TWM641865U - 半導體光學相控陣 - Google Patents
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Abstract
本創作涉及一種半導體光學相控陣，包括依次層疊的襯底、埋氧層、光器件層和覆蓋層，光器件層包括：入射耦合器、分束器陣列、光相移器陣列、光天線陣列、第一電極和第二電極；其中，光天線陣列包括蓋板和多個光天線單元，光天線單元包括光波導、光柵和液晶層，光柵設於光波導中，覆蓋層對應光柵處設有第一窗口，液晶層填充於第一窗口內並覆蓋光柵；第一電極和第二電極用於形成驅動液晶層偏轉的電場。上述半導體光學相控陣，在各光天線單元的出光位置採用液晶覆蓋光波導上的光柵，結合半導體結構設置電極以控制液晶的電場，實現對出射光束縱向偏轉角度的調節，成本較低，光束偏轉速度快，且基於半導體製程的結構，易於實現大批量生產。
Description
相關申請案
本創作係主張中國專利申請案第202221811513.7號（申請日：2022年07月14日）之優先權，該申請案之完整內容納入為本創作專利說明書的一部分以供參照。
本創作涉及相控陣技術領域，特別是涉及一種半導體光學相控陣。
光學相控陣是在傳統的微波相控陣的基礎上發展而來的，是一種新型的光束成型和指向調控方式。光學相控陣可以工作在近紅外波段乃至可見光波段。相比於微波相控陣，光學相控陣的單元尺寸更小，陣列規模可以做到很大，具有更好的集成度和更小的功耗。
目前，光學相控陣通常採用波導光柵作為發射器，主要藉由改變輸入波長的方式來實現出射光束的縱向偏轉，但改變輸入波長的方式驅動光束偏轉的效率較低，需要雷射器實現大範圍的波長調諧，而可調諧雷射器造價昂貴，會導致光學相控陣的成本較高。
基於此，有必要針對現有技術中的改變輸入波長的方式來實現出射光束的縱向偏轉方案需要採用可調諧雷射器，成本高、偏轉效率低的問題提供一種半導體光學相控陣。
為了實現上述目的，本申請提供了一種半導體光學相控陣，包括襯底、設於所述襯底上的埋氧層、設於所述埋氧層上的光器件層和覆蓋所述光器件層的覆蓋層，所述光器件層設有：
入射耦合器；
分束器陣列，所述分束器陣列的輸入端與所述入射耦合器的輸出端連接；
光相移器陣列，所述光相移器陣列的各輸入端分別與所述分束器陣列的各輸出端一一對應連接；
光天線陣列，所述光天線陣列包括蓋板和多個光天線單元，各所述光天線單元的輸入端分別與所述光相移器陣列的各輸出端一一對應連接；所述光天線單元包括光波導、光柵和液晶層，所述光柵設於所述光波導中，所述覆蓋層對應所述光柵處設有第一窗口，所述液晶層填充於所述第一窗口內並覆蓋所述光柵；所述光波導內傳輸的光束經所述光柵和液晶層偏轉後由所述第一窗口輸出；所述蓋板覆蓋於所述液晶層上表面以將所述液晶層封裝於所述第一窗口內；
第一電極和第二電極，設於所述液晶層的相對兩側，所述第一電極和所述第二電極用於形成驅動所述液晶層偏轉的電場，以利用所述電場調整所述液晶層的折射率來改變所述光柵的有效折射率。
在其中一個實施例中，所述蓋板包括層疊設置的取向層和基板，所述取向層設於所述基板與所述液晶層之間。
在其中一個實施例中，所述蓋板還包括與所述基板層疊設置的濾波器和/或檢偏器。
在其中一個實施例中，所述第一電極設於所述蓋板上相對遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面，所述第二電極設於所述埋氧層靠近所述襯底的一側，與所述第一電極相對分別位於所述液晶層的上下側。
在其中一個實施例中，所述光天線陣列還包括引導電極；所述引導電極貫穿所述襯底與所述第二電極電性連接；或所述引導電極貫穿所述覆蓋層和所述埋氧層與所述第二電極電性連接。
在其中一個實施例中，所述第一電極設於所述蓋板遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面；所述襯底內設有第二窗口，所述第二窗口暴露出所述埋氧層，所述第二電極設於所述第二窗口內。
在其中一個實施例中，每一所述光天線單元的光柵上面均設有一所述第一窗口；所述蓋板的數量為多個，各所述蓋板一一對應地覆蓋各所述第一窗口內的液晶層，所述第一電極的數量為多個，各所述第一電極一一對應地設於各所述蓋板遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面；或者，所述蓋板及其上的所述第一電極同時覆蓋多個所述光天線單元的液晶層；所述第二電極設於所述光天線單元下方。
在其中一個實施例中，所述第一電極設於所述蓋板上相對遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面；所述第二電極的數量為多個，各所述第二電極一一對應地設於各所述光天線單元下方，各所述第二電極的正投影面分別覆蓋各所述光天線單元的液晶層的底面；或者，所述第二電極位於多個所述光天線單元的下方，所述第二電極的正投影面同時覆蓋多個所述光天線單元的液晶層。
