CN110609398A - 调相器模块及相控阵激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调相器模块及相控阵激光雷达，涉及激光雷达技术领域，用于解决调相器模块执行大角度扫描功能时功耗高的问题。该调相器模块包括至少一个波导调相子阵组，所述波导调相子阵组包括硅波导阵列以及两个分时工作用于对所述硅波导阵列进行调制的波导调相子阵，每个波导调相子阵包括多个调相单元；在同一个波导调相子阵组中，其中一个波导调相子阵的各调相单元对所述硅波导阵列调制后，所述硅波导阵列中传输光的相位会依次递增，另一个波导调相子阵的各调相单元对所述硅波导阵列调制后，所述硅波导阵列中传输光的相位依次递减。本发明提供的调相器模块能应用于相控阵激光雷达中。

Description

调相器模块及相控阵激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种调相器模块及相控阵激光雷达。

背景技术

相控阵激光雷达因具有分辨率高、隐蔽性好、体积小、重量轻等优点，而被广泛地应用在军事领域和民用领域。相控阵激光雷达采用激光作为探测载波，根据向被测目标发射的调制后的激光束，以及被测目标的反射回波确定被测目标的距离、方位、高度、速度、形状等参数，从而实现对被测目标进行探测、跟踪和识别。

相控阵激光雷达的核心部件之一是光学相控阵芯片，光学相控阵芯片中的调相器模块非常重要。利用调相器模块可以改变波导的折射率，实现对波导中传输光相位的调制。为了简化调相难度，通常将调相器模块中的波导以阵列形式排布，并配设可对波导进行加热的不等长热光调相器。具有这种结构的调相器模块，可以实现在同一个温度下，每相邻的两个波导出光的相位差一致，且这种调相器模块调相简单，无需考虑波导之间热窜扰，调相器模块整体尺寸紧凑。

然而，由于上述调相器模块中每相邻的两个波导之间的相位差，只能递增或递减，因此，在实现相控阵激光雷达的大角度扫描功能时，只能增加热光调相器的加热温度，导致热光调相器的功耗增加，亦即导致调相器模块执行大角度扫描功能时功耗比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调相器模块及相控阵激光雷达，用以解决调相器模块执行大角度扫描功能时功耗高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种调相器模块，该调相器模块包括至少一个波导调相子阵组，所述波导调相子阵组包括硅波导阵列以及两个分时工作用于对所述硅波导阵列进行调制的波导调相子阵，每个波导调相子阵包括多个调相单元；在同一个波导调相子阵组中，其中一个波导调相子阵的各调相单元对所述硅波导阵列调制后，所述硅波导阵列中传输光的相位会依次递增，另一个波导调相子阵的各调相单元对所述硅波导阵列调制后，所述硅波导阵列中传输光的相位依次递减。

与现有技术相比，本发明第一方面提供的调相器模块具有如下优点：

本发明提供的调相器模块中，每个波导调相子阵组包括两个用于对硅波导阵列进行调制且分时工作的波导调相子阵。在硅波导阵列中的传输光被同一波导调相子阵组中的两个波导调相子阵独立地调制，使得其中一个波导调相子阵的各调相单元对硅波导阵列调制后，硅波导阵列中传输光的相位会依次递增，另一个波导调相子阵的各调相单元对硅波导阵列调制后，硅波导阵列中传输光的相位依次递减，即，硅波导阵列中传输光的相位会被同一波导调相子阵组中的两个波导调相子阵分别调制。在相同功耗下，硅波导阵列中传输光的偏转角，比现有技术的调相器模块的扫描角度大了一倍，换句话说，在实现相同角度范围的扫描功能时，可以明显降低调相器模块的功耗。

