[发明专利]一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描芯片及装置

说明书

本发明公开了一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描芯片，其中光波导相控阵芯片包括光波导阵列，光波导阵列沿光路划分有相位调制区和天线阵列区；位于天线阵列区的光波导沿轴向设置有多个光栅；液滴微流控芯片包括覆盖天线阵列区的第一调制腔以及覆盖相位调制区的第二调制腔；第一调制腔内微液滴作为位于天线阵列区内光波导的包层，第二调制腔内微液滴作为位于相位调制区内光波导的包层；通过改变从入液孔注入液体的流速，可以改变流经第一调制腔以及第二调制腔内微液滴的折射率，进而可以改变光波导包层的折射率，从而实现大角度激光扫描范围的调制。本发明还提供了一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描装置，同样具有上述有益效果。

技术领域

本发明涉及激光扫描技术领域，特别是涉及一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描芯片以及一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描装置。

背景技术

二维激光束扫描技术是指控制指向性好、发散度低的激光光束在二维平面内进行精确的动态操控。二维光束扫描技术在很多领域都有重要的应用，包括自由空间激光通信系统和激光雷达系统。在自由空间光通信中，光束扫描技术被用来补偿激光发射器和接收器的位置偏移，以实现信号的实时捕获、瞄准、跟踪。而在激光雷达系统中，光束扫描技术可以辅助激光光束利用反射或者散射的方式对某点进行精准测距，并对周围环境进行三维快速成像。激光雷达系统已经在航空航天、军事侦察、卫星遥感等军用领域广泛采用，而近年来的一些工业应用，比如无人机、自动驾驶、虚拟现实、智能机器人等新兴技术，激光雷达都是其中关键的底层技术。

二维光束扫描技术的实现目前主要通过机械式光束扫描或光学相控阵(OpticalPhased Array，OPA)技术。目前报道的硅基集成光学相控阵技术实现二维光束扫描大多基于两种平台，即一维光波导相控阵列平台和二维光栅天线阵列平台。前者采用N条光波导光栅阵列，而后者基于二维的N×M个光栅耦合器阵列。两种平台实现二维光束扫描的方式也有所区别：一维光波导相控阵平台，由于在波导光栅维度的相位调制效率较低，所以一般采用波长可调光源方案，在波导光栅维度采用波长调制，在波导阵列维度采用相位调制；而二维光栅天线阵列平台一般采用单波长光源方案，在两个维度上都采用相位调制。

相较于波长可调光源方案,单波长光源方案更易于光源集成化、芯片小型化、批量化生产以降低成本。但目前报道的单波长光源方案大多基于高集成度的二维光栅天线平台，对工艺要求高，相调能耗高，控制电路复杂且光束扫描的范围一般较小；另外受限于加工工艺，二维光栅耦合器阵列的规模难以做大、光学孔径较小，这会导致相控阵出射光的发散度大，从而影响其有效的探测距离。因此基于单波长光源方案，如何实现一种工艺简单、大角度的光相控阵二维扫描平台就时本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描芯片，可以实现大角度激光扫描；本发明的另一目的在于提供一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描装置，可以实现大角度激光扫描。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于微流控光学相控阵的二维激光扫描芯片，包括光波导相控阵芯片以及位于所述光波导相控阵芯片一侧表面的液滴微流控芯片；

所述光波导相控阵芯片包括沿光路依次设置的边缘耦合器、光学分束器和光波导阵列；所述光学分束器连接所述光波导阵列中多条光波导；所述光波导阵列沿光路划分有相位调制区和天线阵列区；位于所述天线阵列区的光波导沿轴向设置有多个光栅；

所述液滴微流控芯片包括覆盖所述天线阵列区的第一调制腔以及覆盖所述相位调制区的第二调制腔；所述第一调制腔内微液滴作为位于所述天线阵列区内光波导的包层，所述第二调制腔内微液滴作为位于所述相位调制区内光波导的包层；所述第一调制腔连接有出液孔和液滴混合通道，所述第二调制腔连接有出液孔和液滴混合通道，所述液滴混合通道均各自连接有至少两个入液孔，连接同一液滴混合通道的入液孔用于注入至少两种不同折射率的液体。