在其中一個實施例中，各所述液晶層兩側的所述覆蓋層內分別設有所述第一電極和所述第二電極，所述第一電極和第二電極沿所述液晶層左右兩側相對設置。
在其中一個實施例中，多個所述光天線單元的光柵位於同一所述第一窗口內，同一所述第一窗口內的液晶層同時覆蓋多個所述光柵。
在其中一個實施例中，所述液晶層覆蓋所述光柵並填充於所述光柵的空隙中。
在其中一個實施例中，所述光柵沿光傳輸方向的占空比與預設閾值的差值的絕對值逐漸減小。
上述半導體光學相控陣，在半導體光學相控陣的出光位置採用液晶覆蓋光波導上的光柵，結合半導體結構設置電極以控制液晶的電場，藉由控制電極的電壓即可改變液晶層的折射率，從而改變光柵的有效折射率，進而改變從光柵出射光束的衍射角度，藉由電壓的變化即可實現對出射光束縱向偏轉角度的調節，成本較低，光束偏轉速度快，且基於半導體製程的結構，易於實現大批量生產。
為了便於理解本申請，下面將參照相關圖式對本申請進行更全面的描述。圖式中給出了本申請的實施例。但是，本申請可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使本申請的公開內容更加透徹全面。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與所屬技術領域具有通常知識者通常理解的含義相同。本文中在本申請的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本申請。
應當明白，當元件或層被稱為「在...上」、「與...相鄰」、「連接到」或「耦合到」其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為「直接在...上」、「與...直接相鄰」、「直接連接到」或「直接耦合到」其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，儘管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區、層、摻雜類型和/或部分，這些元件、部件、區、層、摻雜類型和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區分一個元件、部件、區、層、摻雜類型或部分與另一個元件、部件、區、層、摻雜類型或部分。因此，在不脫離本創作教導之下，下面討論的第一元件、部件、區、層、摻雜類型或部分可表示為第二元件、部件、區、層或部分；舉例來說，可以將第一摻雜類型成為第二摻雜類型，且類似地，可以將第二摻雜類型成為第一摻雜類型；第一摻雜類型與第二摻雜類型為不同的摻雜類型，譬如，第一摻雜類型可以為P型且第二摻雜類型可以為N型，或第一摻雜類型可以為N型且第二摻雜類型可以為P型。
空間關係術語例如「在...下」、「在...下面」、「下面的」、「在...之下」、「在...之上」、「上面的」等，在這裡可以用於描述圖中所示的一個元件或特徵與其它元件或特徵的關係。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關係術語還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉，描述為「在其它元件下面」或「在其之下」或「在其下」元件或特徵將取向為在其它元件或特徵「上」。因此，示例性術語「在...下面」和「在...下」可包括上和下兩個取向。此外，器件也可以包括另外地取向（譬如，旋轉90度或其它取向），並且在此使用的空間描述語相應地被解釋。
在此使用時，單數形式的「一」、「一個」和「所述/該」也可以包括複數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應當理解的是，術語「包括/包含」或「具有」等指定所陳述的特徵、整體、步驟、操作、組件、部分或它們的組合的存在，但是不排除存在或添加一個或更多個其他特徵、整體、步驟、操作、組件、部分或它們的組合的可能性。同時，在本說明書中，術語「和/或」包括相關所列項目的任何及所有組合。
這裡參考作為本創作的理想實施例（和中間結構）的示意圖的橫截面圖來描述本創作的實施例，這樣可以預期由於例如製造技術和/或容差導致的所示形狀的變化。因此，本創作的實施例不應當局限於在此所示的區的特定形狀，而是包括由於例如製造技術導致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入區在其邊緣通常具有圓的或彎曲特徵和/或注入濃度梯度，而不是從注入區到非注入區的二元改變。同樣，藉由注入形成的埋藏區可導致該埋藏區和注入進行時所經過的表面之間的區中的一些注入。因此，圖中顯示的區實質上是示意性的，它們的形狀並不表示器件的區的實際形狀，且並不限定本創作的範圍。