作为本发明上述调相器模块的一种改进，在同一个波导调相子阵组中，其中一个波导调相子阵中各调相单元与另一个波导调相子阵中各调相单元一一对应。

作为本发明上述调相器模块的进一步改进，在同一个波导调相子阵组中，其中一个波导调相子阵的各调相单元的长度依次递增；另一个波导调相子阵的各调相单元的长度依次递减。

作为本发明上述调相器模块的进一步改进，在同一个波导调相子阵组中，其中一个波导调相子阵的各调相单元的长度按照等差数列依次递增，另一个波导调相子阵的各调相单元的长度按照等差数列依次递减。

作为本发明上述调相器模块的进一步改进，不同的波导调相子阵组中的波导调相子阵采用相同的调相形式。

作为本发明上述调相器模块的另一种改进，同一个波导调相子阵中的各调相单元之间电气串联。

作为本发明上述调相器模块的另一种改进，所述半导体衬底的顶硅层的电阻率为10000欧姆/厘米～1欧姆/厘米。

作为本发明上述调相器模块的另一种改进，所述调相单元为加热模块，所述加热模块设置在所述硅波导阵列中的波导单元的顶面或侧面，以顶加热或边加热的调相形式工作。

作为本发明上述调相器模块的另一种改进，所述调相单元为加热模块，所述加热模块紧邻所述硅波导阵列中的波导单元侧面设置，以集成加热的调相形式工作。

本发明的第二方面提供一种相控阵激光雷达，其包括第一方面所述的调相器模块。由于该相控阵激光雷达包括第一方面所述的调相器模块，因此该相控阵激光雷达也具有上述调相器模块的优点。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供的调相器模块及相控阵激光雷达所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的调相器模块的结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视图；

图3为本发明实施例提供的调相器模块的边加热模式的俯视图；

图4为图3中B-B向剖视图；

图5为本发明实施例提供的调相器模块的集成加热模式的俯视图；

图6为图5中C-C向剖视图；

图7为根据本发明另一实施例的调相器模块的结构示意图；

图8为根据本发明再一实施例的调相器模块的结构示意图；

图9为图8所示的调相器模块的第一时段工作状态的示意图；

图10为图8所示的调相器模块的第二时段工作状态的示意图；

图11为本发明实施例提供的相控阵激光雷达的结构框图。

附图标记说明：

1-半导体衬底层， 2-波导调相子阵组，

3-硅波导阵列，

10-衬底层， 11-氧化层，

12-顶硅层， 13-波导单元，

20-波导调相子阵， 21-调相单元，

22-接触电极。

具体实施方式

为了解决已有的调相器模块在执行大角度扫描功能时功耗高的问题，本发明实施例提供了一种改进的调相器模块及相控阵激光雷达，该调相器模块包括至少一个波导调相子阵组，每个波导调相子阵组包括分时工作且可互补调相的两个波导调相子阵，利用这两个波导调相子阵可以在两个偏转方向上对硅波导阵列中的传输光进行调相，与已有的仅能在一个偏转方向上对硅波导阵列中传输光进行调相相比，可以明显降低调相器模块的功耗。

为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的调相器模块包括至少一个波导调相子阵组2，波导调相子阵组2包括硅波导阵列3以及两个独立地工作用于对硅波导阵列3进行调制的波导调相子阵20，每个波导调相子阵20包括多个调相单元21；在同一个波导调相子阵组2中，其中一个波导调相子阵20的各调相单元21对硅波导阵列3调制后，硅波导阵列3中传输光的相位会依次递增，另一个波导调相子阵20的各调相单元21对硅波导阵列3调制后，硅波导阵列3中传输光的相位依次递减。

图1示出了包括一个波导调相子阵组2的优选实施例，但是，要理解的是，本发明并不局限于图1所示的实施例，而是，可以包括多个波导调相子阵组，并且每个波导调相子阵组中可以包括多于两个波导调相子阵。另外，本发明的调相器模块也不限制于仅一个波导调相子阵组，而是可以包括多个波导调相子阵组，例如，当调相器模块包括多个波导调相子阵组2时，多个波导调相子阵组2中每个子阵组负责各自相应的一组波导。

