅层的图形层和液晶层413露出的表面接触。
本实施例中，通过将取向层4192设于基板4191与液晶层413之间，从而使取向层4192和液晶层413露出的表面接触，实现对液晶层413的取向；另外，此时基板4191也对液晶层413进行了覆盖，从而将液晶层413封装于第一窗口内。
在一些实施例中，可以理解，当液晶层413直接采用对光束敏感的液晶材料时，则无需取向层4192，此时盖板419包括基板4191，不包括取向层4192。
在一个实施例中，盖板419还可以包括上膜层和/或下膜层，上膜层设于基板4191远离液晶层413的表面，下膜层设于基板4191靠近液晶层413的表面。上膜层可包括滤波器或检偏器，同样，下膜层也可包括滤波器或检偏器，当包括滤波器时，可实现对出射光束的滤波，当包括检偏器时，可将出射光束变成线偏振光。
在一个实施例中，如图5和图6所示，第一电极414设于盖板419上相对远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面，第二电极415设于埋氧层417靠近衬底416的一侧，与第一电极414相对分别位于液晶层413的上下侧。
可以理解，不论第一电极414是设于各盖板419远离液晶层413的表面，还是设于盖板419靠近液晶层413的表面，第一电极414都是相对位于液晶层413的同一侧，第一电极414和第二电极415分别位于液晶层413的上下两侧，第一电极414与第二电极415形成垂直电场，垂直电场驱动各液晶层413偏转，进而可通过调节垂直电场的电场强度，来快速改变光栅412的有效折射率，以快速调节从各光天线单元出射的光束的角度。
本实施例中，通过使第一电极414和第二电极415相对分别位于液晶层413的上下侧，从而可通过调节第一电极414与第二电极415形成的垂直电场的电场强度，来调节液晶层413的折射率，进而改变光栅412的有效折射率，以对各光天线单元出射的光束的角度进行调节，实现光学相控阵的纵向扫描。
在一个实施例中，如图5所示，光天线阵列4还包括引导电极4151；引导电极4151贯穿衬底416与第二电极415电性连接。
其中，由于第二电极415位于衬底416与埋氧层417之间，第二电极415难以直接与外部电源电连接，因此，通过引导电极4151贯穿衬底416与第二电极415电性连接，进而使第二电极415可通过引导电极4151与外部电源电连接。
在另一个实施例中，如图6所示，光天线阵列4还包括引导电极4151；引导电极4151贯穿覆盖层418和埋氧层417与第二电极415电性连接。
可以理解，还可以通过引导电极4151贯穿覆盖层418和埋氧层417与第二电极415电性连接，从在另一方向引出引导电极4151，使第二电极415可与外部电源电连接。
在一个实施例中，如图7所示，第一电极414设于盖板419远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面；衬底416内设有第二窗口，第二窗口暴露出埋氧层417，第二电极415设于第二窗口内。
本实施例中，通过将第一电极414设于盖板419远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面，将第二电极415设于第二窗口内，从而使第一电极414和第二电极415位于液晶层413垂直方向的两侧，第一电极414和第二电极415可形成垂直电场，通过调节垂直电场的电场强度，可改变液晶层413的折射率，进而改变光栅412的有效折射率，以改变光天线单元出射的光束的角度。另外，第二电极415设于第二窗口内，第二电极415直接暴露于第二窗口，则外部电源可直接与第二电极415电连接，第二电极415与外部电源连接较为便利。
在一个实施例中，每一光天线单元41的光栅412上面均设有一第一窗口；盖板419的数量为多个，各盖板419一一对应地覆盖各第一窗口内的液晶层413，第一电极414的数量为多个，各第一电极414一一对应地设于各盖板419远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面。
其中，如图5和图6所示，当第一电极414采用上述方式设置时，可以将第二电极415设于埋氧层417靠近衬底416的表面，引导电极4151贯穿衬底416与第二电极415电性连接；或引导电极4151贯穿覆盖层418和埋氧层417与第二电极415电性连接。
可选地，还可以在衬底416内设置第二窗口，第二窗口暴露出埋氧层417，第二电极415设于第二窗口内。其中，可以理解，如图8和图9所示，第二窗口内设置的第二电极415可以位于多个光天线单元41的下方，电极的正投影面同时覆盖多个光天线单元41的液晶层413。如图10和图11所示，第二窗口的数量可以为多个，对应地，第二电极415的数量为多个，各第二电极415一一对应地设于各第二窗口内，各第二电极415单元的正投影面分别覆盖各液晶层413的截面。
在另一个实施例中，每一光天线单元41的光栅412上面均设有一第一窗口；盖板419及其上的第一电极414同时覆盖多个光天线单元41的液晶层413。
在一个实施例中，如图10和图11所示，第一电极414设于盖板419上相对远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面；第二电极415的数量为多个，各第二电极415一一对应地设于各光天线单元41下方，各第二电极415的正投影面分别覆盖各光天线单元41的液晶层413的底面。
