CN106461760B - 固态lidar电路 - Google Patents

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Abstract

固态光子器件电路具有液晶（LC）层以用于波束操控。LC层可以通过控制电压向液晶的施加来提供波导阵列的调谐。可以控制电压向液晶的施加以便基于阵列的每一个波导中的不同调谐来关于光信号执行波束操控。波导被设置在具有带有开口的氧化物或其它绝缘层的衬底中。氧化物层中的开口暴露波导阵列的路径的部分。通过氧化物开口使波导暴露于液晶，这允许向液晶的电压改变以调谐波导中的光信号。

Description

固态LIDAR电路
技术领域
本发明的实施例总体涉及光学设备，并且更具体地涉及LIDAR（光检测和测距）设备。
版权通告/许可
本专利文档的公开内容的部分可能包含受到版权保护的素材。版权所有者不反对任何人对专利文档或专利公开内容的再现，因为其出现在专利与商标局专利文件或记录中，但是版权所有者无论如何都以其它方式保留所有版权权利。版权通告适用于如在下文中和在其附图中描述的所有数据以及在下文中描述的任何软件：Copyright © 2014，英特尔公司，保留一切权力。
背景技术
存在针对三维（3D）视频或图像捕获的增长的需求以及针对对象追踪或对象扫描的增长的需求。然而，传统3D成像方法具有显著缺点。LIDAR（光检测和测距）系统当前非常昂贵，因为它们要求昂贵组件的精确组装。附加地，因为传统3D成像系统要求机械运动来扫描视场，所以它们往往是笨重且耗电的。
基本LIDAR系统包括一个或多个光源和光电检测器、在感兴趣的场景之上投射或扫描（一个或多个）光束的构件、以及处理和解释数据的控制系统。存在可针对3D成像而应用的不同技术。不基于激光的方法基于体视术（stereoscopy）或结构化光，但是它们消耗显著的功率以立即照亮整个场景，并在诸如明亮日光之类的光线良好的条件中较差地工作。超声方法具有相对非常差的空间分辨率。激光可以在视场之上被广播，但然后遭受许多不足之处（使用功率来立即照亮整个场景，而不是一次集中在一个斑点上，因而耗费额外功率），而定向激光要求操控，这传统上将依靠精确的机械部件。
附图说明
以下描述包括具有作为本发明实施例的实现示例而给出的图示的附图的讨论。附图应当作为示例而非作为限制而加以理解。如本文中所使用，对一个或多个“实施例”的引用应被理解为描述包括在本发明的至少一个实现中的特定特征、结构和/或特性。因而，出现在本文中的诸如“在一个实施例中”或“在可替换实施例中”之类的短语描述本发明的各种实施例和实现，且不一定全部指代相同的实施例。然而，它们也不一定是相互排斥的。
图1是具有集成固态LIDAR电路的系统的实施例的框图。
图2是集成固态LIDAR电路的顶视图的实施例的框图。
图3A-3B是集成固态LIDAR电路的横截面的实施例的框图。
图4是具有镜耦合器的LIDAR电路的实施例的框图。
图5A是具有成角度的端面的LIDAR电路的实施例的框图。
图5B是具有成角度的端面的LIDAR电路的另一个实施例的框图。
图6是利用固态LIDAR电路形成的信号波束的实施例的表示。
图7是用于利用固态LIDAR电路进行成像的过程的实施例的流程图。
图8是在其中可以实现固态LIDAR电路的计算系统的实施例的框图。
图9是在其中可以实现固态LIDAR电路的移动设备的实施例的框图。
接下来是某些细节和实现的描述，包括附图的描述，其可以描绘以下描述的实施例中的一些或全部以及讨论本文呈现的发明构思的其它潜在实施例或实现。
具体实施方式
如本文所述，固态光子器件电路包括设置在半导体或绝缘体中的波导阵列以及与波导选择性地相邻的液晶（LC）层（其在使用硅光子器件时可以具体地为硅上液晶（LCOS））。波导具有相邻绝缘层（例如，氧化物），其中绝缘层具有开口以使波导阵列暴露于LC层。LC层可以通过控制电压向液晶的施加来提供针对波导阵列的调谐。施加于LCOS的电压可以分别调谐所有波导。向LCOS施加不同电压可以创建相移以操控经过波导的激光的波束。在一个实施例中，绝缘体中的开口暴露更多或更少的不同波导以产生用于每一个不同波导的不同相移效果。
固态光子器件的使用允许光子器件组件在半导体衬底中（例如，基于硅的光子器件在硅衬底中）的集成。光子器件组件可以包括用于路由光的波导和组合器、启用相控阵以用于波束赋形的无源元件、重定向垂直于光子器件衬底的光的一个或多个耦合器，且可以包括激光器、调制器和/或检测器。在一个实施例中，半导体光子器件是基于硅的，这允许使用标准硅光子传送器晶片。标准硅光子器件处理可以被扩展成将液晶处理到硅光子器件上。LC实现了折射率中的依赖于电压的改变，其可以实现x和y二者的波束操控或波束赋形。
基本LIDAR系统包括一个或多个激光源和光电检测器、在感兴趣的场景或目标之上扫描（一个或多个）波束的构件、以及处理所观察的数据的控制逻辑。在一个实施例中，利用LC或LCOS处理而扩展的光子器件处理的使用可以实现LIDAR引擎在单个芯片上的集成，该集成与晶片级制造技术兼容。光源和检测器（例如，激光和光电检测器（PD））可以被创建在相同芯片上，或者耦合到固态LIDAR引擎。在这两种情况中的任一种情况下，固态LIDAR引擎提供不具有移动部件且可以以比传统LIDAR引擎低得多的成本制造的LIDAR引擎。附加地，半导体处理技术的使用允许设备为低功率的且具有比传统可用的形状因子小得多的形状因子。附加地，所得LIDAR电路不需要传统精确机械部件，传统精确机械部件不仅增加成本，而且遭受振动和其它环境干扰。此外，固态LIDAR将不要求封装上的密闭性密封，该密闭性密封在传统上是必要的以避免灰尘和湿气堵塞LIDAR系统的机械器件。
功率和大小的减小与可靠性的改进（对环境因素的降低的灵敏度）组合可以增加3D成像的应用。利用如本文描述的固态LIDAR的3D成像可以改进用于游戏和图像识别的功能性。附加地，3D成像对于以下各项中的应用以及其它应用而言更为鲁棒：用于3D打印的对象的复制、用于架构或室内设计的室内绘图、自主驾驶或其它自主机器人移动、改进的生物测量成像。在一个实施例中，本文描述的固态LIDAR可以与惯性测量电路或单元组合以允许场景的高分辨率3D成像。这样的组合设备将在常规LIDAR系统的低分辨率上显著改进。传统LIDAR系统的低分辨率是由于对离散点序列进行光栅扫描，这使空间分辨率降级。
将理解到，存在不同类型的LIDAR，包括飞行时间（TOF）和经频率调制的连续波（FMCW）。TOF LIDAR依靠测量所传送的脉冲与所接收的脉冲之间的时间延迟，且因此适合于长距离应用。对于较短距离应用，高速电子器件提供更好的成像。在FMCW系统中，可以在锯齿波形中扫描激光波长。所反射的波束被接收且与LIDAR系统（LIDAR引擎和检测器）中的参考波束干涉。差拍信号给出这2个波束之间的频率差，其可以被转换成时间以及因而被转换成对象的距离。因此，我们提出可调谐激光以提供更好的性能。
为了完成LIDAR系统，将生成可操控光的LIDAR引擎与一个或多个光电检测器进行组合以接收所反射的光。在一个实施例中，检测器与LIDAR引擎电路集成。在一个实施例中，激光器也与LIDAR引擎电路集成。检测器可以是分立的光电检测器或者在与混合型激光器相同的过程中制造的混合型光电检测器，其可以是作为半导体光子器件处理的一部分而制造的。接收器的架构依赖于LIDAR的类型（例如，TOF或FMCW）。
图1是具有集成固态LIDAR电路的系统的实施例的框图。系统100表示其中可以使用固态LIDAR（其也可以被称为LIDAR引擎电路或LIDAR电路）以提供3D成像的任何系统。设备110包括LIDAR 120以执行目标对象130的成像。目标对象130可以是要成像的任何对象或场景（例如，抵靠背景的对象，或者对象的群组）。设备110通过发送波束赋形的光132（光信号）并处理来自光信号的反射来生成对象130的3D图像。
