CN107807462B - 相位调制有源设备、驱动方法以及包括其的光学装置 - Google Patents

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Abstract

提供相位调制有源设备和驱动相位调制有源设备的方法。相位调制有源设备包括独立调制入射光相位的通道。该方法包括：选择要用于通道的第一相位值和第二相位值，通过以其中布置通道的顺序将所选择的第一相位值或所选择的第二相位值准周期性地分配给所述通道的每一个，来设置二进制相位分布；和基于设置的二进制相位分布来驱动相位调制有源设备。

Description

相位调制有源设备、驱动方法以及包括其的光学装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0116580的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
与示例实施例一致的装置和方法涉及相位调制有源设备、驱动相位调制有源设备的方法、以及包括相位调制有源设备的光学装置。
背景技术
改变透射/反射、偏振、相位、强度和入射光路径的光学元件已经用于各种光学设备中。为了在光学系统中以期望的方式控制光的上述特征，已经提出了具有各种结构的光学调制器。
例如，使用光阻挡/反射元件的精细机械运动的光学各向异性液晶和微机电系统(MEMS)结构已被广泛用于相关技术的光学调制器中。由于光调制器的驱动方案的性质，这种光调制器具有几微秒(μs)的长操作响应时间。
最近已经尝试将元结构应用于光学调制器。元结构是其中将小于入射光的波长的值应用于厚度、图案或周期的结构。光调制可以通过组合用于入射光的相位调制类型而以各种形式实现，并且由于高响应速度可以实现各种光学特性。因此，元结构可以有利地应用于超微型设备。
发明内容
示例实施例可以解决至少上述问题和/或缺点以及上面没有描述的其它缺点。此外，示例性实施例不需要克服上述缺点，并且可能不会克服上述任何问题。
示例性实施例提供能够以相位调制形式的组合实现所需光学性能的相位调制有源设备和驱动相位调制有源设备的方法。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种驱动相位调制有源设备的方法，该相位调制有源设备包括独立地调制入射光的相位的通道，该方法包括：选择要用于通道的第一相位值和第二相位值；通过以其中布置通道的顺序将所选择的第一相位值或所选择的第二相位值准周期性地分配给所述通道的每一个，来设置二进制相位分布；和基于设置的二进制相位分布来驱动相位调制有源设备。
二进制相位分布的设置可以包括：重复将所选择的第一相位值分配给通道中的一个或多个第一相邻通道以及将所选择的第二相位值分配给通道中的一个或多个第二相邻通道的过程，以及该方法还包括基于重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位值的布置图案的周期的平均值来调整相位调制有源设备的光学性能。
二进制相位分布的设置还可以包括设置二进制相位分布，使得相位调制有源设备基于等式
Figure BDA0001401291480000021
将入射光转向θ。λ可以表示入射光的波长，Tk可以表示重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位的布置图案的第k个周期，并且<Tk>可以表示周期的平均值。
所选择的第一相位值和所选择的第二相位值之间的差可以是π。
二进制相位分布的设置可以包括：设置相位值范围从0到2π的全相位分布，以实现相位调制有源设备的光学性能；和将包括在全相位分布中的相位值校正为所选择的第一相位值或所选择的第二相位值。
相位值的校正可以包括：响应于相位值处于第一范围，将相位值校正为所选择的第一相位值；和响应于相位值在第一范围之外，将相位值校正为所选择的第二相位值。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种相位调制有源设备，包括：相位调制器，其包括被配置为独立地调制入射光的相位的通道；信号输入器，被配置为向每个通道施加用于相位调制的输入信号；二进制设置器，被配置为：选择要用于通道的第一相位值和第二相位值；和通过以其中布置通道的顺序将所选择的第一相位值或所选择的第二相位值准周期性地分配给每个通道来设置二进制相位分布；和控制器，被配置为基于所设置的二进制相位分布来控制所述信号输入器。
二进制设置器还可以被配置为：重复将所选择的第一相位值分配给通道中的一个或多个第一相邻通道并且将所选择的第二相位值分配给通道中的一个或多个第二相邻通道的过程；和基于其中重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位值的布置图案的周期的平均值来调整相位调制有源设备的光学性能。
二进制设置器还可以被配置为：设置二进制相位分布，使得相位调制有源设备基于等式
Figure BDA0001401291480000031