其中，第一电极414可以采用如上各实施例所示的方式设于盖板419上相对远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面，在此不再赘述。
在另一个实施例中，如图8和图9所示，第二电极415位于多个光天线单元41的下方，第二电极415的正投影面同时覆盖多个光天线单元41的液晶层413。
在另一个实施例中，如图8和图10所示，多个光天线单元41的光栅412位于同一第一窗口内，同一第一窗口内的液晶层413同时覆盖多个光栅412。
本实施例中，通过将多个光天线单元41的光栅412位于同一第一窗口内，同一第一窗口内的液晶层413同时覆盖多个光栅412，从而可以调节第一电极414和第二电极415形成的电场的电场强度，来改变液晶层413的折射率，进而统一调节多个光栅412的有效折射率。
在其中一个实施例中，如图8所示，第一电极414设于盖板419远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面；衬底416内设有第二窗口，第二窗口暴露出埋氧层417，第二电极415设于第二窗口内，第二电极415的正投影面同时覆盖多个光天线单元41的液晶层413。
本实施例中，第一电极414和第二电极415均为整体结构，只需调节第一电极414和第二电极415形成的电场的电场强度即可统一调节各液晶层413(各液晶层413可以连接在一起，也可相互分离)的折射率，进而使从各光天线单元出射的光束的角度统一变化相同角度，便于操作，避免了调节多个电场的电场强度易发生的光束变化角度不统一问题，从而提高了纵向扫描控制的精准度。
在其中一个实施例中，如图9所示，盖板419的数量为多个，各盖板419一一对应地覆盖各液晶层413，第一电极414的数量为多个，各第一电极414一一对应地设于各盖板419远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面；衬底416内设有第二窗口，第二窗口暴露出埋氧层417，第二电极415设于第二窗口内，第二电极415的正投影面同时覆盖多个光天线单元41的液晶层413。
本实施例中，各第一电极414共用第二电极415，通过调节各第一电极414与第二电极415形成的多个电场的电场强度，进而可分别地调节各液晶层413的折射率，实现对各光天线单元出射的光束的角度调节，实现光学相控阵的纵向扫描。
在一个实施例中，如图10所示，第一电极414设于盖板419远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面；第二窗口的数量为多个，第二电极415的数量为多个，各第二电极415一一对应地设于各第二窗口内，各第二电极415单元的正投影面分别覆盖各液晶层413的截面。
本实施例中，各第二电极415共用第一电极414，通过调节第一电极414与各第二电极415形成的多个电场的电场强度，进而可分别地调节各液晶层413的折射率，实现对各光天线单元出射的光束的角度调节，实现光学相控阵的纵向扫描。
在其中一个实施例中，如图11所示，盖板419的数量为多个，各盖板419一一对应地覆盖各液晶层413，第一电极414的数量为多个，各第一电极414一一对应地设于各盖板419远离液晶层413的表面或靠近液晶层413的表面；第二窗口的数量为多个，第二电极415的数量为多个，各第二电极415一一对应地设于各第二窗口内，各第二电极415单元的正投影面分别覆盖各液晶层413的截面。
具体地，光天线阵列4包括的多个光天线单元41可以为独立单元，彼此不存在共用结构，每个光天线单元41中均设有第一电极414和第二电极415，通过第一电极414和第二电极415形成驱动光天线单元41中的液晶层413偏转的电场，可通过改变施加电压的大小改变液晶层413的折射率，进而改变光栅412的有效折射率，以调节光天线单元41出射光束的角度。因此，在各光天线单元41均设有第一电极414和第二电极415的情况下，各光天线单元41出射光束的角度可以独立调节，灵活性较高。
本实施例中，各第一电极414与各第二电极415一一对应，相对应的第一电极414与第二电极415形成电场，可以通过调节第一电极414和第二电极415来调节电场的电场强度，灵活性相对更高。
在一个实施例中，如图12和图13所示，各液晶层413两侧的覆盖层418内分别设有第一电极414和第二电极415，第一电极414和第二电极415沿液晶层413左右两侧相对设置。
可以理解，还可以使用水平电场调节液晶层413的折射率，通过在各液晶层413水平方向的两侧分别设置第一电极414和第二电极415，进而可分别形成对各液晶层413的折射率进行调节的水平电场。
本实施例中，通过在各液晶层413水平方向的两侧设有第一电极414和第二电极415，进而通过该方式设置的第一电极414和第二电极415形成水平电场，实现对各液晶层413的折射率的调节。
在一个实施例中，如图2和图3所示，液晶层413覆盖光栅412并填充于光栅412的空隙中。从而可以通过调节第一电极414和第二电极415所形成的电场调整液晶层413的折射率来改变光栅412的有效折射率。