设备110表示任何计算设备、手持电子设备、静止设备、游戏系统、打印系统、机器人系统或者可使用3D成像的其它类型的设备。设备110可以具有LIDAR 120，LIDAR 120集成到设备110中的（例如，LIDAR 120作为设备110的电子器件而集成到公共半导体衬底上），或者安装或设置在设备110上或设备110中。LIDAR 120可以是电路和/或独立设备。LIDAR 120产生波束赋形的光132。在一个实施例中，LIDAR 120还处理从波束赋形的光132收集的数据。
图1在旋转插图中包括LIDAR 120的特写的一个实施例。传统LIDAR实现要求机械部件以操控所生成的光。LIDAR 120可以在没有移动部件的情况下操控光。将理解到，在插图中图示的元件的尺寸不一定按比例绘制。LIDAR 120包括衬底122，衬底122是光子器件124集成在其中或其上的硅衬底或其它衬底。在一个实施例中，衬底122是基于硅的衬底。在一个实施例中，衬底122是III-V衬底。在一个实施例中，衬底122是绝缘体衬底。光子器件至少包括波导阵列以将来自光源（例如，激光器，未具体示出）的光运送到可输出该光作为波束赋形的光132的耦合器。
绝缘体126包括波导阵列和/或其它光子器件124之上的开口（未在系统100中看到）以选择性地提供光子器件124和LC 128之间的界面。在一个实施例中，绝缘体126是氧化物层（多种不同氧化物材料中的任一种）。在一个实施例中，绝缘体126可以是氮化物层。在一个实施例中，绝缘体126可以是另一种电介质材料。LC 128可以改变光子器件124中的波导的折射率。绝缘体126中的开口在波导阵列的各种光路径中引入相位中的差异，这将使得多个不同相位的光信号从单个光源生成。在一个实施例中，绝缘体126中的开口被成形为跨光子器件124中的波导阵列中的各种波导而引入相位斜坡。例如，直接处于下述这些波导之上的开口：其中存在每一个波导的不同量被暴露于LC 128，这可以改变LC将影响每一个波导路径的相位的量。
将理解到，绝缘体126中的形状可以改变每一个波导路径有多少被暴露于LC 128。因而，单个电压水平向LC 128的施加可以导致所有波导路径处的不同相位效果。这样的方案与具有用于每一个不同波导的不同逻辑元件以引起跨波导阵列的相位改变的传统方法形成对照。施加于LC 128的单个电压中的差异（例如，在一定时间段内施加一个电压水平，并且然后施加不同的电压水平）可以动态地改变并操控从LIDAR 120发射的光。因而，LIDAR120可以通过改变电压向LCOS的施加来操控所发射的光，这继而可以改变出现在每一个波导路径上的相位效果。因而，LIDAR 120可以在不使用机械部件的情况下操控光束。波束赋形的光132经过绝缘体126、LC 128以及诸如玻璃129之类的覆盖层。玻璃层仅是示例，且可以是塑料材料或者在感兴趣的（一个或多个）波长处光学透明的其它材料可更换的。在插图中表示波束赋形的光132的斜向箭头意在图示：光的相位可以被改变以在光上实现波束赋形或操控效果而不必机械地定向光。
图2是集成固态LIDAR电路的顶视图的实施例的框图。系统200表示包括固态LIDAR电路的元件，固态LIDAR电路可以是图1中的LIDAR 120的一个示例。在一个实施例中，系统200包括不一定是LIDAR电路的每个实现的一部分的元件。系统200包括激光器210，其可以与LIDAR电路分离。
激光器210是系统200的光源。在一个实施例中，激光器210可以集成在与LIDAR相同的电路上。激光器210可以直接地集成在包括光子器件组件的相同衬底上。这样的实现可以提供自包含式可操控激光器。激光器210还可以被组合在下述芯片布置上的多芯片封装或系统中：在该芯片布置中，激光器210是被组合在与光子器件相同的衬底上和/或封装中的分离的管芯。激光器210还可以作为与LIDAR光子器件分离的芯片（芯片外）而被包括。
在一个实施例中，系统200包括调制器220。如果激光器210是带啁啾的激光器设计，则调制器220不是必要的。带啁啾的激光器可以直接向所生成的光中提供调制。例如，经频率调制的连续波（FMCW）激光器带啁啾，且不要求光信号的外部调制。在一个实施例中，调制器220可以向激光信号提供幅度调制。幅度调制可以例如向脉冲激光添加。在一个实施例中，系统200使激光信号脉动到远场（到目标），并且检测器对回波进行计时。其它测距实现是可能的。在一个实施例中，调制器220是环形调制器，其可以脉动输出以用于飞行时间（TOF）操作或者以在飞行时间或FMCW模式中编码，以便避免来自附近的其它光源的干涉。
系统200包括分束器230，其是将来自激光器210的源光分束到N（诸如8或16）个通道中的机构。N个通道由波导0到[N-1]（WG[0]到WG[N-1]）图示。N个通道或波导是在本文中提及的波导阵列。N可以是将提供用于LIDAR的恰当分辨率且将典型地为二进制数字的任何波导数目。将理解到，存在对光信号进行分束的许多不同方式。分束器230因此可以从一种实现到另一种实现而变化。在一个实施例中，分束器230是或包括多模干涉（MMI）耦合器。在一个实施例中，分束器230是或包括星形耦合器。
从分束器230，光信号沿路径232通过波导阵列而承载，路径232是从分束器230到耦合器250的路径。耦合器250允许系统200从各种通道发射光。在一个实施例中，路径232包括直角弯曲部以将波导路由到耦合器250。直角弯曲部允许在阵列的波导之间引入间距。间距可以允许在波导之间相对于彼此引入相位偏移。相位偏移或相位移位提供了实现所发射的波前中的波束赋形和波束操控的激光信号中的相位差。在一个实施例中，在分束器230中引入间距差异或者以某种其它方式在系统200中引入间距差异可以是可能的；因而，在一个实施例中可能不需要波导阵列中的直角弯曲部。
路径232使波导阵列经过调谐器240。调谐器240表示系统200中的在阵列的各种波导中引入相对相位偏移的机构。在实施例中，调谐器240包括氧化物层（或者其它绝缘体层或绝缘层，其中氧化物被用作非限制性示例）中的开口，其与LIDAR的光子器件组件相邻。氧化物中的开口使波导通道暴露于与氧化物层相邻的LCOS层（或者其它LC层，其中LCOS被用作非限制性示例）的液晶。在一个实施例中，开口可以为三角形的，以使通道暴露于液晶的越来越多部分以创建跨通道的线性相移。例如，假定调谐器240的三角形形状为氧化物中的开口的形状，则与WG[1]相比，WG[0]被暴露于液晶中更少的部分，因为WG[0]比WG[1]更接近于三角形的顶点。相比于将针对WG[2]（未明确示出）而存在的部分，还存在WG[1]中更少的部分被暴露于液晶中更少的部分，从一个相邻波导到另一个相邻波导依此类推直到WG[N-1]，其被最多地暴露于液晶。WG[N-1]被示为被定位成最靠近所图示的三角形的底。基于施加于液晶的电压，将存在从WG[0]到WG[N-1]的线性相移。因而，液晶可以充当用于所有通道的单个调谐器，其从一侧到另一侧操控所发射的波束。
将理解到，取代使用氧化物中的开口和施加于液晶层的电压，系统200可以包括控制逻辑以向每一个波导单独地引入延迟信号。这样的调谐机构将要求更多功率并将要求比LCOS调谐机构明显更多的逻辑。将理解到，氧化物层中的开口不必与所图示的内容匹配，而是可以为直角三角形，或者可以为梯形或其它形状。还可以存在下述配置：其中，从波导阵列的一侧到另一侧，相移不是线性的，但是不同开口形状可以被用于向波导中引入其它延迟。例如，开口可以被形成为使阵列中部的波导暴露于最少量的液晶，且被形成为复杂形状的，该复杂形状以某种其它方式向不同波导引入不同延迟。尽管所讨论的原理将对于这样的配置而言相同，但系统200的图示提供了比这样的复杂氧化物开口图案化更简单的解决方案。
