近年來，光學(xué)相控陣憑借著全固態(tài)架構(gòu)、高掃描速度、高穩(wěn)定性、高分辨率和低成本等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、自由空間光通信、激光成像和生物傳感等領(lǐng)域。然而，目前已報(bào)道的結(jié)構(gòu)受限于測距能力，尚不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。為了提高光學(xué)相控陣的測距范圍，中科院半導(dǎo)體所潘教青團(tuán)隊(duì)啁啾光柵天線（CGA）展開了研究，并與傳統(tǒng)的均勻光柵天線（UGA）結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比。在相干測距實(shí)驗(yàn)中，研究者驗(yàn)證了CGA設(shè)計(jì)能夠提升光學(xué)相控陣的有效口徑，進(jìn)而提高光學(xué)相控陣的測距能力。

CGA的具體實(shí)施方式為通過調(diào)控天線側(cè)壁刻蝕的深度和長度實(shí)現(xiàn)光柵的擾動因子調(diào)控，最終使得天線具有均勻的近場出光分布。與之相比，UGA的擾動因子則恒定不變，近場出光分布呈現(xiàn)e指數(shù)衰減，這導(dǎo)致UGA的天線后半段對于信號探測的貢獻(xiàn)微乎其微。

在實(shí)驗(yàn)中，研究者通過對比近場驗(yàn)證了CGA的設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，并從近場強(qiáng)度分布曲線分析出CGA的有效口徑是UGA的2倍。此外，在相干測距中，相同的系統(tǒng)配置下CGA展示出UGA近2倍的測距能力，與基于激光雷達(dá)測距方程的推論一致。

圖1 (a)單天線示意圖。(b)天線陣列示意圖。(c)光學(xué)相控陣芯片。

圖2 (a)-(c)在-40 dBm和-30dBm輸入功率下CGA的近場圖以及歸一化分布。(d)-(f)在-40dBm和-30dBm輸入功率下UGA的近場圖以及歸一化分布。

圖3 (a)-(c)在20m、50m和100m相干測距中CGA的信噪比。(d)-(f)在10m、20m和50m相干測距中UGA的信噪比。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Optics Express上(Vol.30, No.15)。中科院半導(dǎo)體所博士研究生于磊和馬鵬飛為共同第一作者，王鵬飛助理研究員為通訊作者，該工作得到了國家自然科學(xué)基金的資助。

編輯：黃飛