在一個實施例中，如圖1至圖3所示，提供一種半導體光學相控陣，包括襯底416、設於襯底416上的埋氧層417、設於埋氧層417上的光器件層和覆蓋光器件層的覆蓋層418。光器件層設有：入射耦合器1、分束器陣列2、光相移器陣列3、光天線陣列4、第一電極414和第二電極415。分束器陣列2的輸入端與入射耦合器1的輸出端連接；光相移器陣列3的各輸入端分別與分束器陣列2的各輸出端一一對應連接；光天線陣列4包括蓋板419和多個光天線單元41，各光天線單元41的輸入端分別與光相移器陣列3的各輸出端一一對應連接；光天線單元41包括光波導411、光柵412和液晶層413，光柵412設於光波導411中，覆蓋層418對應光柵412處設有第一窗口，液晶層413填充於第一窗口內並覆蓋光柵412；光波導411內傳輸的光束經光柵412和液晶層413偏轉後由第一窗口輸出；蓋板419覆蓋於液晶層413上表面以將液晶層413封裝於第一窗口內；第一電極414和第二電極415，設於液晶層413的相對兩側，第一電極414和第二電極415用於形成驅動液晶層413偏轉的電場，以利用電場調整液晶層413的折射率來改變光柵412的有效折射率。
其中，光波導411的材料可以為矽、氮化矽或氮氧化矽等，光柵412可以藉由加工光波導411形成。第一電極414和第二電極415的材料可以是ITO（IndiumTinOxide，摻錫氧化銦），也可以是銅、鋁、金、銀、鉑等。其中，襯底416的材料可以為矽、碳化矽等，覆蓋層418和埋氧層417的材料可以為氧化矽。蓋板419的材料可以為透光材料，光束可穿過蓋板419射向外界，可以藉由一塊蓋板419覆蓋所有的液晶層413，從而將各液晶層413限制在各第一窗口內。
具體地，入射耦合器1將雷射器發射的雷射耦合入分束器陣列2中，分束器陣列2包括多個分束器單元21，用於對入射光進行分光，藉由分束器陣列2對雷射分光後，得到多束子雷射光束，多束子雷射光束傳輸至光相移器陣列3，光相移器陣列3包括多個光相移器單元31，藉由各光相移器單元31調節各子雷射光束的相位，實現輸出光束在垂直於光波導411的橫向方向上的掃描。在調節後的各子雷射光束從光相移器陣列3傳輸至光天線陣列4，經光天線陣列4的光柵412衍射後從第一窗口偏轉輸出，由於對第一電極414和第二電極415施加電壓後，第一電極414和第二電極415可形成驅動液晶層413偏轉的電場，則藉由改變施加電壓的大小可改變液晶層413的折射率，從而改變光柵412的有效折射率，進而改變從光柵412出射的子光束的衍射角度，實現縱向掃描。
可以理解，如圖2所示，第一窗口可以貫穿至埋氧層417，在液晶層413填滿第一窗口後，液晶層413覆蓋光柵412的上表面。或者如圖3所示，液晶層413包裹光柵412的上表面和側面，並填滿光柵412的光柵間隙；或者，如圖4所示，第一窗口還可以貫穿至襯底416，在液晶層413填滿第一窗口後，液晶層413完全包裹光柵412，並填滿光柵412的光柵間隙。
本實施例中，藉由液晶層413覆蓋光波導411中的光柵412以利用液晶改變光柵412的有效折射率，藉由控制液晶兩側電極上施加電壓的大小，即可實現對出射光束縱向偏轉角度的調節，成本較低，光束偏轉速度快，且基於半導體製程的結構，可實現晶圓級液晶填充和電極製作，易於實現大批量生產。
在一個實施例中，如圖2和圖3所示，蓋板419包括層疊設置的取向層4192和基板4191，取向層4192設於基板4191與液晶層413之間。
其中，當液晶層413未採用對光束敏感的液晶材料時，此時需要取向層4192對液晶取向進行取向，以使液晶分子整齊排列，且形成一定預傾角。基板4191的材料可以是二氧化矽。
具體地，若採用光學配向，則取向層4192可以選擇對光束敏感的取向膜，取向膜的表面和液晶層413露出的表面接觸；若採用摩擦配向，則取向層4192包含摩擦後的配向膜，配向膜的表面和液晶層413露出的表面接觸；若採用光柵取向，則取向層4192包含光柵層，且光柵層的圖形層和液晶層413露出的表面接觸。
本實施例中，藉由將取向層4192設於基板4191與液晶層413之間，從而使取向層4192和液晶層413露出的表面接觸，實現對液晶層413的取向；另外，此時基板4191也對液晶層413進行了覆蓋，從而將液晶層413封裝於第一窗口內。
在一些實施例中，可以理解，當液晶層413直接採用對光束敏感的液晶材料時，則無需取向層4192，此時蓋板419包括基板4191，不包括取向層4192。
