[发明专利]用于集成光子设备的焦平面光学调节

说明书

光学设备(20A、20B、100、200、800)包括设置在半导体基板(218)上并且被配置为发射相应的光辐射束的发射器(28A、28B)的第一阵列。微光学器件(34A、34B、226、802)的第二阵列(36A、36B、224、808)定位成与光发射器的相应的光束对准，并且被布置成调节光束的相位，使得光束中的不同光束以不同的相位质量进行传输。

技术领域

本发明整体涉及集成光子设备，具体地讲，涉及用于产生光束阵列的设备和方法。

背景技术

集成光子设备是将光电、光学和电子部件组合在一起的设备，通常位于半导体基板上。(如本说明书和权利要求中所用，术语“光学”和“光”是指光谱的任何可见光、红外和紫外范围内的电磁辐射。)

发明内容

本文描述的本发明的实施方案提供改进了光学质量的集成光子设备。

因此，根据本发明的一个实施方案，提供了一种光学设备，该光学设备包括发射器的第一阵列，该发射器的第一阵列设置在半导体基板上并被配置为发射相应的光辐射束。微光学器件的第二阵列被定位成与光发射器的相应光束对准，并且被布置成调节光束的相位，使得不同光束以不同的相位质量进行传输。

在一些实施方案中，发射器和微光学器件被配置为使得光束中的不同光束聚焦在距半导体基板边缘的不同相应距离处。在这些实施方案中的一些实施方案中，光束聚焦到沿着具有预定曲率的轨迹的相应点上。在所公开的实施方案中，该设备包括准直光学器件，该准直光学器件具有与轨迹重合的弯曲物平面。

附加地或另选地，第一阵列中的发射器包括相应的光斑尺寸转换器。在一些实施方案中，光斑尺寸转换器包括锥形波导。在所公开的实施方案中，光斑尺寸转换器中的不同光斑尺寸转换器选择具有不同的相应锥形，以便形成具有不同的相应光斑尺寸的光斑。附加地或另选地，锥形波导具有相应的输出端，该输出端相对于所选择的半导体基板的输出面偏移，使得输出端沿着曲线设置。在一个实施方案中，光斑尺寸转换器彼此不平行，以便在相应的非平行方向上发射相应光束。

在一些实施方案中，第二阵列中的微光学器件包括相应的微透镜。在公开的实施方案中，微透镜中的至少一些微透镜相对于相应光束偏移，以便以不同的相应角度引导光束。附加地或另选地，微透镜中的至少一些微透镜具有不同的相应焦距。

在公开的实施方案中，该设备包括一个或多个折叠镜，该折叠镜设置在半导体基板上，以便引导光束远离半导体基板的平面。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种光探测和测距(LiDAR)系统，其包括：发射器，该发射器包括设置在半导体基板上并且被配置为发射相应的光辐射束；和微光学器件的第二阵列，该微光学器件的第二阵列被定位成与光发射器的相应光束对准并且被布置成调节光束的相位，使得不同光束以不同的相位质量进行传输。准直光学器件被配置为将微光学器件传输的光束在不同的相应方向上朝LiDAR系统的视场的不同的相应部分导向。接收器被配置为从视场的不同部分接收光束的反射，并且处理反射以便找到到视场中对象的距离。

在所公开的实施方案中，第一阵列中的发射器被配置为输出具有不同的相应光斑尺寸的相应光束，选择这些光斑尺寸使得朝向视场的不同部分的光束具有不同的相应发散度。

根据本发明的实施方案，另外提供了一种用于制造光学设备的方法。该方法包括在半导体基板上布置发射器的第一阵列，以便发射相应的光辐射束。微光学器件的第二阵列被定位成与光发射器的相应光束对准，以便调节光束的相位，使得不同光束以不同的相位质量进行传输。

在一些实施方案中，定位第二阵列包括布置微光学器件以便将光束中的不同的光束聚焦在距半导体基板边缘的不同相应距离处，其中布置微光学器件包括将光束聚焦到沿着具有预定曲率的轨迹的相应点上。提供了准直光学器件，该准直光学器件具有与轨迹重合的弯曲物平面，并且该方法包括利用发射器和微光学器件的光学特性联合优化准直光学器件的光学设计。