将入射光转向θ，其中λ表示入射光的波长，Tk表示其中重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位的布置图案的第k个周期，并且<Tk>表示周期的平均值。
二进制设置器可以进一步被配置为：设置相位值范围从0到2π的全相位分布，以实现相位调制有源设备的光学性能；和将包括在全相位分布中的相位值校正为所选择的第一相位值或所选择的第二相位值。
二进制设置器还可以被配置为：响应于相位值处于第一范围，将相位值校正为所选择的第一相位值，并且响应于相位值在第一范围之外，将相位值校正为所选择的第二相位值。
所选择的第一相位值和所选择的第二相位值之间的差可以是π，第一范围可以是π/2到3π/2。
相位调制器可以包括：有源层，具有基于电信号变化的光学特性；纳米阵列层，与有源层相邻并且包括纳米结构；和电极层，被配置为将电信号施加到有源层。
每个纳米结构可以具有尺寸小于入射光的波长的形状。
纳米结构可以包括金属材料。
信号输入器还可以被配置为在每个纳米结构和电极层之间施加电压。
纳米结构可以包括电介质材料。
相位调制有源设备还可以包括介于纳米阵列层和有源层之间的导电层，并且信号输入器还可以被配置为在导电层和电极层之间施加电压。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种激光雷达设备，其包括：被配置为发光的光源以及相位调制有源设备，相位调制有源设备被配置为将发射的光转向物体并且包括：相位调制器，其包括被配置为独立地调制入射光的相位的通道；信号输入器，被配置为向每个通道施加用于相位调制的输入信号；二进制设置器，被配置为：选择要用于通道的第一相位值和第二相位值；和通过以其中布置通道的顺序将所选择的第一相位值或所选择的第二相位值准周期性地分配给每个通道来设置二进制相位分布；和控制器，其被配置为基于所设置的二进制相位分布来控制所述信号输入器。激光雷达设备还包括：传感器，被配置为接收被转向物体并从物体反射的光。
二进制设置器还可以被配置为设置分别实现转向角的二进制相位分布，使得相位调制有源设备被配置为扫描物体，并且控制器还可以被配置为基于所设置的二进制相位分布来按照时间顺序控制信号输入器。
附图说明
从以下结合附图对示例实施例的描述中，上述和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，其中：
图1是根据示例实施例的相位调制有源设备的示意性配置的框图；
图2是可以在图1的相位调制有源设备中使用的相位调制器的配置的示例的截面图。
图3是可以在图1的相位调制有源设备中使用的相位调制器的配置的另一示例的截面图。
图4是示意性地描述根据示例实施例的驱动相位调制有源设备的方法的流程图；
图5是示出通过使用图4的驱动相位调制有源设备的方法设置的二进制相位分布的示例的图。
图6是用于描述在图4的流程图中设置二进制相位分布的详细示例的流程图。
图7是将全相位分布校正到根据图6的流程图设置的二进制相位分布的示例的图。
图8是根据示例性实施例的根据多个全相位分布实现的多个转向角的示例的图；
图9是根据示例性实施例的通过使用驱动相位调制有源设备的方法设置多个二进制相位分布而实现的多个转向角的示例的分布图；
图10是表示实施方式的激光雷达设备的概略结构的框图。和
图11是示出在图10的激光雷达设备中扫描预定角度范围的示例的光束分布的图。
具体实施方式
下面参照附图更详细地描述示例性实施例。
在下面的描述中，即使在不同的附图中，相同的附图标记用于相同的元件。提供说明书中定义的事项，例如详细的结构和元件，以帮助全面了解示例实施例。然而，显而易见的是，可以在没有那些具体定义的事项的情况下实施示例性实施例。此外，众所周知的功能或结构可能不会被详细描述，因为它们将以不必要的细节掩盖描述。
应当理解，当层、区域或部件被称为“形成在”另一层、区域或部件上时，其可以直接或间接地形成在另一层、区域或部件上。
如本文所使用的，单数形式也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指出。还将理解，本文使用的术语“包括”和/或“包含”指定所述特征或组分的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征或部件。
如本文所使用的，术语“该”和类似的指示术语的使用对应于单数和复数形式。
除非操作清楚地指示，否则可以以适当的顺序执行构成方法的操作。该方法不限于本文所述的操作顺序。本文中提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用旨在更好地阐明基础概念，并且不对本公开的范围构成限制。
此外，本说明书中描述的诸如“单元”，“-器”和“模块”的术语是指用于执行至少一个功能或操作的元件，并且可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
