CN107966691A - 一种光学相控阵发射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成光学相控阵发射装置，包括：至少一个单片集成光学相控阵发射芯片；至少一个初始相位反馈电路，用于监测并反馈所述单片集成光学相控阵发射芯片的各相邻发射单元的初始相位差；至少一个初始相位控制电路，通过所述初始相位反馈电路反馈信号，对所述单片集成光学相控阵发射芯片各相邻发射单元初始相位进行控制；以及，至少一个相控阵发射方向扫描控制电路。本发明提供的集成光学相控阵发射装置安全、可靠、高度集成且高速。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学相控阵发射装置，尤其涉及一种面向激光雷达系统的采用单片集成光学相控阵发射芯片的光学相控阵发射装置。
背景技术
由于激光雷达(LIDAR)在遥感及无人驾驶领域具有广阔的应用前景，近些年激光雷达市场的蓬勃发展成为新型激光雷达研究及产品化的推动力。实现激光雷达的关键点在于激光辐射单元的设计和波束扫描控制。由于光学相控阵(OPA)具有无惯性、高灵敏度、扫描速度快等特点，其已成为下一代激光雷达的核心技术。
单片集成光学相控阵芯片已经成为未来激光雷达的核心组件，以提供比传统方案更高的扫描速度、更高的帧率、更高的像素和角度分辨率。但是，单片集成光学相控阵芯片集成基础还处在研发阶段，其中还有很多问题尚待解决，比如相控阵芯片的阵列波导的初始相位误差，是亟待解决的问题。
由于受到工艺误差的影响，阵列波导之间的宽度、粗糙度、高度都会有或大或小的差别，这些差别累计起来，会导致阵列波导之间的初始相位不一致。所以要获得良好的光学相控阵发射波形，需要准确知道各阵列波导之间的初始相位差。目前需要一种能够解决此问题的方案。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
为解决光学相控阵芯片在应用系统中所面临的初始相位监测、反馈、控制等技术问题，本发明提供一种集成光学相控阵发射装置，包括：至少一个单片集成光学相控阵发射芯片；至少一个初始相位反馈电路，用于监测并反馈所述单片集成光学相控阵发射芯片的各相邻发射单元的初始相位差；至少一个初始相位控制电路，通过所述初始相位反馈电路反馈信号，对所述单片集成光学相控阵发射芯片各相邻发射单元初始相位进行控制；以及至少一个相控阵发射方向扫描控制电路。
优选地，所述单片集成光学相控阵发射芯片，包括：至少一个输入光波导耦合器；一个1xN光分路结构，其将输入光波导的光信号等分成N个分支；一个N单元阵列波导结构，其中每个波导结构的输入部分分别连接至1xN光分路结构的N个输出分支，并且每个波导结构包含一个相位控制器；N-1个集成波导探测器结构，分别置于N个波导之间的空隙部分；N个输出光波导耦合器，用作发射天线；以及2(N-1)个定向耦合器结构，用于将两两相邻的波导中的部分光信号耦合至集成波导探测器。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其所用衬底包含硅衬底、SOI衬底，波导材料包含硅材料。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其所用衬底包含磷化铟衬底，波导材料包含铟镓砷磷、铝镓铟砷等四元材料。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其中所述1xN光分路结构的各个分支等相位。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其中所述N单元阵列波导结构具有相同的物理长度、波导宽度和材料。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其中所述波导为单模波导。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其中所述集成波导探测器为锗硅波导探测器。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其中所述集成波导探测器为铟镓砷波导探测器。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其中所述2(N-1)个定向耦合器的耦合效率为1％～10％。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片，其中相邻两个波导、以及两个波导之间的定向耦合器、波导探测器构成一个马赫-曾德干涉仪，通过马赫-曾德干涉仪的干涉效应与相位之间的关系推断相邻两个波导之间的初始相位差。
本发明提供了一种安全、可靠、高度集成、高速的集成光学相控阵发射装置，可以在片检测初始相位误差、实时反馈控制电路对初始相位误差进行补偿、发出补偿控制信号给单片集成光学相控阵芯片，同时再由相控阵发射方向扫描控制电路控制所述单片集成光学相控阵芯片进行发射信号方向的高速扫描。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明实施例的集成光学相控阵发射装置示意图；
图2是本发明实施例的单片集成光学相控阵发射芯片。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例进行说明。
