[发明专利]可切换天线的相控阵激光雷达芯片、使用方法及激光雷达

说明书

本申请实施例提供一种可切换天线的相控阵激光雷达芯片、使用方法及激光雷达，该芯片包括：输入耦合器、分束器、光学天线、调相器和光开关，其中，所述光学天线为多组；所述输入耦合器、所述分束器、所述调相器、所述光开关与所述光学天线依次通过波导连接，所述光开关位于所述调相器和多组光学天线之间；输入耦合器，用于将输入光耦合到芯片上；分束器，用于对耦合到芯片上的光波进行分束；调相器，用于调节分束后每束光波的相位；光开关，用于切换各组的光学天线；光学天线，用于对通过调相器改变相位的光波发射至空间中。使得芯片的视场范围大，而且减小整个激光雷达系统的复杂度。

技术领域

本申请实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种可切换天线的相控阵激光雷达芯片、使用方法及激光雷达。

背景技术

相控阵激光雷达的概念早已被提出，各种不同的设计方案也在不断开展。虽然目前的相控阵激光雷达中的基本模块也均已成熟，如激光雷达芯片上的光源模块、分束模块、调相模块等，光源模块中包含单组光学天线，但是通常激光雷达芯片中的单组光学天线的视场范围并不是很大，这极大地限制了激光雷达的应用场景，因而需要大视场范围的激光雷达就需要多个芯片的共同使用。

目前的相控阵激光雷达为了实现大视场范围，可以通过光开关与多个芯片连接，利用光开关来切换不同光学天线，进而解决视场范围小的问题，但是光开关往往放置在多个芯片中的前端，这样后端的器件的数量都需要加倍，比如，设置在光开关的后端的光源模块、分束模块、调相模块以及控制光开关使得对应芯片工作的控制电路的控制通道也需要加倍，这与多芯片的集成封装并没有本质区别，并没有减小整个激光雷达系统的复杂度。

因此，现有技术无法解决整个激光雷达系统的复杂度问题。

发明内容

本申请实施例提供一种可切换天线的相控阵激光雷达芯片、使用方法及激光雷达，能够减小整个激光雷达系统的复杂度。

第一方面，本申请实施例提供一种可切换天线的相控阵激光雷达芯片，包括：输入耦合器、分束器、光学天线、调相器和光开关，其中，所述光学天线为多组；

所述输入耦合器、所述分束器、所述调相器、所述光开关与所述光学天线依次通过波导连接，所述光开关位于所述调相器和多组光学天线之间；

所述输入耦合器，用于将输入光耦合到所述芯片上；

所述分束器，用于对耦合到所述芯片上的光波进行分束；

所述调相器，用于调节分束后每束光波的相位；

所述光开关，用于切换各组的光学天线；

所述光学天线，用于对通过所述调相器改变相位的光波发射至空间中。

在一种可能的设计中，如上所述的可切换天线的相控阵激光雷达芯片，还包括：SOI衬底，所述输入耦合器、分束器和光学天线是在SOI衬底的顶部硅层形成的，所述芯片中的波导为TE模的单模波导，所述TE模的单模波导的形状为脊形波导或者条形波导。

在一种可能的设计中，如上所述的可切换天线的相控阵激光雷达芯片，所述输入耦合器为端面耦合器或者光栅耦合器；

所述分束器为定向耦合器或者多模干涉耦合器；

所述光学天线为光栅型光学天线；

其中，各组的光学天线的结构不同，各组的光学天线的结构不同为各组的光学天线的光栅周期、占空比、天线间距中至少一项不同。

在一种可能的设计中，如上所述的可切换天线的相控阵激光雷达芯片，所述调相器为热光调相器或电光调相器；

所述热光调相器，用于为所述波导加热，通过热光效应改变所述波导的折射率来改变波导中光波的相位；