在一個實施例中，蓋板419還可以包括上膜層和/或下膜層，上膜層設於基板4191遠離液晶層413的表面，下膜層設於基板4191靠近液晶層413的表面。上膜層可包括濾波器或檢偏器，同樣，下膜層也可包括濾波器或檢偏器，當包括濾波器時，可實現對出射光束的濾波，當包括檢偏器時，可將出射光束變成線偏振光。
在一個實施例中，如圖5和圖6所示，第一電極414設於蓋板419上相對遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面，第二電極415設於埋氧層417靠近襯底416的一側，與第一電極414相對分別位於液晶層413的上下側。
可以理解，不論第一電極414是設於各蓋板419遠離液晶層413的表面，還是設於蓋板419靠近液晶層413的表面，第一電極414都是相對位於液晶層413的同一側，第一電極414和第二電極415分別位於液晶層413的上下兩側，第一電極414與第二電極415形成垂直電場，垂直電場驅動各液晶層413偏轉，進而可藉由調節垂直電場的電場強度，來快速改變光柵412的有效折射率，以快速調節從各光天線單元41出射的光束的角度。
本實施例中，藉由使第一電極414和第二電極415相對分別位於液晶層413的上下側，從而可藉由調節第一電極414與第二電極415形成的垂直電場的電場強度，來調節液晶層413的折射率，進而改變光柵412的有效折射率，以對各光天線單元41出射的光束的角度進行調節，實現光學相控陣的縱向掃描。
在一個實施例中，如圖5所示，光天線陣列4還包括引導電極4151；引導電極4151貫穿襯底416與第二電極415電性連接。
其中，由於第二電極415位於襯底416與埋氧層417之間，第二電極415難以直接與外部電源電連接，因此，藉由引導電極4151貫穿襯底416與第二電極415電性連接，進而使第二電極415可藉由引導電極4151與外部電源電連接。
在另一個實施例中，如圖6所示，光天線陣列4還包括引導電極4151；引導電極4151貫穿覆蓋層418和埋氧層417與第二電極415電性連接。
可以理解，還可以藉由引導電極4151貫穿覆蓋層418和埋氧層417與第二電極415電性連接，從在另一方向引出引導電極4151，使第二電極415可與外部電源電連接。
在一個實施例中，如圖7所示，第一電極414設於蓋板419遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面；襯底416內設有第二窗口，第二窗口暴露出埋氧層417，第二電極415設於第二窗口內。
本實施例中，藉由將第一電極414設於蓋板419遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面，將第二電極415設於第二窗口內，從而使第一電極414和第二電極415位於液晶層413垂直方向的兩側，第一電極414和第二電極415可形成垂直電場，藉由調節垂直電場的電場強度，可改變液晶層413的折射率，進而改變光柵412的有效折射率，以改變光天線單元41出射的光束的角度。另外，第二電極415設於第二窗口內，第二電極415直接暴露於第二窗口，則外部電源可直接與第二電極415電連接，第二電極415與外部電源連接較為便利。
在一個實施例中，每一光天線單元41的光柵412上面均設有一第一窗口；蓋板419的數量為多個，各蓋板419一一對應地覆蓋各第一窗口內的液晶層413，第一電極414的數量為多個，各第一電極414一一對應地設於各蓋板419遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面。
其中，如圖5和圖6所示，當第一電極414採用上述方式設置時，可以將第二電極415設於埋氧層417靠近襯底416的表面，引導電極4151貫穿襯底416與第二電極415電性連接；或引導電極4151貫穿覆蓋層418和埋氧層417與第二電極415電性連接。
可選地，還可以在襯底416內設置第二窗口，第二窗口暴露出埋氧層417，第二電極415設於第二窗口內。其中，可以理解，如圖8和圖9所示，第二窗口內設置的第二電極415可以位於多個光天線單元41的下方，電極的正投影面同時覆蓋多個光天線單元41的液晶層413。如圖10和圖11所示，第二窗口的數量可以為多個，對應地，第二電極415的數量為多個，各第二電極415一一對應地設於各第二窗口內，各第二電極415單元的正投影面分別覆蓋各液晶層413的截面。
在另一個實施例中，每一光天線單元41的光柵412上面均設有一第一窗口；蓋板419及其上的第一電極414同時覆蓋多個光天線單元41的液晶層413。
