CN115685442A - 一种光学相控阵天线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种光学相控阵天线及其制作方法。该光学相控阵天线包括由下至上层叠设置的衬底层、掩埋层和顶部层，以及光栅结构；顶部层形成有波导结构层，光栅结构包括上层光栅和下层光栅，上层光栅和下层光栅分别位于波导结构层的上下侧，上层光栅和下层光栅协同形成谐振结构，光栅结构用于将来自波导结构层的光进行耦合并向上或向下择一性地定向输出。本申请提供的光学相控阵天线，光栅结构能够将来自波导结构层的光进行耦合并向上或向下择一性地定向输出，改变传统的发散式输出，大幅提高了天线的辐射效率高，提高了能量利用率，无需在光栅结构和衬底层间添加DBR反射镜或金属反射镜，工艺难度降低，降低了天线制造成本。
Description
技术领域
本申请属于天线技术领域，更具体地说，是涉及一种光学相控阵天线及其制造方法。
背景技术
现有的光栅型光学天线，因并未对光栅进行特别地设计，而采用常规的光栅，致使各波导上从光栅向外耦合的光存在发散严重、辐射效率极低的技术问题，进而导致光学天线的能量利用率极低。而现有的反射式光学相控阵天线，需在天线与衬底之间添加DBR反射镜或金属反射镜，其工艺难度很高，致使天线的制造成本增高。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种光学相控阵天线及其制造方法，具有可向上或向下择一性定向发射的优势，辐射效率高、能量利用率高且制造成本低。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种光学相控阵天线，其特征在于，包括：由下至上层叠设置的衬底层、掩埋层和顶部层，以及光栅结构；
所述顶部层形成有波导结构层，所述光栅结构包括上层光栅和下层光栅，所述上层光栅和所述下层光栅分别位于所述波导结构层的上下侧，所述上层光栅和所述下层光栅协同形成谐振结构，所述光栅结构用于将来自所述波导结构层的光进行耦合并向上或向下择一性地定向输出。
一实施例中，所述上层光栅和所述下层光栅的光栅周期相同，所述上层光栅和所述下层光栅设置成能够使来自所述波导结构层的光在所述上层光栅和所述下层光栅之间完成相干进使向上和向下两个方向中的其中一方向的光相干而相涨、另一方向的光相干而相消进而获得向上或向下择一性地定向输出。
一实施例中，所述上层光栅向上发射的光和所述下层光栅向上发射的光的相位差为φup，所述上层光栅向下发射的光和所述下层光栅向下发射的光的相位差为φdown；其中，
φup＝φv–φl；
φdown＝φv+φl；
其中，
φv为垂直方向相位差分量；
φl为水平方向相位差分量。
一实施例中，所述上层光栅和所述下层光栅将来自所述波导结构层的光进行耦合并向上定向输出时：
φup＝φv–φl＝m*2π；
φdown＝φv+φl＝(m+1)*π；
其中，m为正整数。
一实施例中，所述上层光栅和所述下层光栅将来自所述波导结构层的光进行耦合并向下定向输出时：
φup＝φv–φl＝(m+1)*π；
φdown＝φv+φl＝m*2π；
其中，m为正整数。
一实施例中，所述上层光栅与所述波导结构层的垂直距离同于所述下层光栅与所述波导结构层的垂直距离；和/或，
所述上层光栅的厚度同于所述下层光栅的厚度，所述上层光栅的占空比同于所述下层光栅的占空比。
一实施例中，所述上层光栅和所述下层光栅距离所述波导结构层的垂直距离范围均为0-500nm；
所述上层光栅和所述下层光栅的厚度范围均为0-500nm；
所述上层光栅和所述下层光栅的光栅周期范围均为500-1200nm；
所述上层光栅和所述下层光栅的占空比范围均为0.2-0.8；
所述波导结构层的厚度范围为200-600nm。
一实施例中，所述上层光栅与所述下层光栅的平面旋转角度为零；
所述上层光栅与所述下层光栅的平面偏移距离为120nm。
一实施例中，所述光学相控阵天线还包括层叠于所述顶部层上方的保护层；
所述上层光栅的上表面与所述保护层的上表面之间的垂直距离范围为1-10μm；所述下层光栅的下表面与所述衬底层的下表面之间的距离范围为1-20μm。
一实施例中，所述上层光栅和所述下层光栅的结构为以下任一种：
-整体光栅式结构；
-阵列波导光栅式结构；
或，所述上层光栅和所述下层光栅的结构为以下任一种：
-浅刻蚀光栅结构；
-全刻蚀光栅结构；
或，所述上层光栅和所述下层光栅的结构为以下任一种：
-表面刻蚀光栅结构；
-侧面刻蚀光栅结构；
-边刻蚀光栅结构；
或，所述上层光栅和所述下层光栅的结构为以下任一种：
-一维光栅结构；
-二维光栅结构。
一实施例中，所述衬底层的制成材料和所述掩埋层的制成材料相同或不同；其中，
所述衬底层的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、AlN；
所述掩埋层的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、AlN。
一实施例中，所述波导结构层、所述上层光栅和所述下层光栅的制成材料至少部分相同或全不相同；其中，
