CN109683355A - 光学设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学设备，包括：控制系统、光学系统；控制系统通过电信号调节光学系统中介质的折射率，使得入射光在介质中传播一段距离后，以与所述电信号相应的出射参数从介质中出射。所述路径参数是描述从介质中出射的出射光的传播路径的参数。本发明通过器件介质折射率的调节，能够对光线通过介质后的出射角度以及出射位置等参数的调制。
Description
技术领域
本发明涉及光调制领域，具体地，涉及光学设备。
背景技术
电光调制器的基础是电光效应。根据电光晶体的折射率变化量和外加电场强度的关系，电光效应可分为线性电光效应(泡克耳斯效应)和二次电光效应(克尔效应)。因为线性电光效应比二次电光效应的作用效果明显，因此实际中多用线性电光调制器对光波进行调制。线性电光调制器可分为纵向的和横向的。在纵向的调制器中，电场平行于光的传播方向，而横向调制器的电场则垂直于光传播的方向。
现有技术中通常利用电光效应，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制，而未见有对光线的出射角度以及出射位置等参数的调制。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种光学设备。
根据本发明提供的一种光学设备，包括：控制系统、光学系统；
控制系统通过电信号调节光学系统中介质的折射率，使得入射光在介质中传播一段距离后，以与所述电信号相应的出射参数从介质中出射。
优选地，所述出射参数包括路径参数，其中，所述路径参数是描述从介质中出射的出射光的传播路径的参数。
优选地，所述路径参数包括如下任一种或任多种参数：
出射位置；
出射角度。
优选地，所述光学系统包括：光调制器；
光调制器包括：
第一表面，其中，所述第一表面为接收入射光的表面
第二表面，其中，所述第二表面为与第一表面配合的表面，所述电信号施加在第一表面与第二表面上。
优选地，所述光调制器还包括：
第三表面，其中，所述第三表面为出射出射光的表面；第三表面与第一表面不平行；第三表面与第二表面为不同的表面或者为同一个表面。
优选地，所述光调制器包含液晶波导，波导表面为基板，中间介质为液晶。
优选地，所述液晶模式采用ECB、VA中的任一种；液晶采用相列相、近晶相、胆甾相中的任一种。
优选地，光调制器至少部分表面的部分区域涂有反射膜，使光线在此部分成镜面反射。
优选地，光线在调制器内传播，不同电信号情况下入射光对应介质的等效折射率不同，导致相同入射光对不同折射率对应的出射参数不同。
优选地，光调制器含多层结构，不同层之间由转向器连接，不同层之间电压均相同、仅部分相同或者均不相同。
优选地，包括多个光调制器；其中，所述多个光调制器以及光调制器之间的光耦合器件构成级联系统。
优选地，所述光学系统包括：一个或多个光源；
光源产生的入射光直接进入光调制器，或者通过耦合器件将入射光耦合入光调制器。
优选地，光源为激光。
优选地，光源为半导体激光器LD、垂直腔面激光器VCSEL、固体激光器、气体激光器、LED中的任一种或任多种。
优选地，光线入射光调制器时成布鲁斯特角。
优选地，将入射光以大于全反射角的角度导入波导，光线在从波导出射之前，在波导内做全反射。
优选地，入射光的输入端和/或出射光的出射端为光调制器表面未涂敷反射层的部分。
优选地，所述入射光为线偏振光。
优选地，所述入射光的偏振方向与所述光调制器的至少一个表面平行。
优选地，所述光学设备中的波导包括耦合器件；其中，所述耦合器件的折射率与光调制器表面材料折射率匹配，其中，所述匹配是指接近或一致，其中，所述接近是指折射率偏差小于一定范围。
优选地，所述光学设备中包括耦合器件；其中，所述耦合器件为棱镜或者光栅。
优选地，所述光学设备中包括耦合器件；其中，所述耦合器件级联使用，包含将前一光调制器的出射光的偏振方向旋转的功能。
优选地，所述转向器，将多层结构光调制器中下一层输出的光线导入上一层。
优选地，包括输出端；其中，所述输出端包含光学器件改变出射光线参数。
优选地，所述光调制器包含光换向器，将出射光角度调制为根据光调制器折射率联系变化的关系。
优选地，所述多个光源产生的多个入射光形成多个出射光同时出射。
优选地，控制系统对光学系统施加的电信号随时间变化，使得与所述电信号相应的出射参数随时间变化。
优选地，所述电信号对光调制器两端在不同时间上施加相反的电压差，其中所述电压差在设定时间之内和为0。
