End-Fire Silicon Optical Phased Array with Half-Wavelength Spacing
我们展示了一个一维光学相控阵列上的集成硅平台上的操作在1.55微米。光从波导终止的芯片边缘端射发射。创新设计和硅波导提供的高限制使输出端的λ/2间距(775 nm间距)成为可能。通过集成热光加热器在波导之间引起相移来实现转向。该设备形成了一个光束的FWHM角宽度为17度,我们演示了64度范围内的光束转向。
2017-06-02 physics.app-ph physics.optics
Passive Aperiodic Optical Phased Array based on Uniform Random Shuffle
针对光学相控阵周期性间距导致的栅瓣问题,提出基于均匀随机洗牌的1x64通道无源非周期OPA,仿真与初步实验验证了其稳健的转向能力与SLSR表现。
2024-01-31 physics.app-ph physics.optics
Optical phased arrays for LIDAR: beam steering via tunable plasmonic metasurfaces
控制由元件发射的光的相位和振幅(即,像素)对于实现用于LIDAR应用的动态光束转向是至关重要的。在本文中,我们提出了一种由薄氧化物层覆盖的金属纳米天线和导电氧化物组成的等离子体像素,例如,ITO,用于反射阵列超颖表面。通过考虑通过金属连接器的纳米天线的电压偏置,并利用在积累和耗尽区的金属氧化物半导体电容器中的载流子折射效应,我们的模拟预测在$>330^{\circ}$范围内的反射系数相位的控制具有几乎恒定的幅度。我们讨论了光学响应的物理机制,连接器的效果,并提出了策略,以最大限度地提高反射系数的大小,并实现双波段操作。通过3D-FDTD模拟证明了我们的等离子体像素设计在LIDAR中用于光束转向的适用性。
2019-12-04 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Focusing Optical Phased Array for Optically Enabled Probing of the Retina with Subcellular Resolution
本研究提出一种工作于522 nm的氮化硅基聚焦光学相控阵,可补充微电极阵列实现视网膜电-光联合探测,通过波长调谐与简化热光移相器组合实现光束转向,达成1.4 μm的亚细胞分辨率靶向细胞激发。
2024-06-20 physics.app-ph physics.optics
Narrow beam and low-sidelobe two-dimensional beam steering on thin-film lithium niobate optical phased array
本文提出一种基于非均匀间距X切薄膜铌酸锂脊波导阵列的二维电光扫描光学相控阵,结合超晶格设计与粒子群优化,实现了0.99度*0.63度窄波束、47度*9.36度宽扫描范围及20 dB旁瓣抑制。
2025-06-27 physics.app-ph physics.optics
High efficiency end-fire 3-D optical phased array based on multi-layers Si3N4/SiO2 platform
光学相控阵等光束控制器件是固态激光雷达和无线通信应用中的关键器件。传统的单层光学相控阵(OPA)由于光栅耦合器结构向下耦合引起的衬底泄漏而导致显著的能量损失。在这项工作中,我们研究了一种基于多层Si 3 N4/SiO2平台的结构,该结构可以形成一个三维OPA,从器件的边缘以高效率发射光,一个二维会聚的外耦合光束将被端射到空气中。数值模拟结果表明,该器件具有高效率和宽的水平波束控制范围,并讨论了垂直串扰、延迟长度、波导层数以及制作工艺的可行性。
2019-11-26 physics.app-ph physics.optics
Beam steering with a nonlinear optical phased array antenna
过渡金属二硫属化合物(TMDCs)由于其奇层状非中心对称晶体结构和减薄至单层时的直接带隙跃迁,在可见光区表现出高的二次谐波(SH)产生。为了将SH辐射发射到期望的方向上,需要一种手段来控制面内非线性偏振的相位。在这里,我们耦合的SH响应的单层MoS $_{\text{2}}$的光学相控阵天线和演示可控转向的非线性发射。通过利用相控阵天线的固有SH生成,我们在宽角度范围内实现了均匀的发射效率。我们的工作与新型光电应用相关,例如可编程光学互连和片上激光雷达。