所述波导结构层的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN；
所述上层光栅的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN；
所述下层光栅的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN。
本申请提供的光学相控阵天线的有益效果在于：
与现有技术相比，本申请于波导结构层的上下两侧分别设置上层光栅和下层光栅，上层光栅、波导结构层和下层光栅协同形成谐振结构，上层光栅和下层光栅能够将来自波导结构层的光进行耦合并向上或向下择一性地定向输出，改变传统的发散式输出，进而大幅提高了天线的辐射效率高，提高了能量利用率，且无需在光栅结构和衬底层之间添加DBR反射镜或金属反射镜，其工艺难度明显降低，进而降低了天线制造成本。
本申请的另一目的还在于提供一种如上所述的光学相控阵天线的制造方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：在预制完成的掩埋层上形成下光栅层，得到下层光栅；
步骤S2：得到所述下层光栅后，在所述下层光栅上外延生长第一间隔层，并通过化学机械抛光工艺对所述第一间隔层的上表面进行抛光处理；
步骤S3：在所述第一间隔层上外延生长顶部层，并通过光刻工艺在所述顶部层上形成波导结构层；
步骤S4：在所述波导结构层上外延生长第二间隔层，并通过化学机械抛光工艺对所述第二间隔层的上表面进行抛光处理；
步骤S5：在所述第二间隔层上形成上光栅层，得到上层光栅，并在所述上层光栅上生长保护层。
一实施例中，所述步骤S1包括：
在预制完成的掩埋层的上表面涂布光刻胶，之后通过光刻工艺和刻蚀工艺得到凹槽，使用所述下层光栅的材料生长填充所述凹槽，并通过化学机械抛光工艺对填充后的表面进行平坦化处理，得到所述下层光栅；或者，
在预制完成的掩埋层的上表面生长一层设定厚度的所述下层光栅的生长材料，形成所述下光栅层，之后在所述下光栅层的上表面涂布光刻胶，通过光刻工艺和刻蚀工艺得到所述下层光栅。
一实施例中，所述步骤S4包括：
在所述第二间隔层的上表面涂布光刻胶，之后进行光刻工艺和刻蚀工艺得到凹槽，使用所述上层光栅的材料生长填充所述凹槽，并通过化学机械抛光工艺对填充后的表面进行平坦化处理，得到所述上层光栅；或者，
在所述第二间隔层的上表面生长一层设定厚度的所述上层光栅的生长材料，形成所述上光栅层，之后在所述上光栅层的上表面涂布光刻胶，通过光刻工艺和刻蚀工艺得到所述上层光栅。
本申请提供的光学相控阵天线的制造方法相比于现有技术的有益效果同于本申请实施例提供的光学相控阵天线相比于现有技术的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的光学相控阵天线的示意图；
图2为本申请实施例提供的上层光栅和下层光栅将来自波导结构层的光进行耦合并向上定向输出的示意图，其中，箭头所指方向为光路方向；
图3为本申请实施例提供的上层光栅和下层光栅将来自波导结构层的光进行耦合并向下定向输出的示意图，其中，箭头所指方向为光路方向；
图4为本申请实施例提供的光学相控阵天线的局部示意图；
图5为本申请实施例提供的光学相控阵天线的局部示意图，其中，箭头所指方向为光路方向；
图6为本申请实施例提供的光学相控阵天线的光栅结构的结构示意图；其中，光栅结构为整体光栅式结构；
图7为本申请实施例提供的光学相控阵天线的光栅结构的结构示意图；其中，光栅结构为阵列波导光栅式结构；
图8为本申请实施例提供的光学相控阵天线采用阵列波导光栅式结构的单根天线的效率图。
其中，图中各附图标记：
10、衬底层；20、掩埋层；30、波导结构层；40、保护层；50、光栅结构；501、上层光栅；502、下层光栅。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现对本申请实施例提供的光学相控阵天线及其制作方法进行说明。
请参阅图1至图3所示，本申请实施例提供的光学相控阵天线包括由下至上层叠设置的衬底层10、掩埋层20和顶部层，以及光栅结构50。
顶部层形成有波导结构层30，光栅结构50包括上层光栅501和下层光栅502，上层光栅501和下层光栅502分别位于波导结构层30的上下侧，上层光栅501和下层光栅502协同形成谐振结构，光栅结构50用于将来自波导结构层30的光进行耦合并向上或向下择一性地定向输出。
上层光栅501和下层光栅502的光栅周期相同，上层光栅501和下层光栅502设置成能够使来自波导结构层30的光在上层光栅501和下层光栅502之间完成相干进使向上和向下两个方向中的其中一方向的光相干而相涨、另一方向的光相干而相消进而获得向上或向下择一性地定向输出。
