光学相控阵技术研究进展

颜跃武; 安俊明; 张家顺; 王亮亮; 尹小杰; 吴远大; 王玥

doi:doi:10.3788/LOP55.020006

激光与光电子学进展, 2018, 55 (2): 020006, 网络出版: 2018-09-10

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Research Progress of Optical Phased Array Technology

颜跃武 ^1,2安俊明 ^1,2张家顺 ^1,*王亮亮 ¹尹小杰 ¹吴远大 ^1,2王玥 ¹

作者单位

¹ 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室, 北京 100083

² 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049

图 & 表

图 1. 光相控阵原理图

Fig. 1. Schematic of optical phased array

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图 2. 文献[ 16]中的光束扫描器示意图

Fig. 2. Schematic of the beam scanner in Ref. [16]

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图 3. 10波导光相控阵

Fig. 3. Ten waveguide optical phased array

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图 4. 光束扫描组件示意图

Fig. 4. Schematic of the beam scanning component

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图 5. 16通道光栅阵列示意图。(a) 器件结构;(b)纵轴和横轴的角度取向

Fig. 5. Schematic of the 16-channel grating array. (a) Device structure; (b) angle alignment of longitudinal axis and transverse axis

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图 6. 器件结构和仿真。(a)基于硅波导的优化相位阵列示意图;(b)光束传播模拟图

Fig. 6. Device structure and simulation. (a) Schematic of the silicon waveguide based optical phased array; (b) beam propagation simulation

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图 7. 纳米相控阵系统

Fig. 7. Nanophotonic phased array system

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图 8. 器件结构和扫描电子显微镜(SEM)扫描图。(a)光学相控阵的三维效果图;(b)级联移相器架构、(c)热移相器、(d)全刻蚀光栅天线的SEM图

Fig. 8. Device structure and SEM scanning graphs. (a) 3D rendering of the optical phased array; SEM graphs of (b) cascaded phase shifter architecture, (c) close-up of the thermal phase shifters, (d) full-etch silicon grating based antennas

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图 9. 相控阵天线原理图[35]

Fig. 9. Schematic of the phased array antenna[35]

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图 10. HCG结构的光学相控阵示意图

Fig. 10. Schematic of optical phased array composed of HCG mirrors

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图 11. HCG组成的MEMS相控阵示意图

Fig. 11. Schematic of MEMS phased array composed of HCG

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图 12. 相控阵激光雷达原理图

Fig. 12. Schematic of phased array lidar

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表 1三种光学相控阵比较

Table1. Comparison of three kinds of optical phased array

Type	Steeringspeed /kHz	Controlvoltage /V	Steeringangle /(°)	Integration
LC	5^[43]	6.8	82	Low
Waveguide	100^[20]	10	51	High
MEMS	632^[42]	10	2	High

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颜跃武, 安俊明, 张家顺, 王亮亮, 尹小杰, 吴远大, 王玥. 光学相控阵技术研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(2): 020006. Yuewu Yan, Junming An, Jiashun Zhang, Liangliang Wang, Xiaojie Yin, Yuanda Wu, Yue Wang. Research Progress of Optical Phased Array Technology[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(2): 020006.

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图 1. 光相控阵原理图

Fig. 1. Schematic of optical phased array

图 2. 文献[ 16]中的光束扫描器示意图

Fig. 2. Schematic of the beam scanner in Ref. [16]

图 3. 10波导光相控阵

Fig. 3. Ten waveguide optical phased array

图 4. 光束扫描组件示意图

Fig. 4. Schematic of the beam scanning component

图 5. 16通道光栅阵列示意图。(a) 器件结构;(b)纵轴和横轴的角度取向

Fig. 5. Schematic of the 16-channel grating array. (a) Device structure; (b) angle alignment of longitudinal axis and transverse axis

图 6. 器件结构和仿真。(a)基于硅波导的优化相位阵列示意图;(b)光束传播模拟图

Fig. 6. Device structure and simulation. (a) Schematic of the silicon waveguide based optical phased array; (b) beam propagation simulation

图 7. 纳米相控阵系统

Fig. 7. Nanophotonic phased array system

图 8. 器件结构和扫描电子显微镜(SEM)扫描图。(a)光学相控阵的三维效果图;(b)级联移相器架构、(c)热移相器、(d)全刻蚀光栅天线的SEM图

Fig. 8. Device structure and SEM scanning graphs. (a) 3D rendering of the optical phased array; SEM graphs of (b) cascaded phase shifter architecture, (c) close-up of the thermal phase shifters, (d) full-etch silicon grating based antennas

图 9. 相控阵天线原理图[35]

Fig. 9. Schematic of the phased array antenna[35]

图 10. HCG结构的光学相控阵示意图

Fig. 10. Schematic of optical phased array composed of HCG mirrors

图 11. HCG组成的MEMS相控阵示意图

Fig. 11. Schematic of MEMS phased array composed of HCG

图 12. 相控阵激光雷达原理图

Fig. 12. Schematic of phased array lidar

表 1三种光学相控阵比较

Table1. Comparison of three kinds of optical phased array

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图 1. 光相控阵原理图

Fig. 1. Schematic of optical phased array

图 2. 文献[ 16]中的光束扫描器示意图

Fig. 2. Schematic of the beam scanner in Ref. [16]

图 3. 10波导光相控阵

Fig. 3. Ten waveguide optical phased array

图 4. 光束扫描组件示意图

Fig. 4. Schematic of the beam scanning component

图 5. 16通道光栅阵列示意图。(a) 器件结构;(b)纵轴和横轴的角度取向

Fig. 5. Schematic of the 16-channel grating array. (a) Device structure; (b) angle alignment of longitudinal axis and transverse axis

图 6. 器件结构和仿真。(a)基于硅波导的优化相位阵列示意图;(b)光束传播模拟图

Fig. 6. Device structure and simulation. (a) Schematic of the silicon waveguide based optical phased array; (b) beam propagation simulation

图 7. 纳米相控阵系统

Fig. 7. Nanophotonic phased array system

图 8. 器件结构和扫描电子显微镜(SEM)扫描图。(a)光学相控阵的三维效果图;(b)级联移相器架构、(c)热移相器、(d)全刻蚀光栅天线的SEM图

Fig. 8. Device structure and SEM scanning graphs. (a) 3D rendering of the optical phased array; SEM graphs of (b) cascaded phase shifter architecture, (c) close-up of the thermal phase shifters, (d) full-etch silicon grating based antennas

图 9. 相控阵天线原理图[35]

Fig. 9. Schematic of the phased array antenna[35]

图 10. HCG结构的光学相控阵示意图

Fig. 10. Schematic of optical phased array composed of HCG mirrors

图 11. HCG组成的MEMS相控阵示意图

Fig. 11. Schematic of MEMS phased array composed of HCG

图 12. 相控阵激光雷达原理图

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