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我常常想知道是否有一些我们无法掌握的东西，也许是“其他世俗的”元素硅（Si），它是大多数IC和分立半导体工作的主要材料。是的，正在使用所有锗（Ge）器件（仍然！），以及SiC，GaN，SiGe，GaAs和其他混合材料衬底（我的意思是没有任何侮辱或减少其他材料 - 他们都有他们扮演的角色）但硅对于大多数工作来说都是“它”。更令人惊奇的是原料硅是“仅仅”的沙子，虽然它需要大量先进的材料科学专业知识和加工成为6“，8”，12“（300毫米）直径和近乎完美的结晶的铸锭结构，当然。 除了作为电子电路的基础之外，它还用于感应压力，加速度，方向和其他物理变量的MEMS器件。使用微通道蚀刻硅的生物传感器将单文件血细胞系引导通过目标传感器，而硅在其表面上涂有试剂以检测特定气体和污染物，或者LED /光电传感器装置对细胞进行计数并扫描它们各种属性。它还可用于先进的光电子学：尽管硅本身不能作为LED材料使用，但它可用于微通道，微通道充当光学波导，导致高度集成的电光器件。 这就是硅的特性现在应用于创建用于动态无透镜成像的相控阵光束转向的地方。波束控制原理的实现在电磁频谱（RF和光学）以及音频频谱中相当普遍。在RF中，它已被用于蜂窝系统和RADAR天线中的动态波束形成多年（以及5G MIMO，这是波束控制的一种形式）; 在光学领域，它被用于特殊的望远镜阵列，用于基于干涉测量的研究。但光学相控阵尚未以“微观”尺度使用，因为这些阵列需要多个分立的发射器或传感器。 即使对于大众市场的消费产品，基于硅的光学技术也许能够改变这一点，甚至可以实现超薄无透镜相机。加利福尼亚理工学院（加州理工学院）的研究人员创造了这样一种装置，尽管它仍然很粗糙。完整的细节在他们简短的美国光学学会技术文摘论文“ An 8x8 Heterodyne Lens-less OPA Camera。”如果我打算创建一个用于图像捕获的无框阵列，我会尝试在模具上放置一系列光电传感器，然后严格控制我对其输出进行采样以创建相控阵效果。这似乎是合乎逻辑的，起初......除了它不可行。 在这种64元件设计中，他们所做的是使用薄的硅光子集成SOI衬底，顶部装有一系列光栅耦合器来捕获入射光，如图1所示。每个光栅将光引导到波导中，波导又被路由到定向光耦合器，然后与外差方案中的参考光进行比较。耦合器的输出连接到一对平衡光电二极管，信号被混合到MHz范围内的电子IF（此时，声音就像标准RF接收器架构一样）。
接下来，引用他们的论文，“ 与接收元件相关的所有光电二极管的输出电流通过并联放置它们来产生接收器的输出信号。参考光通过光栅耦合器耦合并分成64个路径。每条路径通过PIN二极管移相器并馈送定向耦合器。通过调整每个路径的相移来形成接收波束，使得从某个方向到达的信号的幅度建设性地增加，同时拒绝来自其他方向的入射光的强度“相长干涉产生相移效应，从而产生可控阵列。（当然，他们的论文给出了所用激光波长和外差过程频率的细节。） “哇”就是我所能说的。是的，此时它的分辨率仅为8×8，但回想一下，英特尔的第一款DRAM，即传奇的1103，在1970年推出，仅为1024位（1 kB） - 看看现在的DRAM容量。这种无透镜阵列的光束宽度为0.75 o，其可操纵范围（视场）仅为8 o，但是嘿，这是一个开始，图2。 具有8×8相控阵的硅光学相控阵芯片尺寸为1.4×1.8 mm。（图片由aws提供）
这将成为透镜光学器件的可行替代品甚至竞争者吗？或者仅限于需要超薄，高度集成成像的壁龛？或许在十年或两年内成为首选的“镜头”。显然，我们都不知道未来。毕竟，就在不久之前，专家们向我们保证，在可预见的未来，CMOS成像器永远不会像电荷耦合器件（CCD）一样好，看看我们现在的位置：CCD仍然用于高度专业化的仪器当然，CMOS传感器在绝大多数应用中占主导地位，并且具有极高的分辨率和色彩保真度。 在几年甚至几十年内，您对硅基光学器件有何看法？您的评估可能正如其他任何人预测的那样正确！
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发表于 2019-1-28 16:33:04