控制逻辑242表示系统200中的可控制来自阵列的波导的光的波束赋形的逻辑。在一个实施例中，系统200包括与LCOS层交互以在波导中引入相位移位的控制逻辑。在一个实施例中，系统200包括与波导交互以引入相位移位的控制逻辑。在一个实施例中，系统200包括与耦合器250交互以控制光从系统200的发射的控制逻辑。在一个实施例中，系统200包括在引入期望相位偏移之前对准各种波导中的信号的控制逻辑。例如，分束器230和/或路径232可以向波导信号中相对于彼此引入不同延迟。这样的延迟将通常被视为处于光子器件电路的操作容限内。然而，为了仔细控制相位延迟以用于控制信号的波束赋形的目的，系统200可以补偿和/或计及被引入到波导中的其它延迟或相移。因而，调谐可以以所有通道具有均匀相位而开始，以便更精确地引入期望相位延迟。可替换地，调谐器240的成形或操作可以补偿由系统200中的光子器件的架构引入的预期相位延迟。
在一个实施例中，系统200可以相对于系统200中所示的轴而提供X和Y波束操控二者。其中向阵列的不同波导中引入相位移位的如所描述的相控阵可以提供x轴波束操控。在一个实施例中，系统200包括一个或多个机构以在来自耦合器250的光输出上引入可变折射率，这可以引入y轴波束操控。
光或激光信号通过耦合器250从系统200输出。从系统200中所图示的配置来看，来自耦合器250的信号的传播方向将典型地从读者处的页面直接向外。光信号被发送给目标以引起远场干涉。在与远场干涉之后，光将作为散射光而朝向系统200反射回来。将理解到，完整的LIDAR系统将包括一个或多个检测器（例如，光电检测器）以接收在远场中干涉的反射光。受体或检测器然后将信号发送给处理器或控制逻辑以解释信号。在一个实施例中，系统200包括具有其它LIDAR光子器件组件的芯片上检测器。这样的检测器未被明确示出。检测器可以可替换地在芯片外。
在一个实施例中，系统200包括一个或多个本地检测器262、264和266以提供参考信号，其可以由处理硬件使用以处理或解释所接收的信号。检测器262、264和266可以被称为监控检测器，其向处理硬件提供参考信息。在一个实施例中，检测器262、264和/或266中的一个或多个集成在波导处的相同半导体衬底上。在一个实施例中，系统200包括光电检测器（PD）262，其在抽头212处分接出激光源以向所生成的原始信号提供参考。PD 262可以处于与激光器210相同的芯片上，但不一定位于与激光器210相同的衬底上。在一个实施例中，系统200包括PD 264，其在调制器220后的抽头214处分接出。将理解到，依赖于使用什么类型的激光器210，调制器220可能是不必要的，这可以使抽头212和抽头214等效。在其中抽头214与抽头212在光学方面不同的实施例中，PD 264可以提供参考信号以指示在分束器230处接收的经调制信号。PD 264可以将其信息提供给处理硬件。在一个实施例中，系统200包括一个或多个PD 266，其可以分接出经相移的信号以发送出耦合器250。在一个实施例中，可以存在N个PD 266，针对每一个波导一个PD。在另一个实施例中，可以存在比N更少的PD，并且处理硬件可以内插来自被提供的参考信号的信息。
图3A-3B是集成固态LIDAR电路的横截面的实施例的框图。电路300表示固态LIDAR引擎芯片的元件，且可以是依照本文描述的任何实施例的固态LIDAR的示例。在一个实施例中，电路300基于如所图示的硅光子器件电路，但在另一个实施例中，可以使用其它半导体架构来创建固态LIDAR芯片。图3A图示了LIDAR引擎光子器件的横截面的实施例。图3B图示了硅波导阵列的部分的横截面的实施例。
电路300包括SOI（绝缘体上硅）衬底310，其可以被用作在其上处理硅光子器件的衬底。氧化物层320可以表示衬底310的绝缘体。硅波导332可以被处理到衬底310中以将来自激光器350的光耦合到耦合器334。在一个实施例中，激光器350直接集成在衬底310上（且可以包括调制器）。在一个实施例中，被图示为激光器350的内容表示其中激光从芯片外激光器耦合到电路300中的区域。硅波导332表示波导阵列，如在本文中所提及并且如在图3B中更具体地示出。
氧化物340表示与光子器件组件相邻的氧化物层或覆盖氧化物，且遮盖电路300的硅光子器件。氧化物342包括开口342，其使波导332暴露于液晶360。在图3B的横截面中，未示出氧化物340，因为横截面是针对电路300的下述区域而提供的：其中，波导332未被氧化物340遮盖，而是被暴露于液晶360。在一个实施例中，液晶360是在衬底310上处理的密封件362所围绕的区域。在一个实施例中，这样的处理是与用于创建硅或其它半导体光子器件组件的处理例程不同的处理例程的一部分。不同处理例程甚至不一定在相同处理线或处理设施上实施。玻璃370是用于电路300的覆盖层，且表示在感兴趣的（一个或多个）波长处光学透明的材料，该波长指代经由耦合器334发射的光的（一个或多个）波长。
耦合器334表示下述耦合机构：其改变光信号的方向，以发射通过波导332行进以便经过玻璃370出来到成像目标的信号。在一个实施例中，耦合器334是光栅耦合器。在一个实施例（如关于图4更详细图示和描述）中，耦合器334是基于镜的耦合器。在一个实施例中，耦合器334表示耦合器阵列，正如波导332表示波导阵列。可以存在用于每一个波导的耦合器或者将允许经相位延迟的信号从电路300发射出的另一配置。将理解到，光栅是依赖于波长的。但通过对激光进行波长调谐，系统300可以甚至利用依赖于波长的光栅操控波束。
将理解到，液晶360需要两个电极以创建引起波导阵列332中的相位移位的电压。在一个实施例中，电极382位于液晶层360和玻璃层370之间。在一个实施例中，电极384位于波导332和氧化物320之间。在电极382和384之间施加电压可以改变液晶360和波导332之间的界面的折射率。在一个实施例中，电极382是氧化铟锡（ITO）材料。在一个实施例中，电极384是沉积在氧化物320上的材料。在另一个实施例中，系统300使液晶360直接偏置到波导，在该情况下，电极384可以表示波导332的掺杂。通过调节紧挨着波导332的液晶360上的电场，系统300可以改变相位延迟，这将操控/形成所发射的波束的波前。可以通过在晶片内的硅特征（电极384）之间施加电压和/或在玻璃晶片上的电极（电极382）上施加电压来改变靠近波导332的电场。相位改变可以经由热相位控制或基于自由载流子效应而发生。
与关于系统200所描述的内容类似，电路300可以在不使用机械波束操控或广播照明的情况下从场景生成3D数据。液晶360经由氧化物340中的开口342直接与波导332对接。液晶360从被分束到波导332的阵列中的光信号创建信号的相控阵。被叠覆的液晶360可以通过电压的施加来调谐如在分离的波导332中提供的每一个波束分量的折射率。波导将信号的相控阵转移给（一个或多个）耦合器334（其还可以被称为发射器），以从系统300传送出信号。因而，光信号可以是从电路或芯片发射的经操控波束，并且监控硬件（例如，光电检测器和处理硬件）可以监控通过被引入到光信号的各个分量中的相对相位形成的远场波束形状。
电路300可以提供优于传统LIDAR系统的若干优点。在一个实施例中，电路300可以提供单芯片解决方案，其与激光器和检测器完全集成且使用现有制作过程而批量制作。这样的单芯片解决方案可以提供空间以及制造成本中的相当大的成本节约。传统LIDAR系统的主要成本产生于许多光学和机械元件的复杂且精确的组装，这可以利用系统300的实施例而消除。在一个实施例中，依照系统300的LIDAR系统不包括任何移动部件，但可以经由电压向电极382和384（且因而向液晶360）的施加来以电气方式执行所有波束操控。假设操控机构不涉及任何机动化而是涉及跨固态电容器施加以使液晶中的场发生变化的电压，则相比于传统LIDAR系统，系统300也是固有地较低功率的。如上所讨论，使液晶中的场发生变化可以对如在每一个分离波导332中转移的波束的分量进行相位调节。在一个实施例中，系统300可以通过利用芯片上调制器（未在300中具体示出，但可以依照本文描述的实施例而被包括）对波束进行编码来降低LIDAR对环境光或其它附近LIDAR系统的灵敏度。