如图1所示，本实施例提供的调相器模块包括一个波导调相子阵组2，该波导调相子阵组2包括硅波导阵列3和两个波导调相子阵20。其中，硅波导阵列3包括多个波导单元13，多个波导单元13沿竖向间隔排列成一列，且彼此相互平行。作为一个实例，如图2所示，硅波导阵列3一般形成在半导体衬底1的顶硅层12中，半导体衬底1一般包括衬底层10、氧化层11和顶硅层12三层结构，其中，衬底层10位于最底层，其作用包括用于承载氧化层11和顶硅层12，以及在其上制作各种光路器件；衬底层10的材料可以为无机材料，如二氧化硅(SiO₂)，也可以为有机材料，如有机玻璃。顶硅层12用于形成硅波导阵列3等光路器件；氧化层11位于衬底层10和顶硅层12之间，用于绝缘衬底层10和顶硅层12。具有上述结构的半导体衬底1也称为绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，简称SOI)。因此，在制作调相器模块时也可以直接选用已有的SOI，以简化制作调相器模块的工艺，降低成本。但是，本发明并不局限于形成在SOI上的波导单元，也可以采用其他类型的波导单元，例如，所述波导单元可以在氮化硅材料上形成。

进一步如图1所示，两个波导调相子阵20形成在由多个波导单元13构成的硅波导阵列3上，且两个波导调相子阵20沿波导单元13的长度方向排列，即如图1所示方位两个波导调相子阵20在硅波导阵列3上横向排列。每个波导调相子阵20包括多个调相单元21，调相单元21的数量一般与硅波导阵列3中的波导单元13的数量相同，多个调相单元21沿竖向间隔排列成一列，且彼此相互平行，并与多个波导单元13一一对应。

在同一波导调相子阵组2中，两个波导调相子阵20分时工作，以图1所示调相器模块为例，位于左侧的波导调相子阵20可以先工作，然后位于右侧的波导调相子阵20工作，或者，位于右侧的波导调相子阵20可以先工作，然后位于左侧的波导调相子阵20工作。当波导调相子阵20工作时，调相单元21用于对对应的波导单元13中传输光进行调制，以改变该波导单元13被调相单元21作用区域的折射率，从而调节该波导单元13中传输光的相位。在同一个波导调相子阵组2中，位于左侧的波导调相子阵20中各波导单元13被对应的调相单元21分别调制，使得硅波导阵列3的各波导单元13中传输光的相位依次递增，位于右侧的波导调相子阵20中各波导单元13被对应的调相单元21分别调制，使得硅波导阵列3的各波导单元13中传输光的相位依次递减，反之亦然，从而通过两个波导调相子阵20的各调相单元21可以对硅波导阵列3的各波导单元13中传输光实现两个方向的相位调制。

具有上述结构的调相器模块，由于其包括的波导调相子阵组2中，两个波导调相子阵20分时工作，以及其中一个波导调相子阵20的各调相单元21所用的硅波导阵列3中传输光的相位依次递增，另一个波导调相子阵20的各调相单元21所用的硅波导阵列3中传输光的相位依次递减，因此，可以对硅波导阵列3中传输光进入天线后，进行两个偏转方向上的调制，与现有技术中只能在一个偏转方向调制相比，在相同功耗下，本发明实施例提供的调相器模块的扫描角度大了一倍，换句话说，在实现相同角度范围的扫描功能时，可以明显降低调相器模块的功耗。

在同一个波导调相子阵组2中，两个波导调相子阵20的结构可以相同，也可以不同，只要其中一个波导调相子阵20的各调相单元21所用的硅波导阵列中传输光的相位依次递增、另一个波导调相子阵20的各调相单元21所用的硅波导阵列3中传输光的相位依次递减即可。在一较佳实施例中，在同一个波导调相子阵组2中，两个波导调相子阵20的结构相同，且其中一个波导调相子阵20正置，另一个波导调相子阵20倒置，使得其中一个波导调相子阵20中的各调相单元21与另一个波导调相子阵20中的各调相单元21一一对应。

