[发明专利]基于氮化硅光波导的可调微波光子真延时芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氮化硅光波导的可调微波光子真延时芯片及其制备方法，其包括阵列波导光栅、若干个不同长度的螺旋线；阵列波导光栅包括中心输入波导、输入波导、第一平板波导耦合器、阵列波导、第二平板波导耦合器、中心输出波导、输出波导；中心输入波导依次与第一平板波导耦合器、阵列波导、第二平板波导耦合器、中心输出波导连接；以阵列波导为中心，螺旋线对称的排列在阵列波导的上下侧，并与阵列波导光栅上下侧对应的输入波导的一端、输出波导的一端相连接；输入波导的另一端、输出波导的另一端分别与第一平板波导耦合器、第二平板波导耦合器连接；所述阵列波导光栅与螺旋线以回环的方式形成闭环结构，螺旋线之间采用上下错位布局。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，更具体的，涉及一种基于氮化硅光波导的可调微波光子真延时芯片及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，各行业急切往数字化转型，对通信网络的带宽、延时、安全的要求愈发强烈，传统的通信技术，已经无法满足社会的需求，必须要对现有的技术进行技术的融合，才能打破技术的瓶颈，集成微波光子学应运而生。集成微波光子学为完成下一代移动通信、宽带无线接入、宽带光纤接入、城域和广域光纤网络，实现端到云、端到端的无缝高速、高质量、高用户体验信息传输，同时实现通信设备尺寸小，集成度高，能耗低的需求，提供了技术支撑。

集成微波光子技术将无线移动通信技术所依赖的微波技术和光通信所依赖的光波技术结合，一方面可以实现目前数字电子技术、微波技术和数字光子技术所无法实现的大量新功能，另一方面可以大幅度提升目前电子技术难以达到的高性能，是融合上述各种信息传输技术的新一代核心关键技术。集成微波光子学目前主要应用在电子战领域、雷达领域、无线通信领域、有线电视领域等等。

在雷达领域，由于传统电移相器提供对频率不相关的相位补偿，导致相邻阵内相位差与相邻空间相位差不一致，相控天线在宽的瞬时带宽工作中会出现波束倾斜的现象，即所谓的“孔径效应”现象。

目前，光控相控阵雷达工作原理和实现光控相控阵雷达的手段均为真延迟，实现真延时的方法有很多，其中利用阵列波导光栅实现可调谐的真延时的方法最早是1996年由S. Yegnanarayanan提出，并且利用二氧化硅基的AWG及不同长度的光纤，完成了10-40MHz的延时实验，但由于波分复用模块与延时模块彼此分离，具有器件尺寸大，集成度低等缺陷。2010年由AydinYeniay and RenfengGao在全氟聚合物材料平台上，集成了单个AWG与赛道型的延时模块，实现4bit及最大延时时间达600ps的真延时功能，尺寸为3.2cm x 2.0cm，但具有整体尺寸较大、延时单元设计复杂等缺点，给设计与工艺带来诸多不便。以及2017年由何建军团队在二氧化硅基平台上，集成两个AWG及波导延时模块，实验4bit及最大延时时间达100ps的高精度延时，尺寸为3.5cm x 3.5cm，但同样具有整体尺寸较大的缺点，且由于使用两个AWG的镜像结构，对工艺容差要求高，不便工艺制备。

发明内容

本发明是基于传统雷达领域的相控天线阵列存在的“孔径效应”的问题，同时为了解决现有技术采用的器件尺寸大，集成度低、工艺复杂问题。提出一种基于氮化硅光波导的可调微波光子真延时芯片及其制备方法，该真延迟芯片利用在折射率适中、光学性能优越的氮化硅光波导平台上，采用单个紧凑的正交型阵列波导光栅以及直弯型的螺旋线，以回环的方式把阵列波导光栅的输入输出波导与不同长度的螺旋线集成起来，大大缩小了器件的尺寸，提高了集成度，且设计简单，制备容差大。