优选地，控制系统利用同步信号同步光调制器施加的电信号、光源的控制信号，并输出或不输出所述同步信号。
优选地，同步信号计入系统时延。
优选地，所述电信号在光调制器上施加设定的电压和/或电流；和/或
所述电信号在光调制器上施加的电压和/或电流成设定分布。
优选地，控制系统对光调制器两端施加一电信号，并在所述光调制器折射率受所述电信号调制改变介质折射率的过程中，至少一次同步控制光源打开和/或输出同步信号，从而实现一个信号过程中在不同时间点输出对于一个或多个折射率调制出的出射光的功能，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到预设时间；
之后再施加另一电信号使光调制器折射率受所述电信号调制达到新的目标值和/或所述信号达到预设时间，在光调制器折射率再次改变过程中，至少一次同步控制光源打开，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到目标时间。
优选地，控制系统对光调制器两端施加一电信号，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到预设时间，再至少一次同步打开光源和/或输出同步信号；
之后再施加另一电信号使光调制器折射率受所述电信号调制达到新的目标值，在光调制器折射率再次改变过程中，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到目标时间，再至少一次同步打开光源和/或输出同步信号。
优选地，上述施加一电信号在折射率变化过程中一次或多次输出调至光及施加一电信号，待折射率达到目标值后再输出调制光的方法可以混合使用(同一套硬件系统可以在时间上先后使用不同方法输出光)。
优选地，所述目标时间预存在控制系统中，根据预存的信息在预设的时间控制光源打开。
优选地，控制系统根据折射率或光源打开时间信息输出光束角度信息。
优选地，包含接收端；其中，所述接收端接收所述出射光遇到物体后返回的信号。
优选地，所述接收端是APD器件、APD阵列、SPAD器件、CMOS器件、CCD器件中的任一种或任多种装置。
优选地，所述控制系统输出同步信号以同步接收端。
优选地，所述光调制器作为接收端的一部分，接收发射光照射在外界物体后的反射信号，并导入到接收端(例如，在发射光源处同时设置接收器)。
优选地，接收器根据光调制器折射率变化得出反馈信号角度，从而计算位置。
优选地，控制系统根据信号反馈时折射率的变化、TOF、相位法、三角法中的任一种或任多种方法，计算使信号反馈的物体的空间距离和/或角度。
优选地，所述控制系统根据所述距离及接收端检测出和/或控制系统给出的光束角度信息，计算使信号反馈的物体的空间位置。
优选地，所述接收端根据反馈信号计算出扫描范围内空间中物体分布位置信息。
优选地，包含温控器件，控制系统控制温控器件调节温度。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过器件介质折射率的调节，能够对光线通过介质后的出射角度以及出射位置等参数的调制。
本发明能够用于光纤通信的光选择开关，雷达(激光雷达)的光发射/光扫描器件。
本发明通过采用级联系统和/或多层结构，能够实现扩大扫描角度、扩大出射距离、提高精度、实现二维扫描、接收多个光源入射等多个功能的至少其中之一
本发明中的光调制器包含光换向器，将出射光角度调至为根据光调制器折射率联系变化的关系，例如解决从波导光调制器侧面出射的光，由于最后一次从上表面或下表面反射的区别，会使角度出现的跃变。
本发明中的所述目标时间预存在控制系统中，根据预存的信息在预设的时间控制光源打开，例如发射预设强度的脉冲，再例如在折射率改变过程中，预设时间会达到预设折射率，将时间与折射率的关系预存，并根据此关系控制光源在预设时间打开。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为对第一表面、第二表面施加不同的电信号时，出射光不同角度与位置之间的对比示意图。
图2为对第一表面、第二表面未施加电信号或施加不生产电压差的电信号时， ECB模式封装的液晶波导介质等效折射率n1的情况示意图。
图3为对第一表面、第二表面施加生产电压差的电信号时，ECB模式封装的液晶波导介质等效折射率n2的情况示意图。
图4为多个光调制器级联的原理示意图。
图5为多个入射光经光调制器后得到多个出射光的原理示意图。
图6为改变出射光出射位置的原理示意图。
