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硅基光學相控陣激光雷達方面新進展

摘要:中國科學院半導體研究所光子集成技術研究組在硅基光學相控陣激光雷達方面取得新研究進展。

  ICC訊 硅基光學相控陣(OPA)激光雷達具有集成度高,掃描速度快,成本低等優勢,是固態激光雷達的重要發展方向,近幾年不斷獲得突破性進展。但是,硅基OPA發射芯片的光損耗一直是個問題,尤其是硅波導在高激光輸入功率時,非線性吸收較強,如雙光子吸收,自由載流子吸收等。

  為了降低硅基OPA高輸入功率工作時非線性效應帶來的光損耗,中國科學院半導體研究所材料重點實驗室光子集成技術研究組提出了一種SiN-Si雙層材料OPA激光雷達發射芯片。SiN層以150 nm的二氧化硅間隔位于SOI襯底上方,硅器件和SiN器件位于這兩層,不會互相干擾。該芯片輸入耦合器和級聯分束器采用SiN材料,后端的相位調制器和光學天線采用硅材料,雙層波導通過一種耦合結構來實現光學連通。SiN-Si雙層材料OPA芯片具有低損耗特性,前端器件由SiN制成,可輸入瓦級光功率,適于遠距離工作。實驗表明,對于常規Si OPA芯片,輸入光功率超過17 dBm時,雙光子吸收損耗明顯增大,而SiN-Si OPA芯片無此問題,雙層耦合損耗小于0.2 dB。同時,在SiN-Si OPA芯片中,團隊采用了一種整體光柵光學天線,實現了96°×14°的二維掃描,其橫向掃描范圍為目前所報道的最優實驗結果。

圖1. SiN-Si雙層OPA芯片顯微鏡照片

圖2. (a)端面耦合器;(b)光柵耦合器;(c)級聯的MMI;(d)SiN-Si雙層耦合結構;(e)熱光調相器;(f)光學天線

圖3. SiN-Si OPA芯片、Si OPA芯片輸出功率與輸入功率的關系

圖4 SiN-Si OPA芯片二維掃描實驗結果,(a)橫向掃描范圍;(b)縱向掃描范圍

  相關研究成果發表在Photonics Research期刊上(Vol. 8, Issue 6, pp. 912-919 (2020))。博士研究生王鵬飛為第一作者,潘教青研究員為通訊作者,該工作得到了國家自然科學基金委重點項目、北京市科委項目和企業項目的共同資助。

  文章鏈接:

  https://doi.org/10.1364/PRJ.387376

內容來自:半導體所光子集成技術研究組
本文地址:http://www.ljfrno.tw//Site/CN/News/2020/05/29/20200529010910368075.htm 轉載請保留文章出處
關鍵字: 硅光 激光雷達
文章標題:硅基光學相控陣激光雷達方面新進展
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