在一個實施例中，如圖10和圖11所示，第一電極414設於蓋板419上相對遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面；第二電極415的數量為多個，各第二電極415一一對應地設於各光天線單元41下方，各第二電極415的正投影面分別覆蓋各光天線單元41的液晶層413的底面。
其中，第一電極414可以採用如上各實施例所示的方式設於蓋板419上相對遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面，在此不再贅述。
在另一個實施例中，如圖8和圖9所示，第二電極415位於多個光天線單元41的下方，第二電極415的正投影面同時覆蓋多個光天線單元41的液晶層413。
在另一個實施例中，如圖8和圖10所示，多個光天線單元41的光柵412位於同一第一窗口內，同一第一窗口內的液晶層413同時覆蓋多個光柵412。
本實施例中，藉由將多個光天線單元41的光柵412位於同一第一窗口內，同一第一窗口內的液晶層413同時覆蓋多個光柵412，從而可以調節第一電極414和第二電極415形成的電場的電場強度，來改變液晶層413的折射率，進而統一調節多個光柵412的有效折射率。
在其中一個實施例中，如圖8所示，第一電極414設於蓋板419遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面；襯底416內設有第二窗口，第二窗口暴露出埋氧層417，第二電極415設於第二窗口內，第二電極415的正投影面同時覆蓋多個光天線單元41的液晶層413。
本實施例中，第一電極414和第二電極415均為整體結構，只需調節第一電極414和第二電極415形成的電場的電場強度即可統一調節各液晶層413（各液晶層413可以連接在一起，也可相互分離）的折射率，進而使從各光天線單元41出射的光束的角度統一變化相同角度，便於操作，避免了調節多個電場的電場強度易發生的光束變化角度不統一問題，從而提高了縱向掃描控制的精准度。
在其中一個實施例中，如圖9所示，蓋板419的數量為多個，各蓋板419一一對應地覆蓋各液晶層413，第一電極414的數量為多個，各第一電極414一一對應地設於各蓋板419遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面；襯底416內設有第二窗口，第二窗口暴露出埋氧層417，第二電極415設於第二窗口內，第二電極415的正投影面同時覆蓋多個光天線單元41的液晶層413。
本實施例中，各第一電極414共用第二電極415，藉由調節各第一電極414與第二電極415形成的多個電場的電場強度，進而可分別地調節各液晶層413的折射率，實現對各光天線單元41出射的光束的角度調節，實現光學相控陣的縱向掃描。
在一個實施例中，如圖10所示，第一電極414設於蓋板419遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面；第二窗口的數量為多個，第二電極415的數量為多個，各第二電極415一一對應地設於各第二窗口內，各第二電極415單元的正投影面分別覆蓋各液晶層413的截面。
本實施例中，各第二電極415共用第一電極414，藉由調節第一電極414與各第二電極415形成的多個電場的電場強度，進而可分別地調節各液晶層413的折射率，實現對各光天線單元41出射的光束的角度調節，實現光學相控陣的縱向掃描。
在其中一個實施例中，如圖11所示，蓋板419的數量為多個，各蓋板419一一對應地覆蓋各液晶層413，第一電極414的數量為多個，各第一電極414一一對應地設於各蓋板419遠離液晶層413的表面或靠近液晶層413的表面；第二窗口的數量為多個，第二電極415的數量為多個，各第二電極415一一對應地設於各第二窗口內，各第二電極415單元的正投影面分別覆蓋各液晶層413的截面。
具體地，光天線陣列4包括的多個光天線單元41可以為獨立單元，彼此不存在共用結構，每個光天線單元41中均設有第一電極414和第二電極415，藉由第一電極414和第二電極415形成驅動光天線單元41中的液晶層413偏轉的電場，可藉由改變施加電壓的大小改變液晶層413的折射率，進而改變光柵412的有效折射率，以調節光天線單元41出射光束的角度。因此，在各光天線單元41均設有第一電極414和第二電極415的情況下，各光天線單元41出射光束的角度可以獨立調節，靈活性較高。
本實施例中，各第一電極414與各第二電極415一一對應，相對應的第一電極414與第二電極415形成電場，可以藉由調節第一電極414和第二電極415來調節電場的電場強度，靈活性相對更高。
在一個實施例中，如圖12和圖13所示，各液晶層413兩側的覆蓋層418內分別設有第一電極414和第二電極415，第一電極414和第二電極415沿液晶層413左右兩側相對設置。
