[发明专利]一种片上相干检测的扫描同轴面阵收发机

说明书

本发明公开了一种片上相干检测的扫描同轴面阵收发机，包括光开关阵列、收发检测矩阵和电开关阵列；光开关阵列由一个1xN的光开关和N个1xM的分束器组成；电开关阵列由M个Nx1的电开关和M个模数转换器组成；收发检测矩阵由MxN个像素单元组成，每个像素单元包括两级2x2分束器，每个像素单元同时具有发射、接收、片上检测功能。本发明通过设计像素单元的两级2x2分束器结构，实现在片上的像素级直接检测，进而提高成像速率；本发明设计光开关阵列、收发检测矩阵和电开关阵列分别在不同芯片上实现，并通过硅中介层连接，实现纯固态，寿命长，性能更稳定，体积小，安装简易，方便降本量产。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，特别涉及一种片上相干检测的扫描同轴面阵收发机。

背景技术

激光雷达是一种用激光探测和测距的传感器。它的原理是发射装置向目标发射出激光，通过接收装置测量返回激光的延迟和强度来测量目标的距离。

目前的激光雷达包括机械式扫描激光雷达、Flash激光雷达、Mems扫描激光雷达和OPA雷达，其中传统的机械式激光雷达采用机械装置旋转扫描，得到360度内点云信息，构建成一幅完整的三维图像，但由于机械扫描速度慢，分辨率低，得到的三维图像不能完整的呈现出较小物体，其次，机械式扫描激光雷达的体积较大，采用多线束组装，促使生产成本较高；Flash激光雷达测距距离较近，精确测量的距离在10M-20M，Mems扫描激光雷达在使用过程中稳定性差，且采用的Mems无法符合车规标准，长时间使用风险较高，单个Mems价格高；OPA雷达制造工艺复杂，良率低，价格贵，工业化进度缓慢。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种片上相干检测的扫描同轴面阵收发机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种片上相干检测的扫描同轴面阵收发机，包括光开关阵列、收发检测矩阵和电开关阵列；

所述光开关阵列由一个1xN的光开关和N个1xM的分束器组成；

所述电开关阵列由M个Nx1的电开关和M个模数转换器(ADC)组成；

所述收发检测矩阵由MxN个像素单元组成，每个像素单元包括两级2x2分束器；第一级2x2分束器中的一个输入口和一个输出口作为第二级2x2分束器的两个输入口，第一级2x2分束器中的另一个输入口作为所述像素单元的输入口，连接所述光开关阵列对应位置的输出，第一级2x2分束器中的另一个输出口作为所述像素单元的收发口，第二级2x2分束器的两个输出口作为片上检测口，通过光电探测器转换成电信号后，作为所述电开关阵列对应位置的输入；每个像素单元同时具有发射、接收、片上检测功能。

进一步地，所述光开关阵列的输入光信号由依次连接的激光器、光调制器和光放大器生成。

进一步地，所述激光器采用窄线宽激光器，提高光的相干性。

进一步地，所述光调制器采用强度调制或相位调制方法，利用电光特性或声光特性实现调制。

进一步地，所述光放大器选用光纤放大器或半导体光放大器，用于实现对种子光源的有效放大。

进一步地，所述光开关阵列、收发检测矩阵和电开关阵列分别在不同的芯片上实现；所述光开关阵列在光子集成电路(Photonic integrated circuit,PIC)芯片上实现；所述电开关阵列在集成电路(Integrated circuit,IC)芯片上实现；所述收发检测矩阵通过光子集成电路芯片和集成电路芯片异质集成实现，具体实现方式为晶圆键合。

进一步地，所述光开关阵列、收发检测矩阵和电开关阵列对应的芯片通过硅中介层(interposer)连接，以便于空间光的收发和透镜的准直，或者通过流片工艺直接将集成电路芯片和光子集成电路芯片流在同一芯片上，或者通过晶圆键合直接进行3D堆叠。