在一个实施例中，光栅412沿光传输方向的占空比与预设阈值的差值的绝对值逐渐减小。
其中，预设阈值可以为0.5。即沿光传输方向，光栅412的占空比dc与0.5的差值的绝对值|dc-0.5|逐渐减小。
本实施例中，通过使光栅412沿光传输方向的占空比与预设阈值的差值的绝对值逐渐减小，而以该方式变化的占空比可以实现出射光束的聚拢，进而优化光强分布。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种半导体光学相控阵，其特征在于，包括衬底、设于所述衬底上的埋氧层、设于所述埋氧层上的光器件层和覆盖所述光器件层的覆盖层，所述光器件层设有：
入射耦合器；
分束器阵列，所述分束器阵列的输入端与所述入射耦合器的输出端连接；
光相移器阵列，所述光相移器阵列的各输入端分别与所述分束器阵列的各输出端一一对应连接；
光天线阵列，所述光天线阵列包括盖板和多个光天线单元，各所述光天线单元的输入端分别与所述光相移器阵列的各输出端一一对应连接；所述光天线单元包括光波导、光栅和液晶层，所述光栅设于所述光波导中，所述覆盖层对应所述光栅处设有第一窗口，所述液晶层填充于所述第一窗口内并覆盖所述光栅；所述光波导内传输的光束经所述光栅和液晶层偏转后由所述第一窗口输出；所述盖板覆盖于所述液晶层上表面以将所述液晶层封装于所述第一窗口内；
第一电极和第二电极，设于所述液晶层的相对两侧，所述第一电极和所述第二电极用于形成驱动所述液晶层偏转的电场，以利用所述电场调整所述液晶层的折射率来改变所述光栅的有效折射率。
2.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述盖板包括层叠设置的取向层和基板，所述取向层设于所述基板与所述液晶层之间。
3.根据权利要求2所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述盖板还包括与所述基板层叠设置的滤波器和/或检偏器。
4.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述第一电极设于所述盖板上相对远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面，所述第二电极设于所述埋氧层靠近所述衬底的一侧，与所述第一电极相对分别位于所述液晶层的上下侧。
5.根据权利要求4所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述光天线阵列还包括引导电极；所述引导电极贯穿所述衬底与所述第二电极电性连接；或所述引导电极贯穿所述覆盖层和所述埋氧层与所述第二电极电性连接。
6.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述第一电极设于所述盖板远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面；
所述衬底内设有第二窗口，所述第二窗口暴露出所述埋氧层，所述第二电极设于所述第二窗口内。
7.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，每一所述光天线单元的光栅上面均设有一所述第一窗口；
所述盖板的数量为多个，各所述盖板一一对应地覆盖各所述第一窗口内的液晶层，所述第一电极的数量为多个，各所述第一电极一一对应地设于各所述盖板远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面；或者，所述盖板及其上的所述第一电极同时覆盖多个所述光天线单元的液晶层；
所述第二电极设于所述光天线单元下方。
8.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述第一电极设于所述盖板上相对远离所述液晶层的表面或靠近所述液晶层的表面；
所述第二电极的数量为多个，各所述第二电极一一对应地设于各所述光天线单元下方，各所述第二电极的正投影面分别覆盖各所述光天线单元的液晶层的底面；或者，所述第二电极位于多个所述光天线单元的下方，所述第二电极的正投影面同时覆盖多个所述光天线单元的液晶层。
9.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，各所述液晶层两侧的所述覆盖层内分别设有所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极和第二电极沿所述液晶层左右两侧相对设置。
10.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，多个所述光天线单元的光栅位于同一所述第一窗口内，同一所述第一窗口内的液晶层同时覆盖多个所述光栅。
11.根据权利要求1所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述液晶层覆盖所述光栅并填充于所述光栅的空隙中。
12.根据权利要求1至11任一项所述的半导体光学相控阵，其特征在于，所述光栅沿光传输方向的占空比与预设阈值的差值的绝对值逐渐减小。
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