图1是根据示例实施例的相位调制有源设备1000的示意性配置的框图。图2是可以用于图1的相位调制有源设备1000中的相位调制器101的配置的示例的截面图。并且，图3是可以在图1的相位调制有源设备1000中使用的相位调制器102的配置的另一示例的截面图。
相位调制有源设备1000可以包括：相位调制器100，该相位调制器100包括调制入射光的相位的多个通道CH_1至CH_N；信号输入器200，将用于相位调制的输入信号施加到多个通道CH_1至CH_N的每一个；二进制设置器400，其设置通过使用两个相位值配置的二进制相位分布；以及控制器300，其根据二进制相位分布来控制信号输入器200。
相位调制器100可以包括多个通道CH_1至CH_N以独立地调制入射光Li的相位。相位调制器100可以包括具有随施加的信号而变化的光学性质的有源层和与有源层相邻的多个纳米结构。多个纳米结构中的每一个可以形成多个通道CH_1至CH_N。将参照图2和图3描述相位调制器100的结构的详细示例。多个通道CH_1至CH_N中的每一个可以根据从信号输入器200施加到其上的信号来调制入射光Li的相位。可以根据相位调制器100的详细结构来确定来自信号输入器200的输入信号，例如相位调制器100中采用的有源层和纳米结构的材料。如果相位调制器100采用具有随电信号变化的光学特性的材料，则信号输入器200可被配置为将电信号(例如电压)施加到相位调制器100。入射光Li可以通过适当地控制用于调制相位调制器100的多个通道CH_1至CH_N中的每一个中的相位的规则性而以各种形式输出为调制光Lm。相位调制器100可以相对于入射光Li执行例如光束转向、聚焦、散焦、光束整形、光束分割等。
二进制设置器400可以设置要由通道CH_1至CH_N中的每一个调制的相位，以实现相位调制器100的目标性能。为此，可以使用两个相位值
Figure BDA00014012914800000629
和
Figure BDA00014012914800000617
来调节将相位值
Figure BDA00014012914800000618
和
Figure BDA00014012914800000619
分配给每个通道CH_1至CH_N的规则，因此二进制设置器400可以设置二进制相位分布以实现目标光学性能。例如，可以使用下述的方法：准周期性地将两个相位值
Figure BDA00014012914800000620
布置与多个通道CH_1至CH_N的数量一样多的次数，并以其中多个通道CH_1至CH_N被布置的顺序分配两个相位值
Figure BDA00014012914800000621
和
Figure BDA00014012914800000622
为此，当以预定周期重复两个相位值
Figure BDA00014012914800000623
和
Figure BDA00014012914800000624
时，准周期性布置可以包括以下布置：其中第一周期、第二周期、...和第k周期相同的情况；其中一些是相同的，而其他的不一样的情况；以及所有这些都不同的情况。
在一个示例实施例中，可以通过使用根据仅使用两个相位值
Figure BDA00014012914800000630
和
Figure BDA00014012914800000631
的二进制相位分布的驱动来简化相位调制器100和信号输入器200的配置。可以将两个相位值
Figure BDA00014012914800000625
和
Figure BDA00014012914800000626
确定为由通道CH_1至CH_N中的每一个容易地实现的数值，例如小于相位限制值的数值。
与使用相位调制器100的每个通道实现的相位值的作为从0°到360°的各种数值设置的驱动相比，仅使用两个相位值
Figure BDA00014012914800000627
和
Figure BDA00014012914800000628
的驱动可以减小指示期望的光学性能的强度。然而，在实际的通道驱动中，尽管输入信号的强度增加，但由于相位限制，相位调制值可能不再增加，因此可以执行校正通道的目标相位的处理。在本示例实施例中，可以使用可由通道CH_1至CH_N中的每一个指示的可用相位值中的两个相位值，并且可以根据两个相位值的布置规则来调整光学性能，这使得能够驱动而不需要单独的相位校正。
将参照图4到7更详细地描述设置二进制相位分布的方法。
控制器300可以根据由二进制设置器400设置的二进制相位分布来控制信号输入器200，使得通道CH_1至CH_N被独立地控制。
参考图2和图3，现在将描述可以在图1的相位调制有源设备1000中采用的相位调制器101和102的详细配置。
参见图2，相位调制器101可以包括：有源层20；其中排列有导电纳米结构52的纳米阵列层50以及用于向有源层20施加信号的电极层10。有源层20可以包括具有随信号应用而变化的光学特性的材料。有源层20可以包括例如具有随电场而变化的介电常数的材料。纳米阵列层50可以包括多个纳米结构52。在附图中，示出了形成一个通道的一个纳米结构52。绝缘层30还可以设置在纳米阵列层50和有源层20之间。