图7为通过输出端进一步改变出射光参数的原理示意图，其中，入射光与出射光在光调制器的不同的表面。
图8为通过输出端进一步改变出射光参数的原理示意图，其中，入射光与出射光在光调制器的同一表面。
图9光调制器采用多层结构的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供一种光学设备，例如激光扫描设备，包含光学系统、控制系统。
下面主要就光学系统部分进行说明。
光学系统包含光源及光调制器。光源使用半导体激光器(例如980nm的LD或VCSEL)。光调制器为一液晶器件，其包含上下两个表面，表面使用ITO玻璃，玻璃内侧表面的配向膜使用摩擦工艺(rubbing)制备有沟槽，两个表面之间的距离设置为一定值(例如1um)；调制器侧面封闭，其中至少一个侧面使用透明材料封闭(可使用折射率与ITO玻璃相同或液晶等效折射率相近的材料)，且所述透明侧面与接收入射光的下表面不平行；调制器中间灌装有ECB模式的液晶材料。
输入端还具有耦合器件(此例中为一折射率与表面ITO玻璃接近或相等的棱镜)。入射光从耦合器件的一端入射，其偏振模式为线偏振，偏振方向与ITO玻璃表面平行。经过光调制器调制后从光调制器透明的那一侧面出射。
为便于制造还可以增加光调制器的尺寸，通过设置入射光线的角度，使入射光线进入光调制器后光线在液晶有效折射率变化范围内在调制器内做全反射，如图2、图3所示。
此外，上述例子中上下两个表面也可设置成不平行(成一定角度，楔形波导)，则光线在上下表面各做一次全反射后光线与上下表面所成夹角将会改变，这样能够增加一个影响出射角度的变量，并可能使出射角度离散化，对于光调制器的设计会带来好处。此外，使用这种楔形波导光调制器，出射光线也可以从上下表面出射，同样可以通过电控调节介质折射率来实现出射角度的控制，而非必须从侧面出射。
上述光学系统中也可以加入多块类似的光调制器，组成级联系统，从而实现扩大扫描角度，提高扫描精度等功能，例如使用一块楔形波导调制器加一块普通光调制器，楔形波导调制器输出的角度范围较大，且为离散角度，即按照与上下表面夹角成一定函数关系的角度阶梯变化，楔形波导作为第一级调制器将输出光导入第二级普通波导调制器，普通波导调制器每次扫描的范围较小，但正好覆盖原先各离散的角度，从而使原先离散的各角度成为连续的扫描角度，而通过入射光的角度变化(第一级波导的输出光)实现较大范围同时精度较高的扫描。
同样还可以通过多块光调制器成不同角度设置从而实现二维扫描，如图4所示，光源输入第一级波导，实现对Y方向扫描的控制，输出的光线通过耦合器件(此处可为一棱镜)导入第二级波导，从而实现对X方向的角度扫描控制，最终通过对第一级调制器的电压V1(控制Y方向)及第二级的电压V2的控制(控制X方向)，光线从第二级波导输出后可以实现二维扫描。此例的光学设置中还可以在第一第二级中间的耦合器件上加入一块旋光片或玻片从而实现将第一级调制器输出的光偏振方向旋转90度的目的，从而使得第一级的出射光能够满足第二级入射的偏振要求。
光源可以是多个激光器，同时入射光调制器，从而实现多点/线束的扫描/二维扫描，如图5所示。
在输出端之后还可以加入透镜、凸面反射镜等系统，从而将出射角度进一步扩大，实现更大的扫描范围(例如360°)，或者也可以将系统安装在旋转底座上，从而实现 360°扫描。
下面主要对控制系统部分进行具体说明。
控制系统主要由FPGA或ASIC芯片及存储芯片组成，控制系统对表面的ITO玻璃施加电压，调制器中液晶材料受电压影响将产生转动，如图1的b、c所示，对于入射的线偏振光来说，其对于液晶分子长轴及短轴的折射率不同，不施加电压时其等效折射率为一个值(例如1.4)，施加足够的电压(例如此处为10V)液晶旋转并稳定后其折射率为另一值(例如1.6)，而在施加电压后液晶转动过程中(例如施加电压起至几百微秒之间的时间段)，有效折射率为连续变化的值，具体的值与液晶分子当时所处的角度相关。对应折射率不同，光线从调制器侧面出射的角度也会不同，此时若事先测量并记录施加特定电压后光线出射角度与时间延迟量的关系并记录，则控制系统可以根据上述数据 (还可计入系统产生的时延)，在对应的时间同步控制光源发射脉冲(例如几个纳秒)，则此时可得到对应角度的输出光束，同时控制系统还可以将上述同步信号输出，用以同步控制系统内其它设备(例如接收系统)。
当液晶材料转动到稳定状态后(对于所施加的电压不会再发生转动)，此时可以撤去所施加的电压(或者施加另一电压)，则液晶分子会转动回未施加电压的状态(或转动到另一状态)，同样的也可以预先测量后续一段时间内光线出射角度与时间的关系，并记录再控制系统中，并同步控制光源发射脉冲。待液晶分子稳定后可再次施加电压，使其转动，如此周而复始，从而实现光束的重复扫描功能