具体而言，上层光栅501和下层光栅502均用于将来自波导结构层30的光进行耦合并输出，然而由于上层光栅501和下层光栅502在向上和向下发射的方向上具有相位差，在对上层光栅501和下层光栅502设计的过程中，通过调整上层光栅501和下层光栅502各自的厚度、各自与波导结构层30之间的垂直距离、各自的占空比，以及上层光栅501和下层光栅502二者之间的相对位置，实现二者向上发射的光干涉增强，且同时二者向下发射的光干涉相消，从而实现向上定向发射。同样地，基于同样的原理，在对上层光栅501和下层光栅502设计的过程中，通过调整上层光栅501和下层光栅502各自的厚度、各自与波导结构层30之间的垂直距离、各自的占空比，以及上层光栅501和下层光栅502二者之间的相对位置，实现二者向下发射的光干涉增强，且同时二者向上发射的光干涉相消，从而实现向下定向发射。
例如，设定：上层光栅501向上发射的光和下层光栅502向上发射的光的相位差为φup，上层光栅501向下发射的光和下层光栅502向下发射的光的相位差为φdown。其中，
φup＝φv–φl；
φdown＝φv+φl；
其中，
φv为垂直方向相位差分量；
φl为水平方向相位差分量。
例如，在如图3所示的实施例中，上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向上定向输出时：
φup＝φv–φl＝m*2π；
φdown＝φv+φl＝(m+1)*π；
其中，m为正整数。
对于上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向上定向输出时，上层光栅501和下层光栅502向上发射的光相干加强，上层光栅501和下层光栅502向下发射的光相干相消，进使向上和向下两个方向中的向上方向的光相干而相涨、向下方向的光相干而相消进而获得向上择一性地定向输出。
而上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向下定向输出时：
φup＝φv–φl＝(m+1)*π；
φdown＝φv+φl＝m*2π；
其中，m为正整数。
对于上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向下定向输出时，上层光栅501和下层光栅502向下发射的光相干加强，上层光栅501和下层光栅502向上发射的光相干相消，进使向上和向下两个方向中的向下方向的光相干而相涨、向上方向的光相干而相消进而获得向上择一性地定向输出。
再例如，在如图2所示的实施例中，上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向上定向输出时：
φup＝φv–φl＝m*2π，
φdown＝φv+φl＝(m+1)*π；
其中，m为正整数。
对于上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向上定向输出时，上层光栅501和下层光栅502向上发射的光相干加强，上层光栅501和下层光栅502向下发射的光相干相消，进使向上和向下两个方向中的向上方向的光相干而相涨、向下方向的光相干而相消进而获得向上择一性地定向输出。
而上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向下定向输出时：
φup＝φv–φl＝m*2π；
φdown＝φv+φl＝(m+1)*π；
其中，m为正整数。
对于上层光栅501和下层光栅502将来自波导结构层30的光进行耦合并向下定向输出时，上层光栅501和下层光栅502向下发射的光相干加强，上层光栅501和下层光栅502向上发射的光相干相消，进使向上和向下两个方向中的向下方向的光相干而相涨、向上方向的光相干而相消进而获得向上择一性地定向输出。
即：通过参数设计，对于向上定向发射时，上层光栅501和下层光栅502向上发射的光相干加强，向下发射的光相干相消。对于向下定向发射时，上层光栅501和下层光栅502向下发射的光相干加强，向上发射的光相干相消。
进一步地，设定：Nv为垂直方向的有效折射率，Nl为水平方向的有效折射率，φv和φl二者可基于光学仿真软件的模式求解器计算得到。
其中，
φv＝Nv[Hwg+Hgap_up+Hgap_down+(Hgrating_up+Hgrating_down)/2]；
φl＝Nl*L＝NⅢ*L；
其中，
Hwg为波导结构层30的厚度；
Hgap_up为上层光栅501下表面距波导结构层30上表面的垂直距离；
Hgap_down为下层光栅502上表面距波导结构层30下表面的垂直距离；
Hgrating_up为上层光栅501的厚度；
Hgrating_down为下层光栅502的厚度；
其中，如图4和图5所示，每个周期由四个部分组成，如图中的I-IV所示。每个部分均对应有长度为Li和有效折射率ni。
根据等效的介质理论，计算光栅的有效折射指数:
其中，n1＝n3，L1＝L3＝L；
其中，L为上层光栅和下层光栅之间的偏移距离，P为光栅周期。
通过光栅方程计算，获得天线在波长调谐的偏转角度θ(如图1中所示):
其中，N_c为保护层40的有效折射索引，λ是输入光的自由空间波长。