纳米结构52可以具有子波长的尺寸的形状。为此，子波长意味着小于相位调制器101的操作频率的尺寸，即要调制的入射光Li的尺寸。纳米结构52的形状的一个尺寸，例如厚度、宽度和长度的任何一种或任何组合，可以具有子波长的尺寸。
在纳米结构52中采用的导电材料可以包括可能发生表面等离子体激发的高导电性金属材料。例如，可以采用选自Cu、Al、Ni、Fe、Co、Zn、Ti、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、白金(Pt)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)和金(Au)的至少一种或者也可以采用包含它们任何一种或任意组合的合金。可以使用具有优异导电性的二维(2D)材料，例如石墨烯或导电氧化物。
有源层20可以包括具有随外部信号变化的光学特性的材料。外部信号可以是电信号。有源层20可以包括透明导电氧化物(TCO)，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)、镓锌氧化物(GZO)等。在有源层20中也可以包括诸如TiN、ZrN、HfN或TaN的过渡金属氮化物。具有随着电信号的施加而变化的有效介电常数的电光材料，即LiNbO 3、LiTaO3、KTN(铌酸钾)、PZT(锆钛酸铅)等也可以使用。可以使用具有电光特性的各种聚合物材料。
电极层10可以包括具有导电性的各种材料。电极层10可以包括选自Cu、Al、Ni、Fe、Co、Zn、Ti、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、白金(Pt)、锇(Os)、铱(Ir)和金(Au)中的至少任意一个。如果电极层10包括金属材料，则电极层10可以用作用于反射光以及施加电压的反射层。电极层10可以包括TCO，例如ITO、IZO、AZO、GZO等。
纳米结构52可以使用在金属材料和介电材料之间的边界中发生的表面等离子体谐振来调制具有波长的光的相位。输出相位值可以与纳米结构52的详细形状相关。输出相位值可以通过由电压源70施加在纳米结构52和电极层10之间的电压而改变有源层20的光学特性来调节。
参考图3，相位调制器102可以包括有源层22、其中阵列布置有电介质纳米结构62的纳米阵列层60以及用于向有源层22施加信号的电极层10。有源层22可以包括具有随着信号施加而变化的光学特性的材料，例如具有随电场变化的介电常数的材料。纳米阵列层60可以包括多个纳米结构62，并且在附图中示出了形成一个通道的一个纳米结构62。导电层40还可以设置在纳米阵列层60和有源层22之间。
有源层22可以包括具有随着施加电信号而改变的有效介电常数而变化的折射率的电光材料。作为电光材料，可以使用LiNbO 3、LiTaO 3、KTN(铌酸钾)、PZT(锆钛酸铅)等。也可以使用具有电光特性的各种聚合物材料。
电极层10可以包括具有导电性的各种材料。电极层10可以包括从Cu、Al、Ni、Fe、Co、Zn、Ti、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、白金(Pt)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)和金(Au)选择的至少一个。如果电极层10包括金属材料，则电极层10可以用作用于反射光以及施加电压的反射层。电极层10可以包括TCO，例如ITO、IZO、AZO、GZO等。
纳米结构62可以具有尺寸为子波长的形状。纳米结构62可以包括通过使用由位移电流引起的三重谐振来调制具有波长的光的相位的电介质材料。为此，纳米结构62可以包括折射率高于有源层22的折射率的电介质材料，例如，折射率高于其中有源层22的折射率通过施加电压而改变的范围中的最高值的材料。由纳米结构62输出的相位值可以与纳米结构62的详细结构相关。来自纳米结构62的输出相位值可以通过由于一电压而导致的有源层10的光学特性的变化来调节，该电压通过电压源70施加在导电层40和电极层10之间。
图2和图3分别示出了相位调制器101和102中的示例配置。图1的相位调制有源设备1000的相位调制器100不限于示例配置。可以在相位调制有源设备1000中采用示例配置的修改。
图4是用于示意性地描述根据示例实施例的驱动相位调制有源设备的方法的流程图。图5是示出通过使用图4的驱动相位调制有源设备的方法设置的二进制相位分布的示例的图。
参考图4，可以选择在相位调制有源设备中包括的多个通道中用作相位值的两个相位值
Figure BDA00014012914800000931
和
Figure BDA00014012914800000932
(操作S100)。两个相位值
Figure BDA00014012914800000933
和
Figure BDA00014012914800000934
可以是可以由包括在相位调制有源设备中的每个通道实现的相位值，并且可以使用从0到2π的值。考虑到可能存在相位限制，可以选择两个相位值