此外在液晶分子转动过程中也可改变电压大小，实现对液晶分子转速的加速或减速的控制，以利于实现折射率随时间的变化成设定规律，从而实现出射角度与时间的线性关系。
上述驱动控制方法也可以做出一些调整，例如每次对光调制器施加不同的电压，使液晶分子转动到稳定位置后再控制光源输出并同步，而不是在液晶分子转动的过程中实现光源同步输出。此时不同折射率及出射角度是通过施加不同的电压对应液晶转动角度不同来实现。
下面主要进一步对级联系统的控制进行说明。
在上述实施例的变形例中，当存在级联的多个光调制器时，控制系统可以用相同的频率或不同的频率，相同电压或不同电压来驱动多个调制器。例如在上述二维扫描的实施例中，可以在50ms时间内对第一级调制器施加不断增加的电压，电压值根据初始设定调制，例如初始为0.5V，0.1ms后液晶转动到稳定位置，并维持0.9ms，第二个电压为0.65V，0.1ms后液晶转动到稳定位置，并维持0.9ms，第三个电压为0.75V，0.1ms 后液晶转动到稳定位置，并维持0.9ms，依次类推，这样在50ms内输出光束以完成对于一个方向50角分辨率的扫描(例如Y方向)。对于第二级调制器(可采用VA模式封装)，先施加10V持续0.9ms的信号(此时间段可以对应第一级液晶转动到位稳定状态的 0.9ms)，在此过程中在每0.9ms中设置1000各节点，每个节点控制激光器发射2ns的脉冲，或者每个节点控制激光器发射多个数ns的脉冲以实现信号编码，并同步接收器件等待接收反馈信号，即每0.9ms完成一次X方向1000角分辨率扫描，然后施加0V持续0.1ms(此时间段可以对应第一级调制器到达的稳定状态所需的0.1ms，此过程中可以使系统不输出和接收，或者也可打开激光器并同步接收)，如此重复50次完成对于角分辨率为1000*50的二维扫描，此后第一级设置为0V，等待0.5ms使调制器回复到不施加电压时的状态(此过程中也可控制第二级及激光器同步扫描及接收)，然后再次进入下一循环(可将压差取反，实现直流平衡)，周而复始执行二维扫描。
上述驱动控制方法还可以采用数字驱动而非模拟驱动的方法，即不是通过电压改变来使液晶材料旋转到特定角度或改变其转动速度，而是施加的电压为定值，但施加信号的频率及占空比根据需求改变。例如施加的信号电压为10V，但并非直流，而是频率为1MHz，占空比为50％的方波，如要改变液晶在此信号下稳定状态的角度或转动过程中的速度，可以通过改变频率或占空比或波形来实现。当然也可以通过使用模拟和数字驱动结合的方法来实现驱动控制
此外，对于一些液晶类设备，驱动信号需要实现直流平衡(DC BALANCE)以避免长久使用后的器件损坏，即上下基板(此例中为上下表面的ITO玻璃)上施加的电压差之和在一定时间内为0。所以对于驱动控制，可以采取前一或前几信号与后一或后几信号电压差相反的方式来实现，例如在第一个0.1ms时间内，控制系统对于调制器上表面的 ITO玻璃施加10V的电压，对于下表面的ITO玻璃施加0V的电压，紧接着的0.2ms内，上下表面施加电压都为0V，之后的0.1ms内对于上表面的ITO玻璃施加0V的电压，对于下表面的ITO玻璃施加10V的电压，紧接着的0.2ms内对于上下表面施加的电压都为 0V，从而在0.6ms的时间周期内上下表面两端的电压差为0V。如此循环往复就可实现直流平衡。
此实施例中，对于上下表面的基板也可做一些特殊设计，例如形状或表面镀膜等，从而使得施加在其上的电压成特定分布形式，从而实现调制器内不同部分的液晶材料转动位置不同，有效折射率成一定分布的效果，从而对输入输出光线做进一步的调制。
下面主要对接收系统进行说明。
上述实施例的光线扫描系统可用于激光雷达的发射端，光纤通信的光交换开关等领域，也可以更换可见光波段的激光器后用于显示。对于激光雷达应用，系统内还包含接收器件，例如此系统中使用APD，在激光每发射一个脉冲时，控制系统同步打开APD接收，若出射光线遇到物体，则会产生散射/反射，APD将在一定时间后接收到反馈信号，计入系统时延等参数后，控制系统可通过TOF法计算出物体与系统之间的距离，并且还可以根据发射信号的发射时间和/或施加的电压得出发射光束的角度，从而计算出物体的空间位置，通过周而复始的重复扫描，绘制出三维空间中物体实时的分布。