图4是具有镜耦合器的LIDAR电路的实施例的框图。电路400表示固态LIDAR引擎芯片的元件，且可以是依照本文描述的任何实施例的固态LIDAR的示例。电路400包括耦合器434中的镜438，耦合器434是光栅耦合器的可替换方案。以其它方式，电路400的一个实施例与电路300相同。电路400包括SOI衬底410和氧化物层420，其可以提供用于硅光子器件的衬底，这类似于以上关于电路300描述的内容。电路400还包括硅波导432，硅波导432被处理到衬底410中以将来自激光器450的光耦合到耦合器434。以上对电路300中的类似组件的描述等同地适用于电路400的组件。
附加地，氧化物440表示具有开口442以使波导432暴露于液晶460的覆盖氧化物层。在一个实施例中，液晶460是在衬底410上处理的密封件462所围绕的区域。在一个实施例中，电路400包括电极482和484以向液晶460施加场，这类似于以上关于电路300描述的内容。以上对电路300的类似组件的描述等同地适用于电路400的组件。在一个实施例中，开口442是还可对接氮化物436的部分的氧化物440中的开口。将理解到，氮化物436被处理到氧化物440中以用于镜438，并且因而，开口432可以被视为氮化物中的开口，即便还有氮化物存在亦如此。
玻璃470是用于电路400的覆盖层，且表示在感兴趣的（一个或多个）波长处光学透明的材料，该波长指代经由耦合器434发射的光的（一个或多个）波长。耦合器434表示下述耦合机构：其改变光信号的方向，以发射通过波导432行进以便经过玻璃470出来到成像目标的信号。耦合器434（像以上讨论的耦合器334那样）执行来自激光器的光从平面中向平面外的重定向。耦合器434是基于镜的耦合器。在一个实施例中，耦合器434表示与波导阵列432对接的耦合器阵列。然而，关于镜438，单个镜可以执行用于整个波导阵列的信号重定向。镜438是下述表面：该表面被处理到氧化物440上以产生将引起光从波导432的全内反射（TIR）的折射角。在一个实施例中，镜438仅仅是氮化物436和氧化物440之间的界面表面。在一个实施例中，镜438包括金属或金属物质以产生该TIR。在一个实施例中，镜438与频率无关，这与基于光栅的耦合器不同。因而，电路400可以反射与源芯片正交的光，该源芯片对于可能被激光器450使用的激光的任何可调谐频率而言具有相同性能。因而，相比于具有基于光栅的耦合器的可比较的电路而言，电路450可以提供用于FMCW LIDAR系统的更好性能。
图5A是具有成角度的端面的LIDAR电路的横截面的实施例的框图。电路502表示依照本文描述的任何实施例的LIDAR电路。在一个实施例中，SOI衬底510、氧化物520、波导532、氧化物540、液晶560、玻璃570、电极582和电极584类似于以上关于电路300描述的任何实施例的共同组件。除以上描述的内容外，电路502图示了在玻璃570和电极582之间延伸的密封件562。具体地，密封层被图示为阴影以便在图中更容易可见。类似于玻璃570，密封件562对于将从电路502发射的感兴趣的（一个或多个）波长来说可以是光学透明的。
在一个实施例中，耦合器534是光栅耦合器，如所示。耦合器534可以可替换地为基于镜的耦合器，诸如以上关于电路400图示和描述的基于镜的耦合器。在一个实施例中，电路502包括氧化物540中的一个或多个棱镜552。在这样的实施例中，氧化物层540可以被称为闪耀覆层。棱镜552在与波导532的平面正交的平面中扩散源光，诸如所图示的内容。在一个实施例中，棱镜552使电路502能够在x轴中执行波束操控（如在电路200中所图示）。棱镜552还可以被称为成角度的端面，其被定位在耦合器534之上，或者相对于耦合器定位以扩散由耦合器534发射的光。
图5B是具有成角度的端面的LIDAR电路的横截面的另一个实施例的框图。尽管电路502图示了氧化物层中的棱镜或成角度的端面，但电路504图示了液晶层中的棱镜或成角度的端面。在一个实施例中，SOI衬底510、氧化物520、波导532、氧化物540、液晶560、玻璃570、电极582和电极584类似于以上关于电路300描述的任何实施例的共同组件。类似于电路502，电路504也图示了在玻璃570和电极582之间延伸的密封件562。
在一个实施例中，耦合器534是光栅耦合器，如所示。耦合器534可以可替换地为基于镜的耦合器，诸如以上关于电路400图示和描述的基于镜的耦合器。在一个实施例中，电路504包括液晶560中的一个或多个棱镜554。在这样的实施例中，可以通过在LCOS处理中使用用于玻璃层570的结构化玻璃来形成液晶层560中的棱镜554。类似于棱镜552，棱镜554可以在与波导532的平面正交的平面中扩散源光，诸如所图示的内容。棱镜554可以被称为成角度的端面，其被定位在耦合器534之上，或者相对于耦合器定位以扩散由耦合器534发射的光。在一个实施例中，电路502的棱镜552可以与电路504的棱镜554组合。因而，LIDAR电路可以被配置有氧化物层、液晶层或二者上的光栅耦合器或镜耦合器和成角度的端面的任何组合。
图6是利用固态LIDAR电路形成的信号波束的实施例的表示。图610和620图示了依照本文描述的实施例的从固态LIDAR发射的光束信号的示例远场光束剖面图。图610和620表示：图610可以图示当波导阵列的所有通道同相时的光束。图620可以图示当将线性相位斜坡应用于波导阵列的通道时的光束。垂直轴表示如以dB为单位测量的相对于主瓣（对于图610，瓣612；以及对于图620，瓣622）的相对功率。水平轴表示如以度为单位测量的与阵列垂直的轴（通过
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示出）。
在图610中，瓣612处于近似零度。将观察到，对于其它瓣，存在近似14dB噪声抑制614或更多。在图620中，瓣622被移位到近似-9度。更具体地，图620表示0.8π/通道（每通道正0.8π弧度）的相位斜坡的一个实施例。-0.8π/通道（每通道负0.8π弧度）的相位斜坡将是图620的镜像，其中瓣622被移位到近似+9度。将观察到，噪声抑制被维持，如通过噪声抑制624所图示。因而，固态LIDAR电路可以在14dB或更高的噪声抑制的情况下实现近似18度的操控。
将理解到，主要瓣的移位可以通过在玻璃层与其中处理波导阵列的半导体衬底之间施加电压而实现。因而，跨在与波导阵列相邻（通过覆层中的开口）的部分上包括的液晶层而生成电压。在一个实施例中，一个或多个棱镜存在于液晶与覆层氧化物的界面处，或者存在于液晶与玻璃层的界面处，或者存在于这二者处。LIDAR引擎电路可以调谐（一个或多个）棱镜的折射率，并操控向目标发射的光。
将理解到，LIDAR引擎电路的空间分辨率将依赖于系统的设计。例如，图610和620可能适用于具有近似16个通道（在系统200中，N=16）的LIDAR系统。对于其中N大于16的实施例，更高分辨率是可实现的。附加地，深度分辨率可以依赖于所使用的激光器的类型而从个位数毫米分辨率变化到数十微米的分辨率。
在一个实施例中，依照本文描述的实施例的LIDAR引擎电路仅要求三个模拟电气输入：一个创建用于相控阵的相位移位，一个用于棱镜调谐，并且一个用于接地。相比而言，传统LIDAR系统要求多得多的模拟输入。例如，J. K. Doylend et al, Hybrid III/Vsilicon photonic source with integrated 1D free-space beam steering, Optics Letters 37 (20), p. 4257-9 (2012)已经示出了要求N+1个输入的1D阵列（意味着比通道数目多至少一个输入）。作为另一个示例，J. Sun et al, Large-scale nanophotonicphased array, Nature 493, p. 195-9 (2013)已经示出了要求N^2个输入的2D阵列。因而，LIDAR引擎电路的实施例可以提供系统级复杂度的显著简化。