Figure BDA00014012914800000935
和
Figure BDA00014012914800000936
作为小于每个通道的相位限制值的数值。在两个相位值
Figure BDA00014012914800000937
和
Figure BDA00014012914800000938
之间的差
Figure BDA00014012914800000939
可以是π。例如，可以选择
Figure BDA00014012914800000940
和
Figure BDA00014012914800000958
作为两个相位值
Figure BDA00014012914800000942
和
Figure BDA00014012914800000943
两个相位值
Figure BDA00014012914800000944
和
Figure BDA00014012914800000945
可以是0和π。
为了设置二进制相位分布，所选择的两个相位值
Figure BDA00014012914800000946
和
Figure BDA00014012914800000947
可以被准周期性地布置与相位调制有源设备的通道数量一样多的次数，并且可以按照其中布置多个通道的顺序分配所选择的两个相位值
Figure BDA00014012914800000948
和
Figure BDA00014012914800000949
(操作S200)。为此，准周期性布置可能意味着并不是两个相位值
Figure BDA00014012914800000950
和
Figure BDA00014012914800000951
重复的所有周期都相同。
根据设定的二进制相位分布驱动相位调制有源设备(操作S300)。
参考图5的二进制相位分布，可以重复相对于与相位调制有源设备中包括的多个通道相邻的一个或多个通道设置相位值
Figure BDA00014012914800000952
并相对于下一个相邻的一个或多个通道设置相位值
Figure BDA00014012914800000953
的处理，并且因此可以设定两个相位值
Figure BDA00014012914800000954
和
Figure BDA00014012914800000955
的排列式样重复的周期(Tk)(k＝1,2，...)。期望的光学性能可以根据周期(Tk)的平均值<Tk>进行调整。
其中重复两个相位值
Figure BDA00014012914800000956
和
Figure BDA00014012914800000957
的布置式样的每个周期(Tk)的数值可以具有诸如通道尺寸d的整数倍的离散值，而周期(Tk)的平均值<Tk>可以具有各种并且连续的值。因此，可以通过对于每个周期序列的周期(Tk)的不同调整值的组来容易地调整期望的光学性能，而不是将周期(Tk)设置为相同的值，即通过使用调整平均值<Tk>的方法。
现在将描述相位调制有源设备以这种方式实现光束转向角θ的方法。
当多个相邻通道指示线性增加相位时，可以实现光束转向角θ。当
Figure BDA00014012914800000959
表示相邻通道之间的相位差，d表示通道宽度时，波长λ的光可以在下面定义的角度θ的方向上转向。
[等式1]
Figure BDA0001401291480000091
在仅使用两个相位值
Figure BDA00014012914800001021
和
Figure BDA00014012914800001022
的本示例实施例中，上述等式1可以表示如下，其中
Figure BDA00014012914800001034
表示两个相位值
Figure BDA00014012914800001023
和
Figure BDA00014012914800001024
之间的差，例如π，并且2d表示重复两个相位值
Figure BDA00014012914800001025
和
Figure BDA00014012914800001026
的布置式样的周期(Tk)的平均值<Tk>。
[等式2]
Figure BDA0001401291480000101
当根据上述等式2调整转向角θ时，可以使用在仅使用两个相位值
Figure BDA00014012914800001027
和
Figure BDA00014012914800001028
而调整具有连续值的<Tk>的方法，因此可以以各种方式表示转向角θ。根据上述方法，可以容易地实现所需角度范围的扫描。
图6是用于描述在图4的流程图中设置二进制相位分布的详细示例的流程图。图7是将全相位分布校正到根据图6的流程图设置的二进制相位分布的示例的图。
为了设置二进制相位分布，可以设置全相位分布(操作S220)。全相位分布是完全使用0到2π的相位值范围的相位分布，以实现目标光学性能。
包括在全相位分布中的相位值可以被校正为确定的两个相位值
Figure BDA00014012914800001029