其中，Nv和Nl受到波导结构层30的厚度(Hwg)、每层光栅的各自厚度(Hgrating_up和Hgrating_down)、每层光栅到波导结构层30的间隔(Hgap_up和Hgap_down)的影响。上层光栅501和下层光栅502的光栅周期需相同，其余参数可不相同。
综上，本申请提供的天线，于波导结构层30的上下两侧分别设置上层光栅501和下层光栅502，上层光栅501、波导结构层30和下层光栅502协同形成谐振结构，上层光栅501和下层光栅502能够将来自波导结构层30的光进行耦合并向上或向下择一性地定向输出，改变传统的发散式输出，进而大幅提高了天线的辐射效率高，提高了能量利用率，如图8所示。
另外，本申请提供的天线，相对于在光栅结构50和衬底层10之间添加DBR反射镜或金属反射镜来提高辐射效率的方案，本申请提出的天线结构工艺难度明显降低，进而降低了天线制造成本。
具体而言，由于出光面可以是衬底层，可在不影响出射光正常扫描的情况下，根据实际应用需要，采用倒装芯片封装技术对该天线进行封装，大大减小天线的电学封装难度，同时提升器件在速度、散热等方面的性能，有利于器件小型化、集成化。
另外，需要说明的是，由于本申请提供的光学相控阵天线，光的出射方向可以自主选择向下，可以选择向下定向发射来增加正面电极和引线的可用面积，从而解决大规模光学相控阵天线电极排布、布线和打线等方面的难题。
优选地，本申请一实施例中，设定上层光栅501与波导结构层30的垂直距离同于下层光栅502与波导结构层30的垂直距离；和/或，上层光栅501的厚度同于下层光栅502的厚度，上层光栅501的占空比同于下层光栅502的占空比。
其中，上层光栅501和下层光栅502距离波导结构层30的垂直距离范围均为0-500nm；上层光栅501和下层光栅502的厚度范围均为0-500nm；上层光栅501和下层光栅502的光栅周期范围均为500-1200nm；上层光栅501和下层光栅502的占空比范围均为0.2-0.8；波导结构层的厚度范围为200-600nm。
最为优选地，上层光栅501和下层光栅502距离波导结构层30的垂直距离均为400nm；上层光栅501和下层光栅502的厚度均为400nm；上层光栅501和下层光栅502的光栅周期均为630nm；上层光栅501和下层光栅502的占空比均为0.59。
优选地，本申请一实施例中，上层光栅501与下层光栅502的平面旋转角度为零；上层光栅501与下层光栅502的平面偏移距离为120nm。
一实施例中，光学相控阵天线还包括层叠于顶部层上方的保护层40；上层光栅501的上表面与保护层40的上表面之间的垂直距离范围为1-10μm；下层光栅502的下表面与衬底层10的下表面之间的距离范围为1-20μm。
最为优选地，上层光栅501的上表面与保护层40的上表面之间的垂直距离为4.8μm；下层光栅502的下表面与衬底层10的下表面之间的距离为8.8μm。
其中，保护层40优选为二氧化硅保护层。
一实施例中，如图6和图7所示，上层光栅501和下层光栅502的结构为以下任一种：整体光栅式结构、阵列波导光栅式结构。
其他实施例中，例如从刻蚀深度划分，上层光栅501和下层光栅502的结构为以下任一种：浅刻蚀光栅结构、全刻蚀光栅结构。
其他实施例中，例如从刻蚀方式划分，上层光栅501和下层光栅502的结构为以下任一种：表面刻蚀光栅结构、侧面刻蚀光栅结构、边刻蚀光栅结构。
其他实施例中，例如从光栅维度划分，上层光栅501和下层光栅502的结构为以下任一种：一维光栅结构、二维光栅结构。
其中，一维光栅结构是指在一个坐标轴方向上存在光栅结构50的光栅，一维光栅结构为已知技术，本实施例不作详细赘述。
其中，二维光栅结构是指在两个坐标轴方向上存在光栅结构50的光栅，二维光栅结构为已知技术，本实施例不作详细赘述。
本申请一实施例中，衬底层10的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、AlN；掩埋层20的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、AlN；衬底层10的制成材料和掩埋层20的制成材料相同或不同。衬底层10的制成材料和掩埋层20的制成材料相同时，不再区分衬底层10和掩埋层20。
本申请一实施例中，波导结构层30的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN；上层光栅501的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN；下层光栅502的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN；波导结构层30、上层光栅501和下层光栅502的制成材料至少部分相同或全不相同，但上层光栅501和下层光栅502与掩埋层20和保护层40的材料之间存在折射率差，从而对波导结构层30中传输到的激光产生扰动。
本申请实施例提供的光学相控阵天线，根据所使用的材料，其工作波长范围包括从紫外光到中红外光，可应用的工作波长区间较大。
本申请实施例的另一目的还在于提供一种如上的光学相控阵天线的制造方法，方法包括如下步骤：
