Laser Photonics Rev. |?具有分布式布拉格偏转器的片上超材料天线阵列

论文导读

      准直可控光束的产生是许多光学应用中所需的一项基本功能，包括自由空间光通信、遥感以及光捕获和测距。直接在集成硅基光子学芯片上实现大孔径光发射器而不使用外部光学器件和昂贵的对准系统是集成光子学中的一项突出挑战。近日，马拉加大学和加拿大国家研究院的科研人员利用基于反馈电路的光学集成天线阵列架构实现了低损耗超紧凑型光波扩束器，该工作“On-Chip Metamaterial Antenna Array with Distributed Bragg Deflector for Generation of Collimated Steerable Beams”发表在Laser & Photonics Reviews上。该工作为桥接集成硅基光子学和自由空间光学打下了重要的基础。

研究背景

      集成光子学有望为当前许多研究领域提供实用的解决方案，包括量子光子学、生物学、计量学、电信、遥感以及光捕获和测距（LIDAR）。工作距离是厘米级或更远范围的应用场景需要具有大瑞利长度的光束，此时，如果不使用特殊制造工艺而仅通过设计纳米光子结构来产生高度准直光束的片外光发射依然是非常具有挑战性的。经过不断探索，一个新颖的解决方案是使用超材料和超表面辅助天线设计以提高天线性能。超表面是一种人工设计的特殊表面，具有特定的电磁特性；该技术已广泛用于毫米波、太赫兹和集成光学天线。本工作将结合集成硅基光子学和超表面的优点，开发新颖的光学天线阵列。

技术突破

      本工作提出了一种超紧凑的新型光相位阵列架构，首先，利用分布式布拉格偏转器（DBD）将波导中的TE模式转换为片上宽光束，接着，将这种具有DBD调制幅度和相位分布的宽光束发射到天线阵列中，天线阵列由112个1.5毫米长的基于亚波长光栅（SWG）超表面的发射天线组成，通过波长调谐直接在角向和垂直方向上实现片上光束偏转，这种设计有助于根据波束控制的需要实时调整不同天线的幅度和相位，同时还能保持系统的简单结构。该器件的MFS为80nm，有利于通过电子束光刻或浸入式深紫外光刻直接在硅片上制造。

观点评述

      本工作利用光学集成天线阵列架构实现了低损耗超紧凑型光波扩束器，该架构有助于根据波束控制的需要调整不同天线的幅度和相位，同时保持系统的结构简单，不受元件数量的影响，为利用集成硅光子技术在自由空间光学互连和遥感应用中构建光相位阵列打下了厚实的基础。

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• PhotoniX 现已被SCIE、SCOPUS、DOAJ、ProQuest、CNKI、INSPEC、Dimensions等多个数据库收录，并入选《2021年中国科学院文献情报中心期刊分区》。2022年6月获得首个影响因子：19.818，位列Q1区。

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