和
Figure BDA00014012914800001030
之一(操作S250)。例如，在全相位分布中出现的相位值
Figure BDA00014012914800001031
满足诸如
Figure BDA00014012914800001035
Figure BDA00014012914800001036
的第一连续范围的情况下，可以将包含在全相位分布中的相位值校正为相位值
Figure BDA00014012914800001032
并且在其他情况下，可以将相位值校正为相位值
Figure BDA00014012914800001033
图7示出了全相位分布被校正为二进制相位分布的示例。在该图中，其中规定A为π/2、B为3π/2、
Figure BDA00014012914800001018
为0、
Figure BDA00014012914800001019
为π的规则用于校正全相位分布作为二进制相位分布。也就是说，当全相位分布中包括的相位值为
Figure BDA00014012914800001020
Figure BDA00014012914800001037
时，相位值可以被校正为π，并且可以将其他相位值校正为0。
该规则就是一个例子。为了调整周期(Tk)的平均值<Tk>，可以应用其他修改的规则。
图8是根据示例实施例的根据多个全相位分布实现的多个转向角θ的示例的分布图。
可以使用多个全相位分布来实现多个转向角θ。该图示出了根据每个全相位分布在设计的转向角处出现光强度的峰值。
图9是根据示例实施例的通过使用驱动相位调制有源设备的方法设置多个二进制相位分布而实现的多个转向角的示例的分布图。
在图中，与图8不同，其中使用全相位分布，当应用一个二进制相位分布时，光强度的峰值具有大约为全相位分布的峰值的一半的值，出现在两个位置，因为使用两个相位值的二进制相位分布具有对称的形状。也就是说，当二进制相位分布被设计为指示转向角θ时，入射光可以在θ和-θ的两个位置处被转向，因此光强度可以减半。
当使用二进制相位分布时，尽管光强度可能减小，但是与形成每个通道时相比，可以减小通道的尺寸并且可以简化驱动方法，以实现具有0°至2π的范围的相位变化。当扫描预定的扫描区域时，可以利用在两个位置处出现光束峰值的特性来增加扫描速度。
通过使用执行光束转向功能的二进制相位分布来描述上述驱动相位调制有源设备的方法，但本发明构思不限于此。可以通过适当地设定两个相位值的布置图案来实现各种光学性能。例如，相位调制有源设备1000可以作为分束入射到各个方向的光束分离器，作为进行光束整形的光束整形器，或作为在期望方向上转向光的光束转向设备。相位调制有源设备1000可以用于使用分束器、光束整形器、光束转向设备等的各种光学系统中。相位调制有源设备1000还可以主动地调节性能，例如转向方向调整，因此相位调制有源设备1000可执行诸如光束扫描的功能。相位调制有源设备1000可以被应用为能够聚焦或散焦的折射光学透镜，并且可以应用于使用这种光学透镜的各种光学系统。相位调制有源设备1000还可以主动地调节性能，因此相位调制有源设备1000可以执行诸如可变聚焦的功能。
图10是根据示例实施例的激光雷达设备2000的示意性构造的框图。
激光雷达设备2000可以包括照射光的光源1200、将从光源1200照射的光转向物体OBJ的相位调制有源设备1000以及感测从物体OBJ反射的光的传感器1400。
光源1200可以照射光以用于分析物体OBJ的位置和形状。光源1200可以包括产生和照射具有波长的光的光源。光源1200可以包括诸如激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、超发光二极管(SLD)等的光源，其产生和照射具有适于物体OBJ的位置和形状的分析的波长带，例如具有红外波长的光。光源1200可以产生并照射多个不同波长带中的光。光源1200可产生并照射脉冲光或连续光。
相位调制有源设备1000可以包括相位调制器100，该相位调制器100包括：独立地调制入射光的相位的多个通道CH_1至CH_N；信号输入器200，将用于相位调制的输入信号施加到多个通道CH_1至CH_N的每一个；二进制设置器400，其设置通过使用两个相位值配置的二进制相位分布；以及控制器300，根据二进制相位分布来控制信号输入器200。相位调制器100可以具有上述相位调制器101和102的配置。
在光源1200和相位调制有源设备1000之间和/或相位调制有源设备1000与物体OBJ之间，可以进一步设置其他光学部件，例如用于调节从光源1200照射的光的路径、分解照射光的波长或进行附加调制的部件。
二进制设置器400可以设置使用两个相位值的二进制相位分布，使得相位调制有源设备1000执行光束转向功能。二进制设置器400可以设置分别实现多个转向角的多个二进制相位分布，使得相位调制有源设备1000扫描对象OBJ。可以确定多个转向角以覆盖θT1至θT2的范围。如上述等式2所述，二进制设置器400可以通过将<Tk>调整为具有连续值来设置转向角，从而在扫描操作期间实现期望的角度。
