[发明专利]光集成电路及使用该光集成电路的光学相控阵和LiDAR传感器

说明书

本发明提出一种对多个信道赋予光相移的光集成电路，该光集成电路不会导致相位控制的复杂化，并且降低了相邻信道间的相位差的波长依赖性和温度依赖性。该光集成电路由形成在基板上的光波导构成，其具备：输入光传播的总线波导；多个光耦合器，配置在总线波导上，分别提取在该总线波导中传播的光的一部分；多个波导线路，分别传播多个光耦合器提取的光；以及移相器，分别设置在沿总线波导相邻的光耦合器之间的该总线波导上，构成为从总线波导的光输入端到各波导线路的光输出端的光路长度相互相等。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种光集成电路及使用该光集成电路的光学相控阵和LiDAR传感器。

背景技术

LiDAR(Light Detection and Ranging激光雷达)传感器用于遥感和测距的用途，例如，在自动驾驶系统等中用于进行实时的三维映射和物体的检测、追踪、确定等。

LiDAR传感器在观察空间内扫描激光束并照射到该空间内的物体，通过受光传感器接收由于该照射的光束在物体的表面散射并被反射而产生的反射返回光。并且，通过测定从激光束的照射到接收反射返回光为止的光的飞行时间(TOF，Time of Flight)和该反射返回光的到来方向，测定该物体的位置和距离。

作为这种LiDAR传感器已知一种使用机械式旋转部件进行激光束的扫描的传感器。但是，在高级驾驶辅助系统(ADAS)或自主驾驶系统这样的一部分的系统中，优选使用具有各种优点的固态型光束扫描器。这种优点包括：传感器可靠度更高、传感器寿命更长、传感器尺寸更小、传感器重量更轻和传感器成本更合理，但是并不限定于此。

作为这种固态型光束扫描器的一种具有光学相控阵(OPA，Optical Phased Array)。LiDAR传感器通过应用光学相控阵，与使用机械式光束扫描的现有的LiDAR相比，更高速且更具有适应性，并且更有用。

一般来说，在光学相控阵中将光输出到空间的天线阵列由具有规定的间隔排列的多个天线元件构成。在此，天线元件例如分别由光波导构成。并且，从各天线元件输出的光的相位需要遵循下式所示的线性规则。

φ_m＝mP(2π/λ)sinθ (1)

其中，m是从端部依次对排列的天线元件赋予的编号。此外，P是天线元件的排列间隔，λ是向天线元件的输入光的波长，θ是衍射光的主极大光束(主光束或主瓣)相对于天线元件的光出射端所构成的平面的法线的偏转角。从式(1)可知，相邻的天线元件对的每一对需要使从该相邻的天线元件输出的光的相位差相互相同。此外，应赋予给从天线元件输出的光的相位的变化量、即相移量依赖于所需的偏转角θ的值和编号m的大小，有可能超过2π。

以往，作为与光学相控阵具有关联性的技术，已知在高频相控阵天线用的高频移相器中使用具备多个受光器的锯齿型光波导(专利文献1)。该高频移相器将由高频信号调制的光传播到上述锯齿型光波导，通过沿光波导配置在不同位置的多个受光器，接收各位置的光并进行检波，提取分别赋予了不同的相移的多个高频信号。并且，从提取的多个高频信号中选择性地输出赋予了所希望的相移的高频信号。但是，该高频移相器仅使用光波导作为对高频信号赋予相移的单元，并未以光自身的相移为目的。因此，不能将该技术用于光学相控阵。

假设将该高频移相器的锯齿型光波导转用于光学相控阵，即使在配置有接收器的各位置设置有光耦合器并提取光，也会产生以下问题。

上述现有技术所示的锯齿型光波导以高频信号的相移为目的，因此连接相邻的接收器之间的各光波导的路径长度例如只要以高频信号波长的1/10到1/100左右的精度相互相等即可。相对于此，在以光相移为目的的情况下，连接相邻的光耦合器之间的各光波导的路径长度需要光的波长的1/10到1/100左右的精度。因此，上述现有技术所示的锯齿型光波导在从光相移的观点出发的情况下，连接相邻的接收器之间的各光波导的路径长度不一定相互相同。