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基于硅光芯片的光学扫描器

摘要:日本一个?#33455;?#32452;最近在Optics Express报道了他们基于硅光芯片实现光学扫描器(optical scanner)的工作。光耦入进芯片后,通过光开关阵列(optical switch array)选择不同的路径。光场最终通过光栅耦合器阵列(grating array)耦出芯片。光栅耦合器位于透镜的焦平面上。光场从不同位置的耦合器射出,决定了最终光束的出射角度。

  日本一个?#33455;?#32452;最近在Optics Express报道了他们基于硅光芯片实现光学扫描器(optical scanner)的工作。这里详细介绍下这篇工作。

  光学扫描器的原理图如下图所示:

  光耦入进芯片后,通过光开关阵列(optical switch array)选择不同的路径。光场最终通过光栅耦合器阵列(grating array)耦出芯片。光栅耦合器位于透镜的焦平面上。光场从不同位置的耦合器射出,决定了最终光束的出射角度。芯片的版图结构如下图所示,大部分面积被金属覆盖。

  该扫描器的光学分辨率由透镜焦距 f 和相邻光栅耦合器的间隔 p 决定

  光学扫描器可扫描的最大角度由透镜焦距f和最外侧光栅耦合器的距离 l_dev 决定,如下图所示:

  他们所采用的波导截面图如下图所示:

  Box与Cladding层SiO2的厚度分别为3um与6um,heater采用300nm厚的金属钽(Ta)。Heater和硅波导之间的距离比传统方案(~1um)要大。

  为了获得更高的分辨率,希望相邻耦合器的间距尽量小。他们采用了聚焦型的光栅耦合器,尺寸大大缩小,如下图所示:

  光开关阵列由微环与heater构成, 如下图所示。可通过heater来调节微环的共振波长,从而决定该路光的通断与否。

  最终的扫描器原型机如下图所示,左侧为光纤,光芯片贴在PCB板上。

  实验中,他们实现了6度的扫描角,0.3度的扫描分辨率,

  ?#36865;猓?#20182;们也验证了两维的光学扫描器,结构如下图所示,

  其远场?#19978;?#22270;案如下图所示,

  以上是对这篇工作的简单介绍,可以看出日本人做事情的踏实态度,数据详实,?#21578;?#36947;来。

  总体?#36947;矗?#30446;前硅光芯片的building block基本固定(虽然不同公司/机构单个器件的性能迥异),人们正致力于使用这些积木去构建更复杂的系?#22330;?#26368;简单的系统可能是基于硅光的transceiver, 由耦合器、调制器和探测器等构成,器件数目较少,光路相对简单。相对复杂的系统有光相控阵列、光神经网络等。

  系统变复杂后,对工艺的要求越来越高,需要可靠的PDK,否则的话,光路中某一个器件性能达不到要求,整个系统都不能工作, 浪费时间与金钱。另一方面,系统复杂后,金属布线的复杂度也相应增加。这篇进展的版图中,芯片大部分面积用来金属走线。?#25910;?#26368;近在绘制一些版图,大部分时间都花在金属布线上。也许将来,硅光领域?#19981;?#31867;似集成电路,有系统架构师这样的职位。

  参考文献:

  1. D. Inoue, et.al., "Demonstration of a new optical scanner using silicon photonics integrated circuit", Opt. Exp. 27, 2499(2019)

内容来自:光学小豆芽
本文地址:http://www.hbyfln.tw//Site/CN/News/2019/02/01/20190201091622876441.htm 转载请保留文章出处
关键字: 硅光
文章标题:基于硅光芯片的光学扫描器
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