此例中所述接收器件也可以是阵列式接收，例如APD阵列，CMOS阵列等，从而接收器自身即可提供部分或全部角度信息，而无需控制系统通过发射系统来提供角度信息。例如使用一维阵列接收结合本发明中单个光调制器一维扫描的方式来实现二维扫描，比如输入光束是一条直线，通过光调制器后输出为在Y方向移动的直线(Y方向扫描)，即控制系统可结合输出时间及施加电压得出Y方向的角度，而接收器为X方向设置的一维阵列，当接收到反馈信号后，可以通过接收器得出信号的X方向角度，根据控制系统给出Y方向角度，结合相位法或TOF给出距离，从而计算出反馈信号对应的三维空间位置。
实施例2
实施例2中描述了本发明的另一种具体实施方案，如图6、图7、图8所示，其中控制系统与接收系统与实施例1中的例子相似，区别在于光学系统
实施例1中的光调制器输出的光学参数变化值主要为出射角度。实施例2中的光调制器输出的光学参数变化值主要为出射位置。
如图6所示，光调制器件为一波导器件，上下表面设置有ITO玻璃(两个表面可平行也可不平行)，两个表面中间距离为0.5um，四侧密封，中间灌装有ECB模式的液晶材料。输入端有光耦合器，此例中为一棱镜，在图6等图中以三角形表示，光线从棱镜导入，其与上下表面的夹角大于全反射角，从而实现在波导内的全反射。出射端在ITO表面上镀有特殊膜层(例如光栅膜、全息膜等)，使经过一定距离的传播的光线可以从波导表面出射。通过控制系统施加电信号可改变波导内介质有效折射率，从而实现不同时刻入射的光线在波导表面输出区域不同位置出射，从而实现对入射光的调制。在这个实施例中，输出的后端还可以加入透镜系统，从而将位置信息转换为角度。例如在波导输出端后设置一焦距为5mm的透镜系统，如图7、图8所示，从而不同位置出射的光经过透镜系统后会转换为不同角度的光束。其中，x指代变量，例如xV表示某一个电压值， nx表示某一个折射率。
在这一实施例中，还可以将波导ITO内侧除输入输出区域外镀上反射膜，如图7、图8所示，使输入光线在波导内部做反射，输入输出区域镀上增透膜，从而无须再额外增加输入输出的耦合器件。或者也可以在输入输出区域镀上特殊膜层(例如全息膜、光栅等)，使入射光线进入波导后做全反射，并在输出区域出射。
在这一实施例中，为了提高精度，需要使不同折射率对应的出射光线的相对的距离拉大，这需要增加调制器(波导)的长度，在这种情况下也可以通过将调制器层叠设置从而降低器件长度。如图9所示，在这种设置中，每一调制器之间设置一光转向器件，使前一级调制器出射的光能够耦合入下一级调制器，最终增加不同角度光线出射的距离。此实施例中，考虑基板上下表面平行的情况，可以将光转向器设置为类似直角棱镜的结构，折射率于液晶材料接近，并在两条直角边镀上反射膜，使其直角边分别于前一级波导的下表面及后一级波导的上表面成135°角，当光线从前一级波导出射时将会在光转向器的两条边上先后反射，再被导入后一级波导。图9中，nx1、nx2、nx3分别表示三个波导内介质的折射率，nx1、nx2、nx3三者之间可以相同、仅部分相同或者均不相同。
在此种实施例中，前一级调制器的上表面基板可以和后一级调制器的下表面基板共用(施加此基板上的电压将会相同)，也可不共用(电压可以不同)，控制系统可以对多级调制器施加相同的电压和/或频率调制，使的同一时刻每级调制器中的有效折射率相同。也可施加不同电压和/或频率的调制，使得每级调制器中的有效折现率及其变化方式不同，从而实现增加精度，扩大出射距离等功能。
此实施例中也可采用楔形波导的设计，从而使不同折射率情况下，出射位置不同且出射角度也不同，对于系统设计和制造提供更多的调节手段。
此实施例也可如例1中采用级联，多光束输入，接收系统采用APD，APD阵列等等变形例实现相类似功能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (44)
1.一种光学设备，其特征在于，包括：控制系统、光学系统；
控制系统通过电信号调节光学系统中介质的折射率，使得入射光在介质中传播一段距离后，以与所述电信号相应的出射参数从介质中出射。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述出射参数包括路径参数，其中，所述路径参数是描述从介质中出射的出射光的传播路径的参数。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，所述路径参数包括如下任一种或任多种参数：
出射位置；
出射角度。
4.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，所述光学系统包括：光调制器；
