In this research, we propose a structure that has high efficiency in thermo-optic control of longitudinal radiation angle in a silicon-based optical phased array. To fabricate the proposed structure, we used the deep reactive ion etching fabrication process to generate an air trench structure on the backside of the silicon wafer. Low thermal conductivity of the air can successfully focus the heat to a specific area while using thermo-optic control. We generate the beam by controlling each phase of the channel with digital-to-analog converting in packaged 64 channel optical phased array on the printed circuit board (PCB). Also, we present the steering of the longitudinal radiation beam through thermo-optic control of the tunable radiator array. We confirmed that an optical phased array with an air trench structure has over a 99 % increases in terms of tuning efficiency of the longitudinal radiation angle steering, compared to the conventional one. The air trench structure proposed in this research may be the possible solution to increase the efficiency in many components of the optical phased array which uses thermo-optic control.
본 논문에서는 실리콘 광위상배열에서 발산기 어레이의 수직 방사 각도 열광학 제어를 효율적으로 하기 위한 구조를 제시한다. 제안된 구조를 만들기 위해, 딥 반응성 이온 에칭 공정을 통해 실리콘 웨이퍼 뒷면에 공기 도랑 구조를 형성한다. 공기의 낮은 열전도율은 열광학 제어 도중 발생하는 열을 국부적으로 원하는 부분에 집중시킬 수 있도록 한다. 64채널 광위상배열 칩을 프린트 배선판에 패키징하여 디지털/아날로그 변환을 통해 각 채널의 위상을 조절하여 빔을 형성함과 동시에, 발산기 어레이의 열광학 제어를 통한 수직 방사 각도를 함께 제시한다. 공기 도랑 구조를 적용한 광위상배열은 종래의 광위상배열에 비해 99 % 이상 수직 방향 빔 조향 효율이 증가한 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안하는 공기 도랑 구조는 광위상배열에서 열광학 제어를 사용하는 여러 소자의 효율을 높일 수 있는 해결책으로 두루 활용될 수 있다.