图7是用于利用固态LIDAR电路进行成像的过程的实施例的流程图。用于3D成像的过程700的实施例可以由依照本文描述的任何实施例的固态LIDAR引擎来执行。LIDAR系统生成源激光信号702。在一个实施例中，激光器是集成在包括波导阵列和波束操控机构的相同LIDAR引擎电路上的激光器。在一个实施例中，激光器是对LIDAR引擎而言芯片外的。
在一个实施例中，系统分接出激光源信号以用作参考信号704。在一个实施例中，LIDAR系统包括调制器以调制源光706。在一个实施例中，激光器是可调制源光的经调制的激光器。在一个实施例中，系统分接出经调制的源光信号以用作参考信号708。
LIDAR系统包括分束器以将源光分束到多个通道中710。系统沿用于波导阵列的每一个波导的波导路径传播多个通道的光。波导路径将波导传递到波束操控机构。在一个实施例中，波导路径传递到氧化物中的开口712，该开口可以使波导暴露于液晶层，这可以在波导阵列的不同通道中引入相位变化。在一个实施例中，系统可以包括控制逻辑，其在波导阵列的波导中引入相位延迟以操控波束。
在一个实施例中，系统确定要应用什么相位以对用于3D成像的当前光发射进行波束操控714。系统可以跨液晶层施加电压以动态地调节波导阵列的不同波导中的光的相位和相位偏移716。相位偏移形成从LIDAR电路发射的波束。不同电压顺序地向液晶的施加可以动态地调节相位偏移并操控波束。在一个实施例中，系统向阵列中的所有波导应用相位调节。在一个实施例中，除一个波导外的所有波导被调节。系统经由波导阵列将经相位调节的光传播到耦合器718。在一个实施例中，系统在耦合器附近分接出经相位调节的光720。所分接出的光可以是用于处理反射光的参考信号。
LIDAR电路将光传送到目标或成像场722，并利用一个或多个检测器捕获反射光724。检测器可以在与LIDAR引擎相同的芯片上，或者在不同的芯片上。系统例如通过对照一个或多个参考信号比较所捕获的光来处理所捕获的光信号726。参考信号可以是通过在源激光器与耦合器之间分接出光信号而提供的信号。系统可以将信息发送给执行信号处理且生成3D图像的处理器或处理逻辑728。
在一个实施例中，系统通过波导阵列中的各种不同相位调节来操控波束。因而，系统可以确定是否改变波束赋形或改变波导阵列内的偏移以产生不同成像信息730。如果系统已经执行所需要的所有成像（730“否”分支），则系统结束3D成像过程。如果系统尚未执行所需要的所有成像（730“是”分支），则系统将再次确定针对当前波束操控而使用什么相位偏移714。
图8是在其中可以实现固态LIDAR电路的计算系统的实施例的框图。系统800表示依照本文描述的任何实施例的计算设备，且可以是膝上型计算机、台式计算机、服务器、游戏或娱乐控制系统、扫描仪、复印机、打印机、路由或交换设备、或者其它电子设备。系统800包括处理器820，其提供用于系统800的指令的处理、操作管理和执行。处理器820可能包括任何类型的微处理器、中央处理单元（CPU）、处理核或其它处理硬件以提供用于系统800的处理。处理器820控制系统800的总体操作，且可以是或包括一个或多个可编程通用或专用微处理器、数字信号处理器（DSP）、可编程控制器、专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑器件（PLD）等或这样的设备的组合。
存储器子系统830表示系统800的主存储器，并为要由处理器820执行的代码或要在执行例程时使用的数据值提供临时存储。存储器子系统830可以包括一个或多个存储器设备，诸如只读存储器（ROM）、闪速存储器、一个或多个种类的随机存取存储器（RAM）或其它存储器设备、或者这样的设备的组合。存储器子系统830除其它外还存储并托管操作系统（OS）836以提供用于在系统800中执行指令的软件平台。附加地，从存储器子系统830存储和执行其它指令838以提供系统800的逻辑和处理。OS 836和指令838由处理器820执行。存储器子系统830包括存储器设备832，其中它存储数据、指令、程序或其它项目。在一个实施例中，存储器子系统包括存储器控制器834，其是生成且发布命令给存储器设备832的存储器控制器。将理解到，存储器控制器834可以是处理器820的物理部件。
处理器820和存储器子系统830耦合到总线/总线系统810。总线810是表示通过适当桥、适配器和/或控制器连接的任何一个或多个分离的物理总线、通信线路/接口和/或点对点连接的抽象概念。因此，总线810可以包括例如以下各项中的一个或多个：系统总线、外围组件互连（PCI）总线、超传输或工业标准架构（ISA）总线、小型计算机系统接口（SCSI）总线、通用串行总线（USB）或者电气与电子工程师协会（IEEE）标准1394总线（通常称为“火线”）。总线810的总线还可以对应于网络接口850中的接口。
系统800还包括耦合到总线810的一个或多个输入/输出（I/O）接口840、网络接口850、一个或多个内部大容量存储设备860和外围接口870。I/O接口840可以包括一个或多个接口组件，用户通过其来与系统800交互（例如，视频、音频和/或字母数字对接）。网络接口850为系统800提供通过一个或多个网络与远程设备（例如，服务器、其它计算设备）通信的能力。网络接口850可以包括以太网适配器、无线互连组件、USB（通用串行总线）、或者其它基于有线或无线标准的或专有的接口。
存储装置860可以是或包括用于以非易失性方式存储大量数据的任何常规介质，诸如一个或多个基于磁、固态或光学的盘或组合。存储装置860以持久性状态保持代码或指令以及数据862（即，值被保留，尽管向系统800的电力中断）。存储装置860可以一般被视为“存储器”，尽管存储器830是向处理器820提供指令的执行或操作存储器。尽管存储装置860是非易失性的，但存储器830可以包括易失性存储器（即，如果向系统800的电力中断，则数据的状态或值是不确定的）。
外围接口870可以包括未在上文中具体提及的任何硬件接口。外设一般指代依赖性地连接到系统800的设备。依赖性连接是下述这样的连接：其中系统800提供操作在其上执行且用户与其交互的软件和/或硬件平台。
在一个实施例中，系统800包括固态LIDAR 880。在一个实施例中，LIDAR 880是包括一个或多个芯片的系统，其允许LIDAR执行光信号的非机械波束赋形/操控以执行3D成像。在一个实施例中，LIDAR 880可以是与系统800的其它组件封装在一起的单个芯片。在一个实施例中，LIDAR 880将成像信息（其可以包括参考信号）发送给处理器820以用于处理。LIDAR 880可以包括依照本文描述的任何实施例的LIDAR引擎电路，且启用系统800以用于多种不同成像应用。
图9是在其中可以实现固态LIDAR电路的移动设备的实施例的框图。设备900表示移动计算设备，诸如计算平板、移动电话或智能电话、无线使能电子阅读器、可穿戴计算设备或其它移动设备。将理解到，总体示出了组件中的某些，并且未在设备900中示出这样的设备的所有组件。
设备900包括处理器910，其执行设备900的主要处理操作。处理器910可以包括一个或多个物理设备，诸如微处理器、应用处理器、微控制器、可编程逻辑器件或其它处理构件。由处理器910执行的处理操作包括在其上执行应用和/或设备功能的操作平台或操作系统的执行。处理操作包括涉及与人类用户或与其它设备的I/O（输入/输出）的操作、涉及功率管理的操作、和/或涉及将设备900连接到另一个设备的操作。处理操作还可以包括涉及音频I/O和/或显示I/O的操作。