2019-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dense III-V/Si Phase-Shifter Based Optical Phased Array
高性能集成光学相控阵(OPA)是在芯片上构建高能效固态光束转向系的关键。这项工作展示了第一种基于异质III-V/Si移相器的OPA,该OPA利用III-V多量子阱(MQW)结构来提供优异的性能。所演示的移相器在1550 nm处的VPI仅为0.45 V,剩余幅度调制(RAM)仅为0.15 dB,实现了2 pi相移,功耗低于3 nW,据我们所知,这是最先进的性能,具有创纪录的低工作电压、低功耗和片上OPA中的低RAM。其带宽在200 nm波长范围内>1 GHz。波长调谐被用来展示二维光束转向,在32通道OPA中具有28 × 51度的视场,发射器阵列间距为2 μ m。边模抑制比为16 dB。高性能异构OPA为可扩展和高效的片上波束转向器铺平了道路,具有大转向范围和高波束质量。
2019-01-14 physics.app-ph physics.optics
On the performance of optical phased array technology for beam steering
光学相控阵列在电信和LIDAR应用中对于波束转向具有强烈的兴趣。相控阵列理想地要求由阵列中的每个元件(像素)产生的场在相位和幅度上完全可控(理想地恒定)。这是实现沿着阵列中的方向的相位梯度以及因此在该方向上的波束转向所需要的。在实践中,如果像素尺寸不是亚波长,则会出现栅瓣,这对于许多光学技术来说是一个问题。此外,光学像素的相位性能可能不跨越所需的$2π$相位范围,或者可能不在其相位范围上产生恒定的幅度。这些限制导致相位梯度的缺陷,这又引入了不期望的次级波瓣。我们讨论了非理想像素对波束形成的影响,在一般和技术不可知的方式。通过检查相对于主瓣的次瓣的强度,我们量化波束转向质量,并在规定的规格内对波束转向所需的像素性能提出建议。通过应用适当的补偿策略,我们表明,即使当像素性能不理想时,也可以实现高质量的波束转向,副瓣的强度比主瓣小两个数量级。
2020-07-20 eess.SP physics.optics
A focusing optical phased array for tissue interrogation with side-lobe suppression and simplified beam steering
本文提出一种基于氮化硅光子集成电路的聚焦光学相控阵,通过弯曲光栅发射器、旁瓣抑制和四信号热移相器实现单细胞级光刺激与简化光束转向,用于离体视网膜表征。
2025-07-20 physics.optics
Implantable silicon neural probes with nanophotonic phased arrays for single-lobe beam steering
本研究提出集成端射光学相控阵与平板光栅的硅神经探针,在超过60%转向范围内形成单瓣可转向光束并实现至少4 dB背景抑制,用于脑深部光遗传学刺激。
2024-04-03 physics.bio-ph physics.optics
Non-redundant optical phased array
光学相控阵(Optical phased array,OPA)是一种很有前途的光束控制器件,广泛应用于光探测和测距(light detection and ranging,LiDAR)、光学投影、自由空间光通信和光开关等领域。然而,以前报道的OPA遭受要么不够小的可分辨点的数量,或复杂的控制要求,由于一个非常大的数量的移相器。这项工作介绍了一种新的阵列配置OPA设备的基础上的非冗余阵列(NRA)的概念。基于这种设计,我们可以实现高分辨率的OPA,其可分辨点数与N2成比例。相比之下,传统的OPA的尺度仅与N。因此,可以在不牺牲可分辨点的数量的情况下实现所需移相器的数量的显著减少。我们首先调查的影响,从理论上考虑阵列布局的自相关函数采用NRA。然后,我们开发了一个基于Costas阵列的硅OPA和实验证明2D波束转向与~19,000可分辨的点,仅使用127个移相器。这对应于OPA在不扫描波长的情况下达到的最大数量的可分辨点。
2021-08-22 physics.app-ph physics.optics
Development, calibration and characterization of silicon photonics based optical phased arrays
