一种基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线及其制作方法

技术特征：
1.一种基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线，其特征在于，自下而上包括：衬底、掩埋层、介质层，所述介质层内具有双光栅结构和波导层，所述双光栅结构包括顶层光栅阵列和底层光栅阵列，底层光栅阵列和顶层光栅阵列平行放置，彼此之间具有一定偏移量，底层光栅阵列采用纳米光栅结构，所述波导层位于底层光栅阵列和顶层光栅阵列之间。2.根据权利要求1所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线，其特征在于，所述偏移量为0.13～0.16μm。3.根据权利要求1所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线，其特征在于，所述底层光栅阵列采用以下结构中的一种：锥形底层光栅阵列、凹面弧形底层光栅阵列、右倾底层光栅阵列。4.根据权利要求3所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线，其特征在于，所述锥形光栅包括上部的长方形部分和底部锥形部分，长方形部分高度与锥形部分高度之比为9:11，所述凹面弧形底层光栅顶部圆弧面的角度为32～38
°
，所述右倾光栅结构顶面倾斜角度为30
°
～32
°
。5.根据权利要求1所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线，其特征在于，所述波导层包括前端矩形波导、锥头线性波导和位于双层光栅之间的矩形波导。6.根据权利要求5所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线，其特征在于，所述波导层波导刻蚀高度为0.8μm，所述矩形波导宽度为0.38μm；所述锥形线性波导长度为2μm，输入端宽度为0.38μm，输出端宽度为2μm；所述双光栅结构中光栅周期为0.65～0.7μm，占空比为0.66，光栅宽度为2μm，光栅与波导间距为50nm；底层光栅阵列刻蚀深度为0.6μm；顶层光栅阵列刻蚀深度为0.46μm。7.一种基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1：在衬底上形成介质层，所述介质层的折射率介于所述波导层的折射率与空气折射率之间；步骤s2：在所述介质层表面刻蚀形成具有双光栅结构的波导层，在其波导垂直上下处刻蚀光栅结构，顶层光栅刻蚀时与底层光栅有一定的横向偏移量；步骤s3：去除波导表面的光刻胶并进行清洗，完成器件。8.根据权利要求7所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线的制作方法，其特征在于，所述步骤s2中波导层由化学气相沉积工艺在介质层上形成氮化硅薄膜，结合标准光刻工艺刻蚀。9.根据权利要求7所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线的制作方法，其特征在于，所述底层光栅经过涂覆光刻胶、曝光、显影和离子刻蚀的方式来完成，所述底层光栅结合离子刻蚀的光束斜入射方式和垂直入射方式来实现；所述顶层光栅采用与底层光栅一样的刻蚀方式。10.根据权利要求7或9所述的基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线的制作方法，其特征在于，所述底层光栅包括锥形结构、凹面弧形结构和右倾结构中的一种，当采用锥形结构时，从矩形光栅半腰处方向入射，斜入射角度为43
°
～46
°
，刻蚀长度为0.33μm，垂直入射刻蚀长度为0.6μm；当采用凹面弧形结构时，从矩形光栅左右两侧斜入射和顶端垂直入射完成，斜入射角度为15
°
，刻蚀长度为0.2μm，垂直刻蚀深度为0.25μm；当采用右倾结构时，从左
上方斜入射，入射角度为30
°
～32
°
，刻蚀长度为0.4μm，垂直刻蚀长度为0.41μm；所述顶层光栅采用的离子刻蚀方式为垂直入射，刻蚀长度均为0.46μm。

技术总结
本发明提出了一种基于交错偏移的夹层高效发射光栅天线及其制作方法。天线自下而上包括：衬底、掩埋层、介质层，介质层内具有双光栅结构和波导层，双光栅结构包括顶层光栅阵列和底层光栅阵列，底层光栅阵列和顶层光栅阵列平行放置，彼此之间具有一定偏移量，底层光栅阵列采用纳米光栅结构，波导层位于底层光栅阵列和顶层光栅阵列之间。本发明波导层能够减小光栅天线阵列所带来的串扰问题；底层光栅与顶层光栅错位偏移周期性排列能够有效降低光栅的向下衍射强度，新型的底层光栅结构能够使光反射更聚集，提高顶层光栅的向上衍射效率，增强光辐射至自由空间的方向性，突破传统光栅长度的上限。本发明制作方法简单，生产效率高且成本较低。本较低。本较低。


技术研发人员：程立文 张家荣 陈志朋 刘鹏飞 罗雨中 张曦晨 张嘉仪 杨达
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2022.04.18
技术公布日：2022/7/29