在一个实施例中，设备900包括音频子系统920，其表示与向计算设备提供音频功能相关联的硬件（例如，音频硬件和音频电路）和软件（例如，驱动器、编解码器）组件。音频功能可以包括扬声器和/或头戴受话器输出以及麦克风输入。用于这样的功能的设备可以集成到设备900中或者连接到设备900。在一个实施例中，用户通过提供由处理器910接收和处理的音频命令来与设备900交互。
显示子系统930表示提供视觉和/或触觉显示以供用户与计算设备交互的硬件（例如，显示设备）和软件（例如，驱动器）组件。显示子系统930包括显示接口932，其包括用于向用户提供显示的特定屏幕或硬件设备。在一个实施例中，显示接口932包括执行涉及显示的至少一些处理的与处理器910分离的逻辑。在一个实施例中，显示子系统930包括向用户提供输出和输入二者的触摸屏设备。
I/O控制器940表示涉及与用户的交互的硬件设备和软件组件。I/O控制器940可以操作为管理作为音频子系统920和/或显示子系统930的一部分的硬件。附加地，I/O控制器940图示了用于连接到设备900的附加设备的连接点，用户可能通过该连接点来与系统交互。例如，可附连到设备900的设备可能包括麦克风设备、扬声器或立体声系统、视频系统或其它显示设备、键盘或键区设备、或者供诸如读卡器或其它设备之类的具体应用所使用的其它I/O设备。
如上文所提及，I/O控制器940可以与音频子系统920和/或显示子系统930交互。例如，通过麦克风或其它音频设备的输入可以提供用于设备900的一个或多个应用或功能的输入或命令。附加地，取代显示输出或除显示输出外，可以提供音频输出。在另一个示例中，如果显示子系统包括触摸屏，则显示设备还充当输入设备，其可以至少部分地由I/O控制器940管理。在设备900上还可以存在附加按钮或开关以提供由I/O控制器940管理的I/O功能。
在一个实施例中，I/O控制器940管理设备，诸如加速度计、相机、光传感器或其它环境传感器、陀螺仪、全球定位系统（GPS）或者可被包括在设备900中的其它硬件。输入可以是直接用户交互的一部分，以及向系统提供环境输入以影响其操作（诸如过滤噪声、调节显示器以用于明亮度检测、针对相机应用闪光、或者其它特征）。在一个实施例中，设备900包括电力管理装置950，其管理电池电力使用、电池的充电以及涉及电力节约操作的特征。
存储器子系统960包括用于将信息存储在设备900中的（一个或多个）存储器设备962。存储器子系统960可以包括非易失性（如果向存储器设备的电力中断，状态不改变）和/或易失性（如果向存储器设备的电力中断，状态是不确定的）存储器设备。存储器960可以存储应用数据、用户数据、音乐、照片、文档或其它数据、以及涉及系统900的应用和功能的执行的系统数据（不论是长期的还是临时的）。在一个实施例中，存储器子系统960包括存储器控制器964（其还可以被视为系统900的控制的一部分，且可以潜在地被视为处理器910的一部分）。存储器控制器964包括调度器以生成并发布命令给存储器设备962。
连接970包括使设备900能够与外部设备通信的硬件设备（例如，无线和/或有线连接器和通信硬件）和软件组件（例如，驱动器、协议栈）。外部设备可以是分离的设备，诸如其它计算设备、无线接入点或基站、以及外设，诸如头戴式耳机、打印机或其它设备。
连接970可以包括多种不同类型的连接。概括地说，设备900被图示有蜂窝连接972和无线连接974。蜂窝连接972一般指代由无线运营商提供的蜂窝网络连接，诸如经由GSM（全球移动通信系统）或变形或衍生物、CDMA（码分多址）或变形或衍生物、TDM（时分复用）或变形或衍生物、LTE（长期演进——还称为“4G”）、或者其它蜂窝服务标准而提供的蜂窝网络连接。无线连接974指代非蜂窝的无线连接，且可以包括个域网（诸如蓝牙）、局域网（诸如WiFi）和/或广域网（诸如WiMax）或者其它无线通信。无线通信指代通过使用经由非固体介质的调制电磁辐射而对数据的转移。有线通信通过固体通信介质而发生。
外围连接980包括硬件接口和连接器以及软件组件（例如，驱动器、协议栈）以进行外围连接。将理解到，设备900可以既是去往其它计算设备的外围设备（“去往”982）以及又具有连接到它的外围设备（“来自”984）。设备900通常具有“对接（docking）”连接器以出于诸如管理（例如，下载和/或上传、改变、同步）设备900上的内容之类的目的而连接到其它计算设备。附加地，对接连接器可以允许设备900连接到某些外设，其允许设备900控制例如向视听或其它系统的内容输出。
除专有对接连接器或其它专有连接硬件外，设备900可以经由常用的或基于标准的连接器来进行外围连接980。常用类型可以包括通用串行总线（USB）连接器（其可以包括多种不同硬件接口中的任一种）、包括MiniDisplayPort（MDP）的DisplayPort、高清晰度多媒体接口（HDMI）、火线或其它类型。
在一个实施例中，系统900包括固态LIDAR 990。在一个实施例中，LIDAR 990是包括一个或多个芯片的系统，其允许LIDAR执行光信号的非机械波束赋形/操控以执行3D成像。在一个实施例中，LIDAR 990可以是与系统900的其它组件封装在一起的单个芯片。在一个实施例中，LIDAR 990将成像信息（其可以包括参考信号）发送给处理器910以用于处理。LIDAR 990可以包括依照本文描述的任何实施例的LIDAR引擎电路，且启用系统900以用于多种不同成像应用。
在一个方面中，一种电路设备包括：耦合到分束器的衬底中的波导阵列，分束器将源光分束到波导阵列中；衬底上的绝缘层，绝缘层具有开口以暴露波导阵列的路径的部分；以及液晶层，处于绝缘层上且处于通过绝缘层中的开口暴露的波导阵列的路径的部分上，其中电压向液晶的施加改变通过绝缘层中的开口暴露的波导阵列中的所有波导的相对相位。
在一个实施例中，衬底包括硅衬底。在一个实施例中，绝缘层包括氧化物层。在一个实施例中，液晶层包括硅上液晶（LCOS）层。在一个实施例中，开口包括跨波导阵列的三角形形状的开口，其中三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。在一个实施例中，电路设备还包括：集成在衬底中的耦合器，从波导阵列接收光并且通过液晶层来耦合光。在一个实施例中，耦合器包括光栅耦合器。在一个实施例中，耦合器包括镜耦合器。在一个实施例中，电路设备还包括：耦合器之上的一个或多个成角度的端面，其扩散光。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括绝缘层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括液晶层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，电路设备还包括：分束器之前的调制器，调制从激光源接收的源光。在一个实施例中，电路设备还包括：集成在衬底中的激光器设备，生成源光以经过分束器到波导阵列中。
在一个方面中，一种集成光子芯片包括：集成在衬底中的波导阵列；集成在衬底中的分束器，从激光器接收源光并且将源光分束到波导阵列中；衬底上的绝缘层，绝缘层具有开口以暴露波导阵列的路径的部分；液晶层，处于绝缘层上且处于通过绝缘层中的开口暴露的波导阵列的路径的部分上，其中电压向液晶的施加改变通过绝缘层中的开口暴露的波导阵列中的所有波导的相对相位；以及集成在衬底中的光电检测器，从波导接收光作为参考信号来对照所检测的远场散射光进行比较。