针对高性能光学相控阵开发的技术难题,CEA LETI研发了高效遗传算法用于高通道数OPA校准及适配晶圆级的表征装置,助力集成式OPA替代机械式光束转向系统,推动LiDAR等应用发展。
2023-05-05 physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared 2D nonredundant optical phased array of mirror emitters in an InGaAs/InP platform
本研究制备出首个中红外二维非冗余光学相控阵,结合全内反射镜面发射器与30单元非冗余阵列,在4.6μm波长下实现光束偏转,推动了中红外光子集成技术发展。
2024-04-12 physics.app-ph physics.optics
Cascaded periodically poled electro-optical crystal optical phased array
光学相控阵(Optical Phase-Array,OPA)具有集成度高、速度快、功耗低、控制分辨率高等特点,是新兴的光子集成电路(Photonic Integrated Circuit,PIC)、激光雷达(LiDAR)、自由空间光通信、3D打印等领域的关键器件,根据OPA的工作原理,其功能一般通过独立控制阵元的相位来实现。在实践中,这提出了克服元件数量、控制电子设备和功耗的关键权衡的主要挑战。在这里,我们给出了另一种OPA解决方案,以克服这种技术限制,在级联周期性极化电光晶体结构的形式。与现有的OPA方案相比,在当前的提议中,仅使用一个控制电子器件来控制整个阵列元件,而不管阵列元件的数量,这意味着更高的集成度和更低的功耗。利用电光晶体材料的快速响应特性,实现了一种高速、高分辨率的光束控制装置。仿真结果表明,随着级联层数的增加,角分辨率可以提高几个数量级。设计、制造了一个6层级联周期极化铌酸锂$_3$(cascaded-PPLN)的OPA原型。实验观察到级联PPLN OPA中的光束偏转,与模拟结果吻合良好。同时,通过对动态光束转向的连续演示,验证了其连续扫描和连续主动相位可调的能力。因此,这种级联的周期极化电光晶体OPA为PIC系统等光学系统的小型化和低功耗提供了一个可行的方向。
2023-03-06 physics.app-ph physics.optics
Numerical Investigation of a 3D End-Firing Antenna Array Based on Two-Photon Polymerization on Thin-Film Lithium Niobate for Optical Beam Steering
Faculty of Engineering, Bar-Ilan University(巴伊兰大学工程学院)
研究基于双光子聚合在薄膜铌酸锂上设计三维端射天线阵列用于光束转向,解决传统OPA设计权衡问题。通过提升聚合物天线实现二维光束转向并保持宽带优势,模拟展示高效传输及特定视场与波束宽度,为3D光子相控阵奠定基础。
2026-07-21 physics.app-ph physics.optics
3D-printed facet-attached optical elements for beam shaping in optical phased arrays
我们展示了一种光学相控阵(OPA),配备了一个3D打印的小面连接元件,用于成形和偏转发射光束。光束整形器将自由形式的折射表面与全内反射(TIR)镜相结合,并使用高分辨率多光子光刻法原位印刷到边缘发射波导刻面,从而确保相对于片上波导结构的精确对准。在概念验证实验中,我们实现了无栅瓣转向范围为$\pm 30°$,半高宽(FWHM)光束发散度约为$2°$。该概念为目前使用的光栅结构提供了一种有吸引力的替代方案,并适用于各种集成平台。
2023-01-09 physics.app-ph physics.optics
Dual-Axis Beam-Steering OPA with purely Passive Phase Shifters
本研究提出一种仅靠波长调谐、采用纯无源移相器的硅基多层双轴光束调控OPA,省去光栅耦合器以降低损耗,具备正负相位斜率调控能力,通过边缘出光提升效率,为片上光子系统提供更优的光束调控方案。
2024-11-23 physics.app-ph physics.optics
Inverse-Designed Photonic Crystal Circuits for Optical Beam Steering