控制器300可以根据由二进制设定器400设置的二进制相位分布来控制信号输入器200向多个通道CH_1至CH_N施加适当的输入信号。也就是说，控制器300可以根据设定的二进制相位分布按时间顺序地控制信号输入器200。
当相位调制有源设备1000扫描转向角的θT1至θT2的范围时，由传感器1400感测的光信号可用于分析物体OBJ是否存在、物体OBJ的位置、形状等
传感器1400可以包括用于光学检测的多个传感器的阵列，其感测从物体OBJ反射的光。传感器1400还可以包括能够感测具有不同波长的光的传感器阵列。
激光雷达设备2000还可以包括信号处理器1600。信号处理器1600可以执行预定的操作(例如，从由传感器1400检测的光信号中测量飞行时间的操作)，并执行基于该操作的三维(3D)形状识别。信号处理器1600可以使用各种操作方法。例如，信号处理器1600可以使用直接时间测量，其中当脉冲光照射到对象OBJ时，通过使用定时器来测量光从对象OBJ反射之后到达的时间，并且因此基于测量时间计算距离。可以使用相关方法，其中当脉冲光照射到对象OBJ时，基于从对象OBJ反射的光的亮度的测量来计算距离。可以使用相位延迟测量，其中当向对象OBJ照射具有诸如正弦波的连续波的光时，感测从对象OBJ反射的光的相位差，因此将相位差转换为一距离。信号处理器1600可以包括其中存储用于操作的程序和其他数据的存储器。
信号处理器1600可将操作结果，即关于对象OBJ的形状和位置的信息，传送到另一单元。例如，信息可以被传送到使用激光雷达设备2000的自行驱动设备的驱动控制器或报警系统等。
激光雷达设备2000可以用作用于实时获得关于前方物体的3D信息的传感器，因此可以适用于自驾驾驶设备，例如无人驾驶车辆、自驱动车辆、机器人、无人机等
激光雷达设备2000也可以应用于黑匣子等以及自驱动设备，以便在用图像传感器难以识别物体时识别夜间的前后障碍物。
图11是示出在图10的激光雷达设备中扫描预定角度范围的示例的光束分布的图。
图11的两条亮线可以是扫描线。这可以是如上参考图9所描述的结果，通过使用设计转向角θ的二进制相位分布来在-θ方向上转向光束。这样，当物体OBJ沿着一条扫描线被扫描时，可以形成两条扫描线，这可以有利地减少扫描物体OBJ所需的总时间。
根据上述驱动相位调制有源设备的方法，可以设定仅使用两个相位值的二进制相位分布，并且可以根据二进制相位分布来驱动相位调制有源设备。因此，可能不需要增加用于大相位变化的设备区域或高精度的驱动信号，并且可以克服相位限制。
上述相位调制有源设备可以根据二进制相位分布的相位值的布置来主动地控制光调制性能，并实现良好的光调制性能，因此相位调制有源设备可以适用于各种光学设备。
此外，示例实施例还可以通过介质(例如计算机可读介质上的)计算机可读代码和/或指令来实现，以控制至少一个处理元件来实现任何上述示例性实施例。介质可以对应于可以用作存储器和/或执行计算机可读代码的传输的任何介质或媒介。
计算机可读代码可以以各种方式在介质上记录和/或传送，并且介质的示例包括记录介质，例如磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等))和光学记录介质(例如，光盘只读存储器(CD-ROM)或数字通用盘(DVD))以及诸如因特网传输介质的传输介质。因此，介质可以具有适于存储或携带信号或信息的结构，例如根据示例实施例的携带比特流的设备。介质也可以在分布式网络上，使得计算机可读代码在介质上被存储和/或传送并以分布式方式执行。此外，处理元件可以包括处理器或计算机处理器，并且处理元件可以被分布和/或包括在单个设备中。
可以理解，本文描述的示例性实施例可以仅在描述性意义上被考虑，而不是为了限制的目的。在其他示例性实施例中，每个示例性实施例中的特征或方面的描述可以被认为可用于其他类似特征或方面。
虽然已经参考附图描述了示例性实施例，但是本领域普通技术人员将会理解，在不脱离以下所定义的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (18)

1.一种驱动相位调制有源设备的方法，相位调制有源设备包括独立地调制入射光的相位的通道，所述方法包括：
选择要用于通道的第一相位值和第二相位值；
通过以其中布置通道的顺序将所选择的第一相位值和所选择的第二相位值以不规则周期分配给所述通道的每一个，来设置二进制相位分布；和
基于设置的二进制相位分布来驱动相位调制有源设备；
其中所述二进制相位分布的设置包括：
重复将所选择的第一相位值分配给通道中的一个或多个第一相邻通道以及将所选择的第二相位值分配给通道中的一个或多个第二相邻通道的过程；以及
其中该方法还包括基于重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位值的布置图案的周期的平均值来调整相位调制有源设备的光学性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述二进制相位分布的设置还包括设置二进制相位分布，使得相位调制有源设备基于等式