在一个实施例中，衬底包括硅衬底。在一个实施例中，绝缘层包括氧化物层。在一个实施例中，液晶层包括硅上液晶（LCOS）层。在一个实施例中，开口包括跨波导阵列的三角形形状的开口，其中三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。在一个实施例中，集成光子芯片还包括：光电检测器，在分束器之前分接出源光作为参考信号。在一个实施例中，集成光子芯片还包括：集成在衬底中的耦合器，从波导阵列接收光并且通过液晶层来耦合光。在一个实施例中，集成光子芯片还包括：光电检测器，在耦合器处分接出光作为参考信号。在一个实施例中，耦合器包括光栅耦合器。在一个实施例中，耦合器包括镜耦合器。在一个实施例中，光子芯片还包括：耦合器之上的一个或多个成角度的端面，其扩散光。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括氧化物层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括液晶层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，光子芯片还包括：分束器之前的调制器，调制从激光源接收的源光。在一个实施例中，光子芯片还包括：集成在衬底中的激光器设备，生成在分束器处接收的源光。
在一个方面中，一种方法包括：在集成于衬底中的分束器处接收源光；利用分束器将源光分束到集成于衬底中的波导阵列中，以使源光经过包括集成在衬底上的绝缘层中的开口的波导路径并且使波导阵列暴露于集成在绝缘层上的液晶层；通过向液晶层施加电压来动态地调节阵列的波导中的光的相位；以及将经相位调节的光从波导传送到目标对象。
在一个实施例中，动态地调节相位包括将电压施加于液晶层以生成跨波导的相位斜坡。在一个实施例中，液晶层包括硅上液晶（LCOS）层。在一个实施例中，动态地调节相位包括跨成像场对源光进行波束操控。在一个实施例中，衬底包括硅衬底。在一个实施例中，绝缘层包括氧化物层。在一个实施例中，开口包括跨波导阵列的三角形形状的开口，其中三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。在一个实施例中，方法还包括：利用分束器之前的光电检测器分接出源光作为参考信号。在一个实施例中，方法还包括：利用集成在衬底中的耦合器从波导阵列接收光以从波导阵列接收光并且通过液晶层来耦合光。在一个实施例中，方法还包括：利用耦合器处的光电检测器分接出光作为参考信号。在一个实施例中，耦合器包括光栅耦合器。在一个实施例中，耦合器包括镜耦合器。在一个实施例中，方法还包括：利用耦合器之上的一个或多个成角度的端面扩散光。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括氧化物层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括液晶层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，方法还包括：调制从激光源接收的源光。在一个实施例中，方法还包括：利用集成在衬底中的激光器设备生成源光。
在一个方面中，一种制造品包括具有存储在其上的内容的计算机可读存储介质，所述内容在被执行时执行用于光检测和测距的操作，包括：在集成于衬底中的分束器处接收源光；利用分束器将源光分束到集成于衬底中的波导阵列中，以使源光经过包括集成于衬底上的绝缘层中的开口的波导路径并且使波导阵列暴露于集成在绝缘层上的液晶层；通过向液晶层施加电压来动态地调节阵列的波导中的光的相位；以及将经相位调节的光从波导传送到目标对象。
在一个实施例中，用于动态地调节相位的内容包括用于向液晶层施加电压以生成跨波导的相位斜坡的内容。在一个实施例中，液晶层包括硅上液晶（LCOS）层。在一个实施例中，用于动态地调节相位的内容包括用于跨成像场对源光进行波束操控的内容。在一个实施例中，衬底包括硅衬底。在一个实施例中，绝缘层包括氧化物层。在一个实施例中，开口包括跨波导阵列的三角形形状的开口，其中三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。在一个实施例中，制造品还包括用于利用分束器之前的光电检测器分接出源光作为参考信号的内容。在一个实施例中，制造品还包括用于利用集成在衬底中的耦合器从波导阵列接收光以从波导阵列接收光并且通过液晶层来耦合光的内容。在一个实施例中，制造品还包括用于利用耦合器处的光电检测器分接出光作为参考信号的内容。在一个实施例中，耦合器包括光栅耦合器。在一个实施例中，耦合器包括镜耦合器。在一个实施例中，制造品还包括用于利用耦合器之上的一个或多个成角度的端面扩散光的内容。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括氧化物层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括液晶层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，制造品还包括用于调制从激光源接收的源光的内容。在一个实施例中，制造品还包括用于利用集成在衬底中的激光器设备生成源光的内容。
在一个方面中，一种用于光检测和测距的装置包括：用于将源光分束到集成于衬底中的波导阵列中以使源光经过包括集成在衬底上的绝缘层中的开口的波导路径并且使波导阵列暴露于集成在绝缘层上的液晶层的构件；用于通过向液晶层施加电压来动态地调节阵列的波导中的光的相位的构件；以及用于将经相位调节的光从波导传送到目标对象的构件。
在一个实施例中，用于动态地调节相位的构件包括用于向液晶层施加电压以生成跨波导的相位斜坡的构件。在一个实施例中，液晶层包括硅上液晶（LCOS）层。在一个实施例中，用于动态地调节相位的构件包括用于跨成像场对源光进行波束操控的构件。在一个实施例中，衬底包括硅衬底。在一个实施例中，绝缘层包括氧化物层。在一个实施例中，开口包括跨波导阵列的三角形形状的开口，其中三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。在一个实施例中，装置还包括：用于利用分束器之前的光电检测器分接出源光作为参考信号的构件。在一个实施例中，装置还包括：用于从波导阵列接收光以通过液晶层来耦合光的耦合构件。在一个实施例中，装置还包括：用于利用耦合器处的光电检测器分接出光作为参考信号的构件。在一个实施例中，耦合构件包括光栅耦合器。在一个实施例中，耦合器包括镜耦合器。在一个实施例中，装置还包括：用于利用耦合器之上的一个或多个成角度的端面扩散光的构件。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括氧化物层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括液晶层中的一个或多个成角度的端面。在一个或多个实施例中，装置还包括：用于调制从激光源接收的源光的构件。在一个实施例中，装置还包括：用于利用集成在衬底中的激光器设备生成源光的构件。
在一个方面中，一种用于光检测和测距的装置包括：用于将源光分束到集成在衬底中的波导阵列中以使源光经过波导路径的构件；用于通过向集成在衬底的波导上的液晶层施加电压来动态地调节阵列的波导中的光的相位的构件；以及用于将经相位调节的光从波导传送到目标对象的构件。