光子晶体波导(PCW)具有限制和减慢光的能力,这使得它们成为提高各种光子器件(如光调制器或传感器)性能的理想元件。然而,在光子应用中的PCW的集成提出了设计挑战,最值得注意的是,工程的PCW模式色散和创建高效的耦合器件。在这里,我们解决了这些挑战与光子逆向设计,并实验证明慢光PCW光学相控阵(OPA)具有较宽的转向范围。偶模和奇模PCW分别在20 nm和12 nm的带宽上针对25的群折射率进行设计。此外,对于这两种PCW设计,我们创建条形波导耦合器和自由空间垂直耦合器。最后,同样依赖于逆向设计,设计了PCW的辐射损耗,使我们能够在20 nm带宽内构建具有20°转向范围的OPA。
2021-07-17 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical antennas for on-chip beam-steering
对辐射光场方向的快速和低功耗控制是光子学的一个主要挑战,也是新兴传感器和自由空间通信链路的关键使能技术。目前的方法基于庞大的电动组件是有限的,其高成本和功耗,而片上光学相控阵面临的挑战,在缩放和可编程性。在这里,我们提出了一个固态的方法,使用光机天线波束转向。我们结合了最新的进展,同时控制的光学和机械波的显着进步,在芯片上的光学相控阵列,使低功耗和全二维光束转向的单色光。我们提出了一种设计的硅光子系统的光子-声子波导,实现了44 $^{\circ}$的视野与$880$可分辨的斑点,通过扫描机械波长约一毫瓦的机械功率。使用机械波作为非互易性,主动光栅允许我们快速重新配置光束方向,光束形状和光束数量。它还使我们能够区分我们发送和接收的光。
2017-10-11 physics.optics
Dynamic wavefront transformer based on a two-degree-of-freedom control system for 6-kHz mechanically actuated beam steering
基于入射波前的动态重构,可以实现大量的可调谐光学元件,如光束控制和可调谐透镜。然而,当前波前重构技术的主导范例依赖于具有比输出波前大得多的自由度的复杂控制系统,例如基于空间光调制器或相控阵天线的波束转向。在这里,我们提出了一个新的范例,任意输出波前使用控制系统具有相同的自由度的动态重构。作为一个例子,波前Transformer被证明使用面内两自由度(2DOF)的机械致动系统的超表面偶半全向波束转向,其测量6 kHz的调制速度和“± 65.6度”的视场。该范例可以应用于超颖表面Transformers,以用于具有用于大量应用的任何控制系统的动态波前重新配置,例如可调透镜、光束转向和动态光束轮廓仪,仅举几例。
2022-01-26 physics.app-ph physics.optics
SiN-on-SOI Optical Phased Array LiDAR for Ultra-Wide Field of View and 4D Sensing
本文提出单片集成的准同轴Vernier OPA收发器,利用链式光栅天线实现160°内小于3 dB功率波动,并基于FMCW LiDAR完成高精度3D成像与速度4D传感。
2024-01-09 physics.app-ph physics.optics
Gallium Arsenide Optical Phased Array Photonic Integrated Circuit
本研究在砷化镓光子集成电路平台上以低复杂度工艺制备16通道光学相控阵,验证了其波束扫描性能,并实现了低功耗、高带宽的相位调制效果。
2023-04-06 physics.app-ph physics.optics
A Lateral MOS-Capacitor Enabled ITO Mach-Zehnder Modulator for Beam Steering
在这里,我们实验证明了氧化铟锡(ITO)马赫-曾德尔干涉仪异质集成在硅光子。移相器部分实现在一个新的横向MOS配置,这是由于有利的静电重叠,导致有效的调制(VπL = 63 Vum)。这是通过(i)选择强折射率变化材料(ITO)和(ii)改善由静电场线验证的场重叠来实现的。此外,我们表明,该平台作为端射硅光子光学相控阵列(OPA)中的构建块,波导内具有半波长间距,具有预期的性能,包括窄主波束瓣(<3°)和>10 dB的旁瓣抑制,同时静电操纵发射轮廓高达± 80°,如果进一步设计,不仅可以在LiDAR系统中实现纳秒级快速光束控制能力,还可以在全息显示、自由空间光通信和光开关中实现。
2019-11-01 physics.app-ph physics.optics
Angular-Channel Capacity and Nonlocal Wavefront Engineering for Phased-Array--Lens Systems
Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto(多伦多大学爱德华·S·罗杰斯电气与计算机工程系)
该研究建立相控阵-透镜系统高方向性波束扫描的角信道界限,提出利用非局域介质超透镜实现接近极限的波前工程,实验验证了保持50°扫描范围并提升2.5-3.5分贝方向性的紧凑圆柱形超透镜。
2026-09-25 physics.class-ph physics.optics
Scalable switched slab coupler based optical phased array on silicon nitride
一个二维的光学相控阵列的演示,通过使用多输入星形耦合器,兼容FMCW激光雷达。以前的方法使用单输入设计实现了二维光束转向依赖于一个可调谐的激光源,利用光栅耦合器的辐射角波长依赖性和波导折射率的变化。虽然实现了在单个步骤中分配功率的方便方式,但星形耦合器架构在所采用的波导长度方面是低效的,并且因此在光损耗和占用面积方面是低效的。多输入方法通过将几个单输入设备压缩成一个来部分地简化这一点,从而允许与所使用的输入数量成比例地减少占用空间。我们在氮化硅技术中制造了具有0.36度x 0.175度光束腰的概念转向器的证明,寻址15度x 2.8度的视场。还报告了一种新的设计迭代,具有0.24度x 0.16度束腰和15度x 11.2度视场。从激光雷达系统的角度来看,这种光学相控阵芯片的影响。
2022-03-31 physics.app-ph physics.optics
1000-Channel Integrated Optical Phased Array with 180° Field of View, High Resolution and High Scalability
本文提出1000通道集成光学相控阵,通过优化波导布线和20×50无源矩阵PWM控制方案,在180°视场内实现无栅瓣光束转向、0.07°×0.17°高分辨率及-18.7 dB低旁瓣电平。
2025-08-27 physics.optics
Dynamically controlled plasmonic nano-antenna phased array utilizing vanadium dioxide
我们提出并理论分析了一种方法,用于实现可调谐光学相控阵天线,利用VO2的电子波束转向应用在近红外光谱范围内的属性。该设备是基于一个一维阵列的槽纳米天线刻在一个薄的Au膜上生长的VO2层。通过在器件上引起温度梯度来获得调谐,这改变了VO2的折射率,并因此通过在下面的PCM层内产生热梯度来修改包括阵列的元件的相位响应。使用一个10元阵列,我们表明,入射光束可以转向到相对于正常的,通过施加一个梯度小于10°C。
2017-02-08 physics.optics
Fast-speed and low-power-consumption optical phased array based on thin-film lithium niobate platform
提出一种基于LNOI平台、采用电光调制32/48通道波导和稀疏非周期阵列的集成OPA,实现低功耗、高速扫描与0.33°横向发散角。
2023-04-23 physics.app-ph physics.optics
Chaotic microcomb inertia-free parallel ranging
增强现实、自动驾驶和机器人领域中不断增长的像素采集速率增加了对没有移动部件的固态光束扫描的兴趣。现代光子集成激光测距向被动光束控制解决方案发展。最近展示的基于焦平面阵列、纳米光子超颖表面和光学相控阵列的成像器实现了前所未有的像素分辨率和测量速度。然而,在商业飞行时间传感器中成功实现的> 100个激光器和检测器的并行化尚未被广泛用于被动扫描方法。在这里,我们展示了无惯性和平行光探测和测距(LiDAR)与微谐振器频率梳。我们使用了40个独立通道的连续扫描微谐振器频率梳在混沌状态下与光色散元件相结合,以执行随机调制激光雷达与二维被动光束转向。
2022-12-29 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast dynamic beam steering with optical frequency comb arrays
本文提出利用光学频率梳阵列实现约9.8 GHz速率、100%占空比的超快动态光束转向,并结合VIPA色散特性实现连续与离散角度运行切换,为高灵敏度多维成像和片上集成光子实现提供了新方案。
2024-04-09 physics.optics
