[发明专利]光接收器阵列和光学雷达装置

说明书

本发明光接收器阵列由以阵列形式排列的多个含光子晶体慢光波导(12)的接收器构成，本发明光学雷达装置由直线排列的光接收器阵列(10)和发射器(21)构成。所述光接收器阵列(10)的多个接收器(11a～11d)的排列关系为(a)由排成阵列的多个含光子晶体慢光波导(12)的接收器所形成的阵列状元件，而且该阵列排列形式由如下两者定义：(b)定义了构成所述光接收器阵列的多个接收器间位置关系的排列形式；以及(c)定义了每一接收器方向的朝向。当相邻接收器波导末端所接收的接收光之间的相位差对应于一个波长时，排列间距p，接收光波长λ以及入射角Δθr之间满足关系p＝λ/sinΔθr。入射角Δθr等于辐射光外扩角度Δθt的这一构造为合适构造。

技术领域

本发明涉及一种光接收器阵列以及含该光接收器阵列的光学雷达(LiDAR)装置。

背景技术

通过激光测量以二维图像形式获取周围物体距离的激光雷达(也称光学雷达(LiDAR)、光学检测和测距装置、激光成像检测和测距装置)技术领域用于车辆自动驾驶、三维地图制图等用途，而且其基础技术可应用于激光打印机、激光显示器等物。

在该技术领域中，先令光束冲撞物体，然后检测经物体反射后返回的反射光。随后，根据光束的时间差和频率差，获得距离信息，并通过对光束进行二维扫描而获取三维信息。

光束扫描中使用光偏转装置。传统上，此类装置采用机械机构，例如整个装置的旋转、多面镜和振镜等机械式反射镜以及采用微机械技术(MEMS技术)的小型集成反射镜。然而，由于尺寸大、价格高以及振动移动体稳定性差的问题，最近已开发出非机械式光偏转装置。

已提出的非机械式光偏转装置有通过改变光的波长和装置折射率而实现光偏转的相控阵型和衍射光栅型装置。然而，相控阵型光偏转装置存在排成阵列的多个光辐射体难以进行相位调整且无法形成轮廓清晰的高质量光束的问题。与此同时，衍射光栅型光偏转装置存在虽易于形成轮廓清晰的光束但光偏转角度较小的问题。

对于光偏转角度较小的问题，本发明的发明人提出一种通过将慢光波导与衍射光栅等衍射机构耦合而增大光偏转角度的技术(专利文献1)。其中，慢光由光子晶体波导等光子纳米结构生成，群速度较低，而且传播常数在波导波长和折射率发生轻微改变时便会大幅变化。当所述衍射机构设于慢光波导内部或距其极近之处时，便可将该慢光波导与所述衍射机构耦合形成泄漏波导，以向自由空间发出光线。如此，所述传播常数的大幅变化便可反映辐射光的偏转角度，从而实现大的偏转角度。

图10A至图10D所示为设于以低的群速度(慢光)传播光的光子晶体波导内的衍射机构的装置结构以及辐射光的简要概念。光偏转装置101包括光子晶体波导102，该光子晶体波导具有通过在光子晶体平面内沿波导重复设置两种不同直径的圆孔而形成的双周期结构。该双周期结构构成上述衍射机构，并用于将慢速传播光转换至辐射状态并将其发射于空间中。

光偏转装置101通过光栅阵列103形成光子晶体波导102，在该光子晶体波导中，设于SiO₂等低折射率材料制成的包层108上的高折射率构件105中排列有圆孔(低折射率部分)106。低折射率部分106的光栅阵列103例如具有由重复的大直径圆孔构成的周期结构和重复的小直径圆孔构成的周期结构组成的双周期结构。在光子晶体波导102的光栅阵列103中，未设有圆孔106的部分构成用于传播入射光的波导芯107。

高质量光束沿垂直方向形成于辐射光之上，而辐射光沿水平方向扩展并发射。其中，垂直方向为沿波导芯的方向，而且为在光子晶体波导102内传播的传播光的波导传播方向。水平方向为与沿波导芯107的方向正交的方向，而且为与所述传播光的波导传播方向正交的方向。

图10B和图10C为所述辐射光的光束强度分布图，其中，图10B为垂直方向上光束强度分布图，图10C为水平方向上光束强度角度分布图。