步骤S1：在预制完成的掩埋层20上形成下光栅层，得到下层光栅502；
步骤S2：得到下层光栅502后，在下层光栅502上外延生长第一间隔层，并通过化学机械抛光工艺对第一间隔层的上表面进行抛光处理；
步骤S3：在第一间隔层上外延生长顶部层，并通过光刻工艺在顶部层上形成波导结构层30；
步骤S4：在波导结构层30上外延生长第二间隔层，并通过化学机械抛光工艺对第二间隔层的上表面进行抛光处理；
步骤S5：在第二间隔层上形成上光栅层，得到上层光栅501，并在上层光栅501上生长保护层40。
一实施例中，步骤S1包括：
在预制完成的掩埋层20的上表面涂布光刻胶，之后通过光刻工艺和刻蚀工艺得到凹槽，使用下层光栅502的材料生长填充凹槽，并通过化学机械抛光工艺对填充后的表面进行平坦化处理，得到下层光栅502；或者，
在预制完成的掩埋层20的上表面生长一层设定厚度的下层光栅502的生长材料，形成下光栅层，之后在下光栅层的上表面涂布光刻胶，通过光刻工艺和刻蚀工艺得到下层光栅502。
一实施例中，步骤S4包括：
在第二间隔层的上表面涂布光刻胶，之后进行光刻工艺和刻蚀工艺得到凹槽，使用上层光栅501的材料生长填充凹槽，并通过化学机械抛光工艺对填充后的表面进行平坦化处理，得到上层光栅501；或者，
在第二间隔层的上表面生长一层设定厚度的上层光栅501的生长材料，形成上光栅层，之后在上光栅层的上表面涂布光刻胶，通过光刻工艺和刻蚀工艺得到上层光栅501。
本申请提供的光学相控阵天线的制造方法相比于现有技术的有益效果同于本申请实施例提供的光学相控阵天线相比于现有技术的有益效果，此处不再赘述。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种光学相控阵天线，其特征在于，包括：由下至上层叠设置的衬底层(10)、掩埋层(20)和顶部层，以及光栅结构(50)；
所述顶部层形成有波导结构层(30)，所述光栅结构(50)包括上层光栅(501)和下层光栅(502)，所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)分别位于所述波导结构层(30)的上下侧，所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)协同形成谐振结构，所述光栅结构(50)用于将来自所述波导结构层(30)的光进行耦合并向上或向下择一性地定向输出。
2.根据权利要求1所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的光栅周期相同，所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)设置成能够使来自所述波导结构层(30)的光在所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)之间完成相干进使向上和向下两个方向中的其中一方向的光相干而相涨、另一方向的光相干而相消进而获得向上或向下择一性地定向输出。
3.根据权利要求2所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)向上发射的光和所述下层光栅(502)向上发射的光的相位差为φup，所述上层光栅(501)向下发射的光和所述下层光栅(502)向下发射的光的相位差为φdown；其中，
φup＝φv–φl；
φdown＝φv+φl；
其中，
φv为垂直方向相位差分量；
φl为水平方向相位差分量。
4.根据权利要求3所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)将来自所述波导结构层(30)的光进行耦合并向上定向输出时：
φup＝φv–φl＝m*2π；
φdown＝φv+φl＝(m+1)*π；
其中，m为正整数。
5.根据权利要求3所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)将来自所述波导结构层(30)的光进行耦合并向下定向输出时：
φup＝φv–φl＝(m+1)*π；
φdown＝φv+φl＝m*2π；
其中，m为正整数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)与所述波导结构层(30)的垂直距离同于所述下层光栅(502)与所述波导结构层(30)的垂直距离；和/或，
所述上层光栅(501)的厚度同于所述下层光栅(502)的厚度，所述上层光栅(501)的占空比同于所述下层光栅(502)的占空比。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)距离所述波导结构层(30)的垂直距离范围均为0-500nm；
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的厚度范围均为0-500nm；
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的光栅周期范围均为500-1200nm；