Performance Analysis of a Prime-Parameterized Fibonacci Spiral-Based Optical Phased Array
本文提出了一种基于斐波那契螺旋的非均匀天线排列方法,通过调整素数参数化参数α,实现了高分辨率的光学相控阵性能。
2025-11-27 physics.optics
Photonic RF and microwave reconfigurable filters and true time delays based on an integrated optical Kerr frequency comb source
我们展示了先进的横向射频(RF)和微波功能的基础上产生的集成微环谐振器的克尔光梳源。我们实现了极高的性能,光学真时间延迟,旨在可调相控阵天线的应用,以及可重构的微波光子滤波器。我们的结果与理论相符。我们表明,我们的真实时间延迟将产生一个相控阵天线的功能,包括高角分辨率和宽范围的波束转向角,而微波光子滤波器具有高Q值因子,宽带可调谐性,和高度可重构的滤波形状。这些结果表明,我们的方法是一个有竞争力的解决方案,实现可重构,高性能和潜在的低成本的射频和微波
2018-01-31 physics.app-ph physics.optics
High-speed plasmonic electro-optic beam deflectors
高度集成的有源纳米光子学解决了器件占用空间和操作速度的需求,是下一代光网络的关键技术。等离子体激元系统已被证明是缓解电光器件中的当前性能限制的有力竞争者。在这里,我们展示了一个等离子体光学相控阵列(OPA)组成的两个10- $μ$米长的等离子体移相器,用于控制两个亚波长分离的发射器的远场辐射模式的混叠自由波束转向与$\pm5^\circ$的角度范围和平坦的频率响应高达18 GHz(与1.2太赫兹的潜在带宽)。具有大的空间重叠的极端光场和静电场限制导致高相位调制效率($V_πL=0.24\: \text{Vcm}$)。使用等离子体激元锂酸盐技术进行光束操纵的演示方法提供了无惯性、鲁棒、超紧凑和高速的光束转向。
2021-02-08 physics.app-ph physics.optics
Excitonic beam steering in an active van der Waals metasurface
本文提出利用单层MoSe2激子共振附近复折射率可调谐性的有源范德华超表面,通过调控激子辐射与非辐射速率实现反射振幅和相位控制,并在三个共振波长下演示-30°至30°动态光束偏转。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Freeform metagratings based on complex light scattering dynamics for extreme, high efficiency beam steering
传统的相控阵超颖表面利用共振纳米粒子或共振波导来指定对光的空间依赖的振幅和相位响应。在几乎所有这些实现中,亚波长尺度元件被缝合在一起,同时最小化相邻元件之间的耦合。在这份报告中,我们从理论上分析了元表面设计的替代方法,利用自由形式的逆向设计方法,支持显着提高效率相比,传统的设计。我们的设计过程优化了波长级元件,从而大大增加了光学工程的设计空间。超广角光束偏转器和波长分离器的深入耦合模式分析表明,我们的设计的非凡性能源于大量的传播模式支持的metagrating,结合复杂的多重散射动力学表现出这些模式。我们还将耦合模式分析应用于传统的基于超颖表面的超颖表面,以了解和量化限制这些器件效率的因素。我们设想,自由形式的超颖表面设计方法将开辟新的途径,真正的高性能,多功能的光学利用强耦合纳米光子模式和元素。
2017-09-15 physics.optics
An optical micro-comb with a 50GHz free spectral range for photonic microwave true time delays
我们展示了显着改善的微波真时间延迟线(TTDL)的性能的基础上集成的微环谐振器(MRR)克尔光梳源的信道间隔为49 GHz,对应于81个通道的C波段。宽带微梳,具有49GHz的创纪录的低自由频谱范围,导致大量的梳状线的TTDL,大大降低了系统的尺寸,成本和复杂性。大的通道数导致相控阵天线(PAA)的高角分辨率和宽的波束转向可调谐范围。PAA性能的增强与理论相匹配,证实了我们的方法作为在雷达和通信系统中实现紧凑型低成本TTDL的竞争性解决方案的可行性。
2017-10-30 physics.app-ph physics.optics
A silicon integrated microwave photonic beamformer