在一个实施例中，用于动态地调节相位的构件包括用于向液晶层施加电压以生成跨波导的相位斜坡的构件。在一个实施例中，液晶层包括硅上液晶（LCOS）层。在一个实施例中，用于动态地调节相位的构件包括用于跨成像场对源光进行波束操控的构件。在一个实施例中，衬底包括硅衬底。在一个实施例中，用于动态地调节相位的构件包括跨波导阵列的开口，其中三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。在一个实施例中，装置还包括：用于利用分束器之前的光电检测器分接出源光作为参考信号的构件。在一个实施例中，装置还包括：用于从波导阵列接收光以通过液晶层来耦合光的耦合构件。在一个实施例中，装置还包括：用于利用耦合器处的光电检测器分接出光作为参考信号的构件。在一个实施例中，耦合构件包括光栅耦合器。在一个实施例中，耦合器包括镜耦合器。在一个实施例中，装置还包括：用于利用耦合器之上的一个或多个成角度的端面扩散光的构件。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括氧化物层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，一个或多个成角度的端面包括液晶层中的一个或多个成角度的端面。在一个实施例中，装置还包括：用于调制从激光源接收的源光的构件。在一个实施例中，装置还包括：用于利用集成在衬底中的激光器设备生成源光的构件。
如本文中图示的流程图提供了各种过程动作的序列的示例。流程图可以指示要由软件或固件例程执行的操作、以及物理操作。在一个实施例中，流程图可以图示有限状态机（FSM）的状态，其可以以硬件和/或软件实现。尽管以特定顺序或次序示出，但是除非以其它方式指定，动作的次序可以被修改。因而，所图示的实施例应当仅被理解为示例，并且过程可以以不同的次序执行，并且一些动作可以并行执行。附加地，一个或多个动作可以在各种实施例中被省略；因而，并非所有动作都是每个实施例中所要求的。其它过程流是可能的。
到本文描述各种操作或功能的程度，它们可以被描述或限定为软件代码、指令、配置和/或数据。内容可以直接是可执行文件（“对象”或“可执行文件”形式）、源代码或差异代码（“增量”或“补丁”代码）。本文描述的实施例的软件内容可以经由具有存储在其上的内容的制造品而提供，或者经由操作通信接口以经由通信接口发送数据的方法而提供。机器可读存储介质可以使机器执行所描述的功能或操作，且包括以机器（例如，计算设备、电子系统等）可访问的形式存储信息的任何机构，诸如可记录/不可记录介质（例如，只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘存储介质、光学存储介质、闪速存储器设备等）。通信接口包括对接到任何硬接线、无线、光学等介质以与另一个设备通信的任何机构，诸如存储器总线接口、处理器总线接口、互联网连接、盘控制器等。通信接口可以是通过提供配置参数和/或发送信号以使通信接口准备提供描述软件内容的数据信号来配置的。通信接口可以经由被发送给通信接口的一个或多个命令或信号而访问。
本文描述的各种组件可以是用于执行所描述的操作或功能的构件。本文描述的每一个组件包括软件、硬件或这些的组合。组件可以被实现为软件模块、硬件模块、特殊用途硬件（例如，专用硬件、专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）等）、嵌入式控制器、硬接线电路等。
除本文描述的内容外，在不脱离其范围的情况下，可以对本发明的所公开的实施例和实现进行各种修改。因此，本文的说明和示例应当在说明性而非限制性的意义上理解。本发明的范围应当仅仅通过参照接下来的权利要求而衡量。

Claims (23)

1.一种用于光检测和测距的电路设备，包括：
耦合到分束器的衬底中的波导阵列，分束器将源光分束到所述波导阵列中；
所述衬底上的绝缘层，所述绝缘层具有开口以暴露所述波导阵列的路径的部分；以及
液晶层，处于所述绝缘层上且处于通过所述绝缘层中的所述开口暴露的所述波导阵列的所述路径的部分上，其中电压向所述液晶层的施加改变通过所述绝缘层中的所述开口暴露的所述波导阵列中的所有波导的相对相位，
其中所述开口的形状改变每个波导路径暴露于所述液晶层的量，使得单个电压水平向所述液晶层的施加能够导致不同波导路径处的不同相位效果。
2.根据权利要求1所述的电路设备，其中所述衬底包括硅衬底。
3.根据权利要求1所述的电路设备，其中所述绝缘层包括氧化物层。
4.根据权利要求1所述的电路设备，其中所述液晶层包括硅上液晶（LCOS）层。
5.根据权利要求1所述的电路设备，其中所述开口包括跨所述波导阵列的三角形形状的开口，其中所述三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。
6.根据权利要求1所述的电路设备，还包括：
集成在所述衬底中的耦合器，从所述波导阵列接收光并且通过所述液晶层来耦合光。
7.根据权利要求6所述的电路设备，其中所述耦合器包括光栅耦合器或镜耦合器。
8.根据权利要求6所述的电路设备，还包括：
所述耦合器之上的一个或多个成角度的端面，用于扩散光。
9.根据权利要求8所述的电路设备，其中所述一个或多个成角度的端面包括所述绝缘层中或所述液晶层中的一个或多个成角度的端面。
10.根据权利要求1所述的电路设备，还包括：
所述分束器之前的调制器，调制从激光源接收的源光。
11.根据权利要求1所述的电路设备，还包括：
集成在所述衬底中的激光器设备，生成源光以经过所述分束器到所述波导阵列中。
12.一种用于光检测和测距的方法，包括：
在集成于衬底中的分束器处接收源光；
利用所述分束器将源光分束到集成在所述衬底中的波导阵列中，以使源光经过包括集成在所述衬底上的绝缘层中的开口的波导路径并且使所述波导阵列暴露于集成在所述绝缘层上的液晶层；
通过向所述液晶层施加电压来动态地调节阵列的波导中的光的相位；以及
将经相位调节的光从波导传送到目标对象，
其中所述开口的形状改变每个波导路径暴露于所述液晶层的量，使得单个电压水平向所述液晶层的施加能够导致不同波导路径处的不同相位效果。
13.根据权利要求12所述的方法，其中动态地调节相位包括向所述液晶层施加电压以生成跨波导的相位斜坡。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述开口包括跨所述波导阵列的三角形形状的开口，其中所述三角形形状的开口具有其最靠近一个波导的顶点，并且三角形形状暴露每一个随后相邻波导的更多部分以提供跨阵列的波导的增大相移。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：
利用光电检测器分接出所述源光作为参考信号。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：
利用集成在所述衬底中的耦合器从所述波导阵列接收光以从所述波导阵列接收光并且通过所述液晶层来耦合光。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述耦合器包括光栅耦合器或镜耦合器。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
利用所述耦合器之上的一个或多个成角度的端面扩散光。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个成角度的端面包括所述绝缘层中或所述液晶层中的一个或多个成角度的端面。
20.根据权利要求12所述的方法，还包括：
调制从激光源接收的源光。
21.根据权利要求12所述的方法，还包括：
利用集成在所述衬底中的激光器设备生成源光。
22.一种用于光检测和测距的装置，包括：
用于将源光分束到集成于衬底中的波导阵列中以使源光经过包括集成在所述衬底上的绝缘层中的开口的波导路径并且使所述波导阵列暴露于集成在所述绝缘层上的液晶层的构件；
用于通过向所述液晶层施加电压来动态地调节阵列的波导中的光的相位的构件；以及
用于将经相位调节的光从波导传送到目标对象的构件，
其中所述开口的形状改变每个波导路径暴露于所述液晶层的量，使得单个电压水平向所述液晶层的施加能够导致不同波导路径处的不同相位效果。
23.一种具有存储在其上的内容的计算机可读存储介质，所述内容在被执行时执行根据权利要求12-21中任一项所述的用于光检测和测距的方法。
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