可以理解，還可以使用水平電場調節液晶層413的折射率，藉由在各液晶層413水平方向的兩側分別設置第一電極414和第二電極415，進而可分別形成對各液晶層413的折射率進行調節的水平電場。
本實施例中，藉由在各液晶層413水平方向的兩側設有第一電極414和第二電極415，進而藉由該方式設置的第一電極414和第二電極415形成水平電場，實現對各液晶層413的折射率的調節。
在一個實施例中，如圖2和圖3所示，液晶層413覆蓋光柵412並填充於光柵412的空隙中。從而可以藉由調節第一電極414和第二電極415所形成的電場調整液晶層413的折射率來改變光柵412的有效折射率。
在一個實施例中，光柵412沿光傳輸方向的占空比與預設閾值的差值的絕對值逐漸減小。
其中，預設閾值可以為0.5。即沿光傳輸方向，光柵412的占空比dc與0.5的差值的絕對值|dc-0.5|逐漸減小。
本實施例中，藉由使光柵412沿光傳輸方向的占空比與預設閾值的差值的絕對值逐漸減小，而以該方式變化的占空比可以實現出射光束的聚攏，進而優化光強分佈。
在本說明書的描述中，參考術語「有些實施例」、「其他實施例」、「理想實施例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特徵包含於本創作的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性描述不一定指的是相同的實施例或示例。
上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本申請的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對申請專利範圍的限制。應當指出的是，對於所屬技術領域具有通常知識者來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本申請的保護範圍。因此，本申請專利的保護範圍應以所附申請專利範圍為准。
1:入射耦合器
2:分束器陣列
21:分束器單元
3:光相移器陣列
31:光相移器單元
4:光天線陣列
41:光天線單元
411:光波導
412:光柵
413:液晶層
414:第一電極
415:第二電極
4151:引導電極
416:襯底
417:埋氧層
418:覆蓋層
419:蓋板
4191:基板
4192:取向層
為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的圖式作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本申請的一些實施例，對於所屬技術領域具有通常知識者來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖式獲得其他的圖式。
圖1為一實施例中提供的半導體光學相控陣的結構方塊圖；
圖2為一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的光天線縱截面部分結構示意圖；
圖3為一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線單元的縱截面結構示意圖；
圖4為另一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的光天線縱截面部分結構示意圖；
圖5為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的橫截面結構示意圖；
圖6為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的橫截面結構示意圖；
圖7為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的縱截面結構示意圖；
圖8為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的橫截面結構示意圖；
圖9為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的橫截面結構示意圖；
圖10為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的橫截面結構示意圖；
圖11為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的橫截面結構示意圖；
