[发明专利]混合二维转向式LIDAR

说明书

一种光学发射器装置，其包括发射器阵列，所述发射器阵列包括多个端射锥体，各个所述端射锥体被构造为选择性地发射相应的光束。透镜系统被构造为基于各个所述端射锥体的相对于所述透镜系统的光轴的位置来成形和导向各个所述光束。旋转反射器包括与所述透镜系统的光轴垂直的旋转轴，并且所述旋转反射器被构造为重新导向和扫描通过扫描范围的光束。

技术领域

本发明涉及一种光学发射器装置，特别地，涉及一种被用在光检测和测距(LIDAR：light detection and ranging)系统中的光学发射器装置。

背景技术

芯片上光子系统(on-chip photonics)可以轻松地将诸如激光器、检测器和开关等组件紧凑地且低成本地进行集成；然而，为了实现波束成形和二维波束转向，芯片上光子系统需要消耗大量的功率，并且芯片上光子系统在架构上可能是很复杂的。另一方面，如果使用自由空间光学系统(free space optics)，例如透镜和反射镜等，则在架构上将会是简单的、并且在波束成形和波束转向上将会是有功率效率的，但是诸如激光器、接收器和开关等其他分立组件是体积庞大的、且与它们的芯片上同类产品相比而言是更昂贵的。在需要极高分辨率或每秒点数的苛刻应用中，前述那些问题就导致了如下的两种系统：一种系统是完全由自由空间元件(即，多个激光器、检测器和开关)构成的体积庞大且成本高昂的LIDAR系统，或者另一种系统是由纯集成光子系统(例如，光学相控阵列(OPA：optical-phased-array))构成的耗电量大、视场角有限且信噪比(SNR：signal-to-noise ratio)低的lidar(激光雷达)系统。本发明说明了一种低成本且紧凑的混合lidar系统架构，在该架构中组合了上述两种系统的优点，即：光子芯片将激光器、检测器和开关集成起来，而且自由空间光子系统(例如，反射镜和透镜等)被用于波束转向和波束成形。

芯片上光子系统中所使用的热光开关(thermo-optic switch)的缓慢响应时间是当实现超快光束转向时的一个重大限制因素。芯片上OPA(光学相控阵列)也遭受了高的插入损耗，所述高的插入损耗会导致高的电力消耗、低的帧速率和低的信噪比。

一维OPA也需要波长调谐以在二维上进行光束转向。波长调谐范围通常在几十或几百纳米内，以便获得超过30°的视场角(FOV：field-of-view)。然而，(用于FMCW激光雷达的)具有窄线宽(narrow linewidth)的宽带宽(wide bandwidth)可调谐激光器是难以设计和制造的。

发明内容

因此，第一装置包括光学发射器装置，所述光学发射器装置包括：第一发射器阵列，其包括多个第一点发射器，各个所述第一点发射器被构造为发射相应的第一光束；第一透镜系统，其被构造为基于各个所述第一点发射器的相对于所述第一透镜系统的第一光轴的位置来成形和导向各个所述第一光束；和旋转反射器，其被构造为与所述第一光轴成一角度地重新导向各个所述第一光束。

所述第一装置可以进一步包括主基板和光波导结构。所述主基板用于支撑所述多个第一点发射器，其中所述多个第一点发射器包括多个端射锥体(end-fire taper)。所述光波导结构包括：多个光波导芯体，所述多个光波导芯体中的各者包括延伸到相应一个所述端射锥体的主光波导；和包覆层，其包围所述多个光波导芯体。

附图说明

下面将会参照附图更详细地说明一些示例性实施方案。在附图中：

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的俯视图；

图2A是当旋转反射镜(rotating mirror)处于第一位置时的图1所示的装置的侧视图；

图2B是当旋转反射镜处于第二位置时的图1所示的装置的侧视图；

图3A是图1所示的装置的光学发射器芯片的一部分的俯视图；

图3B是图1所示的装置的光学发射器芯片的另一示例性实施方案的一部分的俯视图；