基于光真时间延迟线(OTTDL)的光波束形成网络(OBFN)是解决传统相控阵天线(PAA)波束偏斜带来的带宽限制的有效途径。在这里,我们报告了第一个单片1x 8微波光子波束形成器的基础上,可切换OTTDL的绝缘体上硅平台。该芯片由一个调制器、一个8通道OBFN和8个光电探测器组成,总共包括数百个有源和无源元件。它具有从8到18 GHz的宽工作带宽,比电子PAA大近两个数量级。基于具有测量的RF响应的波束图案计算,波束可以被转向到-75.51°至75.64°范围内的31个可区分的角度。光束转向的响应时间为56 μs。这些结果代表了实现集成微波光子波束形成器的重要一步,可以满足未来雷达和无线通信系统的紧凑尺寸和低功耗要求。
2020-08-02 physics.app-ph physics.optics
Microcantilever-integrated photonic circuits for broadband laser beam scanning
本文提出一种微悬臂集成光子电路激光束扫描器,在约0.1 mm²面积和31-46 mW功耗下实现410-700 nm宽带一维和二维光束转向,兼具紧凑、宽带和低功耗优势。
2022-10-11 physics.app-ph physics.optics
0.52 V-mm ITO-based Mach-Zehnder Modulator in Silicon Photonics
电光调制器将电子信号转换到光域,并且是现代电信网络、RF光子学以及量子光子学和光束转向中的新兴应用中的关键组件。所有这些应用都需要集成式高电压效率调制器解决方案,这些解决方案具有紧凑的外形,可与硅光子平台无缝集成,并具有近CMOS材料处理协同效应。然而,现有的集成调制器面临满足这些要求的挑战。相反,新兴的电光材料与Si光子异质集成为器件工程开辟了新的途径。铟锡氧化物(ITO)是一种用于在Si中异质集成的引人注目的材料,其表现出强大的电光效应,其特征在于在电信频率下的单位阶指数。在这里,我们克服了这些限制,并展示了基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)的单片集成ITO电光调制器,其特征在于高性能半波电压和有源器件长度乘积VpL = 0.52 V-mm。单位强折射率变化如何使30微米短的π移相器在远离ε承载的折射率主导区域中操作ITO,零ENZ点。该器件通过实验证实了ITO中的电相移,使其能够用于多方面的应用,包括密集的片上通信网络、光子神经网络中激活函数的非线性以及LiDAR的相控阵应用。
2018-08-16 physics.app-ph physics.optics
Highly efficient ultra-broad beam silicon nanophotonic antenna based on near-field phase engineering
光学天线是光学相控阵(OPA)和自由空间光学互连中的基本元件。光学天线设计中的一个突出挑战在于同时实现高辐射效率、超紧凑的基底面和宽辐射角,这是具有宽转向范围的密集2D OPA所需的。在这里,我们展示了一个全新的概念,基于近场相位工程的纳米光子天线。通过在夫琅和费变换中引入一个特定的近场相位因子,远场光束被展宽到衍射极限之外。我们使用横向交错的亚波长光栅纳米结构来控制近场相位。该天线的辐射效率为82%,尺寸为3.1 μ m * 1.75 μ m,纵向和横向的超宽远场波束宽度分别为52°和62°。这种前所未有的设计性能是通过在300 nm SOI平台中的单蚀刻光栅纳米结构实现的。
2022-09-01 physics.optics
Microwave Photonics for Space-Ground Connectivity
本文提出首个单片集成硅光子芯片,融合微波真时延与光学相控阵波束赋形及相干收发,实验实现双频二维波束扫描和5米链路中微波10 Gbps、近红外每波长80 Gbps的无差错传输,为星地高吞吐互联提供紧凑双频收发平台。
2025-09-22 physics.optics
Frequency-comb-steered ultrawideband quasi-true-time-delay beamformer for integrated sensing and communication
针对传统相控阵天线波束偏移问题与光子真时延波束形成器复杂度高的局限,本文提出频率梳控制的光子准真时延波束形成器,消除延迟线需求,实现超宽带无偏移波束形成,在8单元原型中取得Ku波段6GHz带宽、高分辨率成像与高速通信能力,降低复杂度并增强可扩展性。
2025-02-13 physics.optics