圖12為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線陣列的橫截面結構示意圖；
圖13為又一實施例中提供的半導體光學相控陣中的光天線單元的橫截面結構示意圖。
1:入射耦合器
2:分束器陣列
21:分束器單元
3:光相移器陣列
31:光相移器單元
4:光天線陣列
41:光天線單元
Claims (12)
- 一種半導體光學相控陣，其包括襯底、設於所述襯底上的埋氧層、設於所述埋氧層上的光器件層和覆蓋所述光器件層的覆蓋層，所述光器件層設有： 入射耦合器； 分束器陣列，所述分束器陣列的輸入端與所述入射耦合器的輸出端連接； 光相移器陣列，所述光相移器陣列的各輸入端分別與所述分束器陣列的各輸出端一一對應連接； 光天線陣列，所述光天線陣列包括蓋板和多個光天線單元，各所述光天線單元的輸入端分別與所述光相移器陣列的各輸出端一一對應連接；所述光天線單元包括光波導、光柵和液晶層，所述光柵設於所述光波導中，所述覆蓋層對應所述光柵處設有第一窗口，所述液晶層填充於所述第一窗口內並覆蓋所述光柵；所述光波導內傳輸的光束經所述光柵和液晶層偏轉後由所述第一窗口輸出；所述蓋板覆蓋於所述液晶層上表面以將所述液晶層封裝於所述第一窗口內； 第一電極和第二電極，設於所述液晶層的相對兩側，所述第一電極和所述第二電極用於形成驅動所述液晶層偏轉的電場，以利用所述電場調整所述液晶層的折射率來改變所述光柵的有效折射率。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，所述蓋板包括層疊設置的取向層和基板，所述取向層設於所述基板與所述液晶層之間。
- 如請求項2所述的半導體光學相控陣，其中，所述蓋板還包括與所述基板層疊設置的濾波器和/或檢偏器。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，所述第一電極設於所述蓋板上相對遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面，所述第二電極設於所述埋氧層靠近所述襯底的一側，與所述第一電極相對分別位於所述液晶層的上下側。
- 如請求項4所述的半導體光學相控陣，其中，所述光天線陣列還包括引導電極；所述引導電極貫穿所述襯底與所述第二電極電性連接；或所述引導電極貫穿所述覆蓋層和所述埋氧層與所述第二電極電性連接。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，所述第一電極設於所述蓋板遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面； 所述襯底內設有第二窗口，所述第二窗口暴露出所述埋氧層，所述第二電極設於所述第二窗口內。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，每一所述光天線單元的光柵上面均設有一所述第一窗口； 所述蓋板的數量為多個，各所述蓋板一一對應地覆蓋各所述第一窗口內的液晶層，所述第一電極的數量為多個，各所述第一電極一一對應地設於各所述蓋板遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面；或者，所述蓋板及其上的所述第一電極同時覆蓋多個所述光天線單元的液晶層； 所述第二電極設於所述光天線單元下方。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，所述第一電極設於所述蓋板上相對遠離所述液晶層的表面或靠近所述液晶層的表面； 所述第二電極的數量為多個，各所述第二電極一一對應地設於各所述光天線單元下方，各所述第二電極的正投影面分別覆蓋各所述光天線單元的液晶層的底面；或者，所述第二電極位於多個所述光天線單元的下方，所述第二電極的正投影面同時覆蓋多個所述光天線單元的液晶層。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，各所述液晶層兩側的所述覆蓋層內分別設有所述第一電極和所述第二電極，所述第一電極和第二電極沿所述液晶層左右兩側相對設置。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，多個所述光天線單元的光柵位於同一所述第一窗口內，同一所述第一窗口內的液晶層同時覆蓋多個所述光柵。
- 如請求項1所述的半導體光學相控陣，其中，所述液晶層覆蓋所述光柵並填充於所述光柵的空隙中。
- 如請求項1至11中任一項所述的半導體光學相控陣，其中，所述光柵沿光傳輸方向的占空比與預設閾值的差值的絕對值逐漸減小。
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