Figure FDA0003430791320000011
将入射光转向θ，
其中λ表示入射光的波长，Tk表示其中重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位的布置图案的第k个周期，并且<Tk>表示周期的平均值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所选择的第一相位值和所选择的第二相位值之间的差为π。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述二进制相位分布的设置包括：
设置相位值范围从0到2π的全相位分布，以实现相位调制有源设备的光学性能；和
将包括在全相位分布中的相位值校正为所选择的第一相位值或所选择的第二相位值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述相位值的校正包括：
响应于相位值处于第一范围，将相位值校正为所选择的第一相位值；和
响应于相位值在第一范围之外，将相位值校正为所选择的第二相位值。
6.一种相位调制有源设备，包括：
相位调制器，其包括被配置为独立地调制入射光的相位的通道；
信号输入器，被配置为向每个通道施加用于相位调制的输入信号；
二进制设置器，被配置为：
选择要用于通道的第一相位值和第二相位值；和
通过以其中布置通道的顺序将所选择的第一相位值和所选择的第二相位值以不规则周期分配给每个通道来设置二进制相位分布；和
控制器，被配置为基于所设置的二进制相位分布来控制所述信号输入器；
其中所述二进制设置器还被配置为：
重复将所选择的第一相位值分配给通道中的一个或多个第一相邻通道并且将所选择的第二相位值分配给通道中的一个或多个第二相邻通道的过程；和
基于其中重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位值的布置图案的周期的平均值来调整相位调制有源设备的光学性能。
7.根据权利要求6所述的相位调制有源设备，其中所述二进制设置器还被配置为设置二进制相位分布，使得相位调制有源设备基于等式
Figure FDA0003430791320000021
将入射光转向θ，
其中λ表示入射光的波长，Tk表示其中重复所选择的第一相位值和所选择的第二相位的布置图案的第k个周期，并且<Tk>表示周期的平均值。
8.根据权利要求6所述的相位调制有源设备，其中所述二进制设置器还被配置为：
设置相位值范围从0到2π的全相位分布，以实现相位调制有源设备的光学性能；和
将包括在全相位分布中的相位值校正为所选择的第一相位值或所选择的第二相位值。
9.根据权利要求8所述的相位调制有源设备，其中所述二进制设置器还被配置为：
响应于相位值处于第一范围，将相位值校正为所选择的第一相位值；和
响应于相位值在第一范围之外，将相位值校正为所选择的第二相位值。
10.根据权利要求9所述的相位调制有源设备，其中所选择的第一相位值和所选择的第二相位值之间的差为π，以及
第一范围为π/2～3π/2。
11.根据权利要求6所述的相位调制有源设备，其中所述相位调制器包括：
有源层，具有基于电信号变化的光学特性；
纳米阵列层，与有源层相邻并且包括纳米结构；和
电极层，被配置为将电信号施加到有源层。
12.根据权利要求11所述的相位调制有源设备，其中每个所述纳米结构具有尺寸小于入射光的波长的形状。
13.根据权利要求11所述的相位调制有源设备，其中所述纳米结构包括金属材料。
14.根据权利要求13所述的相位调制有源设备，其中所述信号输入器还被配置为在每一个所述纳米结构和所述电极层之间施加电压。
15.根据权利要求11所述的相位调制有源设备，其中所述纳米结构包括电介质材料。
16.根据权利要求15所述的相位调制有源设备，还包括介于所述纳米阵列层和所述有源层之间的导电层，
其中所述信号输入器还被配置为在所述导电层和所述电极层之间施加电压。
17.一种激光雷达装置，包括：
被配置为发光的光源；
相位调制有源设备，被配置为将发射的光转向物体，并且包括：
相位调制器，其包括被配置为独立地调制入射光的相位的通道；
信号输入器，被配置为向每个通道施加用于相位调制的输入信号；
二进制设置器，被配置为：
选择要用于通道的第一相位值和第二相位值；和
通过以其中布置通道的顺序将所选择的第一相位值和所选择的第二相位值以不规则周期分配给每个通道来设置二进制相位分布；和
控制器，其被配置为基于所设置的二进制相位分布来控制所述信号输入器；和
传感器，被配置为接收被转向物体并从物体反射的光。
18.根据权利要求17所述的激光雷达装置，其中所述二进制设置器还被配置为设置分别实现转向角的二进制相位分布，使得相位调制有源设备被配置为扫描所述物体，以及
控制器还被配置为基于所设置的二进制相位分布来按照时间顺序控制信号输入器。
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