光调制器包括：
第一表面，其中，所述第一表面为接收入射光的表面
第二表面，其中，所述第二表面为与第一表面配合的表面，所述电信号施加在第一表面与第二表面上。
5.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述光调制器还包括：
第三表面，其中，所述第三表面为出射出射光的表面；第三表面与第一表面不平行；第三表面与第二表面为不同的表面或者为同一个表面。
6.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述光调制器包含液晶波导，波导表面为基板，中间介质为液晶。
7.根据权利要求6所述的光学设备，其特征在于，所述液晶模式采用ECB、VA中的任一种；液晶采用相列相、近晶相、胆甾相中的任一种。
8.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，光调制器至少部分表面的部分区域涂有反射膜，使光线在此部分成镜面反射。
9.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，光线在调制器内传播，不同电信号情况下入射光对应介质的等效折射率不同，导致相同入射光对不同折射率对应的出射参数不同。
10.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，光调制器含多层结构，不同层之间由转向器连接，不同层之间电压均相同、仅部分相同或者均不相同。
11.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，包括多个光调制器；其中，所述多个光调制器以及光调制器之间的光耦合器件构成级联系统。
12.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述光学系统包括：一个或多个光源；
光源产生的入射光直接进入光调制器，或者通过耦合器件将入射光耦合入光调制器。
13.根据权利要求12所述的光学设备，其特征在于，光源为激光。
14.根据权利要求12所述的光学设备，其特征在于，光源为半导体激光器LD、垂直腔面激光器VCSEL、固体激光器、气体激光器、LED中的任一种或任多种。
15.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，光线入射光调制器时成布鲁斯特角。
16.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，将入射光以大于全反射角的角度导入波导，光线在从波导出射之前，在波导内做全反射。
17.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，入射光的输入端和/或出射光的出射端为光调制器表面未涂敷反射层的部分。
18.根据权利要求1或4所述的光学设备，其特征在于，所述入射光为线偏振光。
19.根据权利要求18所述的光学设备，其特征在于，所述入射光的偏振方向与所述光调制器的至少一个表面平行。
20.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备中的波导包括耦合器件；其中，所述耦合器件的折射率与光调制器表面材料折射率匹配，其中，所述匹配是指接近或一致，其中，所述接近是指折射率偏差小于50％。
21.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备中包括耦合器件；其中，所述耦合器件为棱镜或者光栅。
22.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备中包括耦合器件；其中，所述耦合器件级联使用，包含将前一光调制器的出射光的偏振方向旋转的功能。
23.根据权利要求10所述的光学设备，其特征在于，所述转向器，将多层结构光调制器中下一层输出的光线导入上一层。
24.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，包括输出端；其中，所述输出端包含光学器件改变出射光线参数。
25.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述光调制器包含光换向器，将出射光角度调制为根据光调制器折射率联系变化的关系。