图1提供了本发明的一种激光雷达测距装置实施例，该装置包括至少一个单片集成光学相控阵发射芯片101；至少要一个初始相位反馈电路102，用于监测并反馈所述单片集成光学相控阵发射芯片的各相邻发射单元的初始相位差；至少一个初始相位控制电路103，通过所述初始相位反馈电路反馈信号，对所述单片集成光学相控阵发射芯片各相邻发射单元初始相位进行控制；以及，至少一个相控阵发射方向扫描控制电路104。
优选地，如图2所示，提供了一种单片集成光学相控阵发射芯片101实施例，该芯片包括，至少一个输入光波导耦合器201；一个1xN光分路结构202，其将输入光波导的光信号等分成N个分支；一个N单元阵列波导结构203，其中每个波导结构的输入部分分别连接至1xN光分路结构的N个输出分支，并且每个波导结构包含一个相位控制器210；N-1个集成波导探测器结构204，分别置于N个波导之间的空隙部分；N个输出光波导耦合器206，用作发射天线；以及2(N-1)个定向耦合器结构205，用于将两两相邻的波导中的部分光信号耦合至集成波导探测器。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片101，其所用衬底包为SOI衬底，波导材料为硅材料；
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片101，其中所述1xN光分路结构202的各个分支等相位；
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片101，其中所述N单元阵列波导结构203具有相同的物理长度、波导宽度和材料；
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片101，其中所述波导为单模波导；
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片101，其中所述集成波导探测器为锗硅波导探测器；
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片101，其中所述2(N-1)个定向耦合器205的耦合效率为2％。
优选地，对于所述单片集成光学相控阵发射芯片101，其中相邻两个波导、以及两个波导之间的定向耦合器、波导探测器构成一个马赫-曾德干涉仪，通过马赫-曾德干涉仪的干涉效应与相位之间的关系推断相邻两个波导之间的初始相位差。
Claims (10)
1.一种集成光学相控阵发射装置，包括：
至少一个单片集成光学相控阵发射芯片；
至少一个初始相位反馈电路，用于监测并反馈所述单片集成光学相控阵发射芯片的各相邻发射单元的初始相位差；
至少一个初始相位控制电路，通过所述初始相位反馈电路反馈信号，对所述单片集成光学相控阵发射芯片各相邻发射单元初始相位进行控制；以及
至少一个相控阵发射方向扫描控制电路。
2.根据权利要求1所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片包括：
至少一个输入光波导耦合器；
一个1xN光分路结构，其将输入光波导的光信号等分成N个分支；
一个N单元阵列波导结构，其中每个波导结构的输入部分分别连接至1xN光分路结构的N个输出分支，并且每个波导结构包含一个相位控制器；
N-1个集成波导探测器结构，分别置于N个波导之间的空隙部分；
N个输出光波导耦合器，用作发射天线；以及
2(N-1)个定向耦合器结构，用于将两两相邻的波导中的部分光信号耦合至集成波导探测器。
3.根据权利要求1所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片所用衬底包含硅衬底、SOI衬底，波导材料包含硅材料。
4.根据权利要求1所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片所用衬底包含磷化铟衬底，波导材料包含铟镓砷磷、铝镓铟砷等四元材料。
5.根据权利要求2所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片中所述1xN光分路结构的各个分支等相位。
6.根据权利要求2所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片中所述N单元阵列波导为单模波导，且其结构具有相同的物理长度、波导宽度和材料。
7.根据权利要求2或3中所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片中所述集成波导探测器为锗硅波导探测器。
8.根据权利要求2或4中所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片中所述集成波导探测器为铟镓砷波导探测器。
9.根据权利要求2中所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片中所述2(N-1)个定向耦合器的耦合效率为1％～10％。
10.根据权利要求2中所述的集成光学相控阵发射装置，其特征在于，所述单片集成光学相控阵发射芯片中相邻两个波导、以及两个波导之间的定向耦合器、波导探测器构成一个马赫-曾德干涉仪，通过该马赫-曾德干涉仪的干涉效应与相位之间的关系推断相邻两个波导之间的初始相位差。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |