2019年Asia Communications and Photonics Conference (ACP)在成都举行，半导体所材料科学重点实验室光子集成技术研究组的博士研究生贺一鸣、李明、张立晨和硕士研究生罗光振、齐合飞参加了该会议。

　　 参会人员合照

　　罗光振代表本课题组作了题为Design and Fabrication of SiN-Si Dual-layer Optical Phased Array Chip的报告，报道了该团队的氮化硅-硅双层光学相控阵激光雷达芯片最新研究成果，并获Tingye Li Best Student Paper Award奖(论文第一作者博士生，王鹏飞，导师为潘教青研究员)。

　　 李明博士（导师为阚强研究员）作了High Orthogonal Polarization Suppression Ratio Vertical Cavity Surface Emitting Laser Based on Direct-etched Surface Grating的海报展示。通过在VCSEL顶部直接刻蚀光栅，获得了稳定偏振。其中光栅周期700nm，最大的偏振抑制比达到27 dB，这在光谱、光学传感和测量方面都有潜在的应用。

　　张立晨博士（导师为梁松研究员）作了THZ Antenna Integrated UTC-PD Having ATG Structure的海报展示。该论文制备了具有ATG结构并集成了UTC-PD的碟形天线。天线在75至375 GHz的频率下可获得THz辐射信号，主要优化了天线波导及吸收层之间的耦合缓冲层结构以提升器件的耦合效率，以此提高了器件的响应度。

　　齐合飞硕士（导师为赵玲娟、陆丹研究员）作了Direct Generate of Pulsed Chaotic Optical Signal Using an Amplified Feedback Laser的海报展示。利用任意波形发生器输出方波信号直接调制放大反馈激光器实现脉冲混沌信号。实现了频率为1MHz、占空比为20%的脉冲混沌信号。该结构利用放大反馈激光器的集成短外腔结构大约在27s即可建立混沌状态，系统集成度高，且建立混沌时间较短，可以用于产生更高频率的脉冲混沌信号。脉冲混沌激光是实现紧凑、低成本激光雷达系统的一个有前途的解决方案。 　　 

　　获奖论文简介

　　Design and Fabrication of SiN-Si Dual-layer Optical Phased Array Chip，第一作者，王鹏飞

       图1 获奖证书

　　激光雷达是利用激光光束对目标的位置、速度、形状甚至是材质等特征进行高精度测量的雷达系统。与微波雷达相比，激光雷达具有更高的分辨率和探测性能。激光雷达在智能交通、智能机器人、无人驾驶等领域有重要应用，是物联网和人工智能终端的重要传感器件。与传统的机械式激光雷达相比，硅基相控阵激光雷达作为新型的光学扫描技术，可借助现有的CMOS工艺平台，实现低成本制造，其在成本、性能和尺寸上都具有较大优势，是消费级激光雷达的发展趋势。

　　目前，硅基相控阵激光雷达多采用单层硅波导的形式， 还存在损耗大，天线发射效率低的问题。此外，由于硅材料对光具有较强的非线性吸收效应，使得硅波导不能处理高能量光束。这将制约硅基相控阵激光雷达芯片的规模扩展，影响其性能。针对这些问题，该团队提出的氮化硅-硅双层硅基相控阵芯片结合了氮化硅材料的低损耗特性和硅材料的高调制性能，并在天线结构上进行创新，实现了更优良的扫描性能。

　　图2 所提出的SiN-Si双层光学相控阵芯片

　　该氮化硅-硅双层硅基相控阵芯片由硅光子集成制造平台制造，该平台与CMOS工艺兼容。该芯片表现出较好的损耗特性和光束扫描特性。损耗上，氮化硅波导损耗在1.55-1.62μm波长范围内低于1dB/cm，1.55μm波长时为0.9 dB/cm，远小于硅波导的3dB/cm。所设计的氮化硅MMI分束器的平均损耗也低至0.08 dB/cm，远低于硅MMI分束器的0.3 dB/cm。另外，氮化硅光栅耦合器和氮化硅-硅过渡结构的损耗也均较小。该团队也对所提出的氮化硅-硅双层硅基相控阵芯片的扫描特性进行了测试，获得了较好的测试结果。在调相方向的扫描范围高达97°，远大于其他硅基相控阵芯片，在调波长方向的扫描范围为17.1°。

　　图3 损耗测试结果。(a) SiN波导损耗;(b) SiN MMI损耗； (c) SiN光栅耦合器损耗；(d) SiN-Si过渡结构损耗

　　图4 光斑测试结果

　　该研究极大改善了单层硅基相控阵激光雷达芯片的损耗特性，并大大提升了扫描性能，推进了硅基相控阵激光雷达芯片的实用化。