In this research, we propose a novel architecture of photonic integrated circuit (PIC) for in-situ far-field pattern monitoring in a silicon-based optical phased array (OPA) by employing the planar diffractor and photodetectors arranged at the rear of radiator array. To reproduce the far-field patterns, the planar diffractor composed of diffraction region for the free propagation of main lobe and highly absorptive region for diminishing any noise caused by grating and side lobes is configured. The 7 elements of guiding waveguides and photodetectors (PDs) in the array capture the beam power within beam-steering range at the outermost of the diffraction region to monitor the radiation angle and power distribution in the OPA. We present clear beam-forming in the fabricated 1 $\times$ 16 OPA with the planar diffractor and the current distributions monitored from the PD array in real time at different phase conditions. Our proposed novel architecture capable of in-situ far-field pattern monitoring can be a practical solution for performing an on-chip calibration in the OPA.
본 논문에서는 실리콘 기반 광위상배열에서 발산기 어레이 뒤쪽에 위치하는 평판형 회절기와 광검출기를 이용한 원거리장 패턴의 인-시츄 모니터링을 위한 새로운 광집적회로 구조를 제시한다. 원거리장 패턴을 재현하기 위해서, 메인 로브의 자유 전파를 위한 회절 영역과, 그레이팅 로브와 사이드 로브에 의해 발생하는 잡음을 줄이기 위한 높은 흡수 영역으로 구성되는 평판형 회절기를 배치한다. 어레이로 구성된 7개의 가이드 도파로와 광검출기는 광위상배열의 방사 각도와 파워 분포를 모니터하기 위해 회절 영역의 최 외곽에 위치하여 빔-스티어링 시야각 범위 내에서 빔 파워를 수광한다. 평판형 회절기와 함께 집적하여 제작한 1 $\times$ 16 광위상배열에서 상이한 위상 조건에 알맞은 온전한 빔의 형성과 더불어, 광검출기로부터 실시간으로 모니터링을 수행하여 얻은 전류 분포를 함께 제시한다. 본 논문에서 새롭게 제안하는 원거리장 패턴의 인-시츄 모니터링 수행을 위한 광집적회로 구조는 광위상배열에서 온-칩 보정을 수행할 수 있는 실질적인 해결책으로 활용될 수 있다.