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的占空比范围均为0.2-0.8；
所述波导结构层的厚度范围为200-600nm。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)与所述下层光栅(502)的平面旋转角度为零；
所述上层光栅(501)与所述下层光栅(502)的平面偏移距离为120nm。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述光学相控阵天线还包括层叠于所述顶部层上方的保护层(40)；
所述上层光栅(501)的上表面与所述保护层(40)的上表面之间的垂直距离范围为1-10μm；
所述下层光栅(502)的下表面与所述衬底层(10)的下表面之间的距离范围为1-20μm。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的结构为以下任一种：
-整体光栅式结构；
-阵列波导光栅式结构；
或，所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的结构为以下任一种：
-浅刻蚀光栅结构；
-全刻蚀光栅结构；
或，所述上层光栅和所述下层光栅(502)的结构为以下任一种：
-表面刻蚀光栅结构；
-侧面刻蚀光栅结构；
-边刻蚀光栅结构；
或，所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的结构为以下任一种：
-一维光栅结构；
-二维光栅结构。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述衬底层(10)的制成材料和所述掩埋层(20)的制成材料相同或不同；其中，
所述衬底层(10)的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、AlN；
所述掩埋层(20)的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、AlN。
12.根据权利要求1-5中任一项所述的光学相控阵天线，其特征在于，
所述波导结构层(30)、所述上层光栅(501)和所述下层光栅(502)的制成材料至少部分相同或全不相同；其中，
所述波导结构层(30)的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN；
所述上层光栅(501)的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN；
所述下层光栅(502)的制成材料包括以下任意一种：Si、InP、SiNx、AlN。
13.一种光学相控阵天线的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：在预制完成的掩埋层(20)上形成下光栅层，得到下层光栅(502)；
步骤S2：得到所述下层光栅(502)后，在所述下层光栅(502)上外延生长第一间隔层，并通过化学机械抛光工艺对所述第一间隔层的上表面进行抛光处理；
步骤S3：在所述第一间隔层上外延生长顶部层，并通过光刻工艺在所述顶部层上形成波导结构层(30)；
步骤S4：在所述波导结构层(30)上外延生长第二间隔层，并通过化学机械抛光工艺对所述第二间隔层的上表面进行抛光处理；
步骤S5：在所述第二间隔层上形成上光栅层，得到上层光栅(501)，并在所述上层光栅(501)上生长保护层(40)。
14.根据权利要求13所述的光学相控阵天线的制造方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
在预制完成的掩埋层(20)的上表面涂布光刻胶，之后通过光刻工艺和刻蚀工艺得到凹槽，使用所述下层光栅(502)的材料生长填充所述凹槽，并通过化学机械抛光工艺对填充后的表面进行平坦化处理，得到所述下层光栅(502)；或者，
在预制完成的掩埋层(20)的上表面生长一层设定厚度的所述下层光栅(502)的生长材料，形成所述下光栅层，之后在所述下光栅层的上表面涂布光刻胶，通过光刻工艺和刻蚀工艺得到所述下层光栅(502)。
15.根据权利要求13所述的光学相控阵天线的制造方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
在所述第二间隔层的上表面涂布光刻胶，之后进行光刻工艺和刻蚀工艺得到凹槽，使用所述上层光栅(501)的材料生长填充所述凹槽，并通过化学机械抛光工艺对填充后的表面进行平坦化处理，得到所述上层光栅(501)；或者，
在所述第二间隔层的上表面生长一层设定厚度的所述上层光栅(501)的生长材料，形成所述上光栅层，之后在所述上光栅层的上表面涂布光刻胶，通过光刻工艺和刻蚀工艺得到所述上层光栅(501)。
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