26.根据权利要求12所述的光学设备，其特征在于，所述多个光源产生的多个入射光形成多个出射光同时出射。
27.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，控制系统对光学系统施加的电信号随时间变化，使得与所述电信号相应的出射参数随时间变化。
28.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述电信号对光调制器两端在不同时间上施加相反的电压差，其中所述电压差在设定时间之内和为0。
29.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，控制系统利用同步信号同步光调制器施加的电信号、光源的控制信号，并输出或不输出所述同步信号。
30.根据权利要求29所述的光学设备，其特征在于，同步信号计入系统时延。
31.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述电信号在光调制器上施加设定的电压和/或电流；和/或
所述电信号在光调制器上施加的电压和/或电流成设定分布。
32.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，控制系统对光调制器两端施加一电信号，并在所述光调制器折射率受所述电信号调制改变介质折射率的过程中，至少一次同步控制光源打开和/或输出同步信号，从而实现一个信号过程中在不同时间点输出对于一个或多个折射率调制出的出射光的功能，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到预设时间；
之后再施加另一电信号使光调制器折射率受所述电信号调制达到新的目标值和/或所述信号达到预设时间，在光调制器折射率再次改变过程中，至少一次同步控制光源打开，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到目标时间。
33.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，控制系统对光调制器两端施加一电信号，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到预设时间，再至少一次同步打开光源和/或输出同步信号；
之后再施加另一电信号使光调制器折射率受所述电信号调制达到新的目标值，在光调制器折射率再次改变过程中，直至所述光调制器折射率达到目标值和/或所述信号达到目标时间，再至少一次同步打开光源和/或输出同步信号。
34.根据权利要求32或33所述的光学设备，其特征在于，所述目标时间预存在控制系统中，根据预存的信息在预设的时间控制光源打开和/或输出同步信号。
35.根据权利要求32或33所述的光学设备，其特征在于，控制系统根据折射率和/或光源打开时间信息输出光束角度信息。
36.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，包含接收端；其中，所述接收端接收所述出射光遇到物体后返回的信号。
37.根据权利要求36所述的光学设备，其特征在于，所述接收端是APD器件、APD阵列、SPAD器件、CMOS器件、CCD器件中的任一种或任多种装置。
38.根据权利要求36所述的光学设备，其特征在于，所述控制系统输出同步信号以同步接收端。
39.根据权利要求36所述的光学设备，其特征在于，所述光调制器作为接收端的一部分，接收发射光照射在外界物体后的反射信号，并导入接收器。
40.根据权利要求36所述的光学设备，其特征在于，接收器根据光调制器折射率变化得出反馈信号角度，从而计算位置。
41.根据权利要求36所述的光学设备，其特征在于，控制系统根据信号反馈时折射率的变化、TOF、相位法、三角法中的任一种或任多种方法，计算使信号反馈的物体的空间距离和/或角度。
42.根据权利要求36所述的光学设备，其特征在于，所述控制系统根据所述距离及接收端检测出和/或控制系统给出的光束角度信息，计算使信号反馈的物体的空间位置。
43.根据权利要求42所述的光学设备，其特征在于，所述接收端根据反馈信号计算出扫描范围内空间中物体分布位置信息。
44.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，包含温控器件，控制系统控制温控器件调节温度。
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