示例性地，请继续参阅图1，在同一个波导调相子阵组2中，位于左侧的波导调相子阵20，其包括的多个调相单元21竖向排列，形成直角梯形状的阵列，该阵列中长度最长的调相单元21位于最底层，长度最短的调相单元21位于最顶层，即直角梯形正置，其下底在下、上底在上。位于右侧的波导调相子阵20，其包括的多个调相单元21竖向排列，形成直角梯形状的阵列，该阵列中长度最长的调相单元21位于最顶层，长度最短的调相单元21位于最底层，即直角梯形倒置，其下底在上、上底在下。

进一步地，在上述同一个波导调相子阵组2中，位于左侧的波导调相子阵20的调相单元21的长度从上至下依次增加，位于右侧的波导调相子阵20的调相单元21的长度从上至下依次减小，即：位于左侧的波导调相子阵20的最顶层调相单元21的长度在该波导调相子阵中最短，其与位于右侧的波导调相子阵20的最顶层调相单元21相对，且位于右侧的波导调相子阵20的最顶层调相单元21的长度在该波导调相子阵中最长；位于左侧的波导调相子阵20的最底层调相单元21的长度在该波导调相子阵中最长，其与位于右侧的波导调相子阵20的最底层调相单元21相对，且位于右侧的波导调相子阵20的最底层调相单元21的长度在该波导调相子阵中最短。

具有如上结构的调相器模块，由于两个波导调相子阵20的结构相同，一方面可以降低制作难度，节约成本；另一方面，由于两个波导调相子阵20的结构相同，两个偏转方向的扫描角度相同，使得两个波导调相子阵20的调相互补性好。

请继续参阅图1，在同一个波导调相子阵组中，其中一个波导调相子阵20的各调相单元21以形如正置的直角梯形排列，另一个波导调相子阵20的各调相单元21以形如倒置的直角梯形排列，且两个直角梯形的直角腰边背对，倾斜腰边相面对且平行。如此设计，使得其中一个波导调相子阵20的各调相单元21的长度依次递增；另一个波导调相子阵20的各调相单元21的长度依次递减。较佳地，在同一个波导调相子阵组2中，其中一个波导调相子阵20的各调相单元21的长度按照等差数列依次递增，另一个波导调相子阵20的各调相单元21的长度按照等差数列依次递减。

在上述调相器模块中，调相器模块若包括多个波导调相子阵组，为了简化制作工艺以及获得较佳地调相范围，优选地，上述调相器模块中，不同的波导调相子阵组2中的波导调相子阵20采用相同的调相形式。例如，在同一个波导调相子阵组2中，波导调相子阵20中的各调相单元21采用不等长的调相形式，如调相单元21的长度依次增加或减小；但在整个调相器模块中，各波导调相子阵组2所包括的各调相单元21是相同的，即各波导调相子阵组2采用相同的不等长的实现调相。如此设计，在满足调相器模块可以实现大角度扫描功能时功耗低的要求的前提下，还可以使不同的波导调相子阵组2具有相同的角度扫描范围，从便于控制调相器模块的工作，以及便于确定调相器模块的整体扫描范围。

为了保证同一个波导调相子阵20中不等长的调相单元21的调相温度一致，在上述实施例的基础上，优选地，同一个波导调相子阵20中的各调相单元21之间电气串联。如此设计，可以使同一个波导调相子阵20中，不等长的各调相单元21的电流一致，因此，不等长的调相单元21产生的温升也一致，即同一个波导调相子阵20中不等长的调相单元21的调相温度一致。

上述实施例提供的调相器模块可以采用如下方法制作：

步骤1，提供一个绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，简称SOI)，以此作为半导体衬底，该半导体衬底的顶硅层的电阻率为10000欧姆/厘米～1欧姆/厘米，厚度在220纳米-500纳米之间。

步骤2，在SOI的顶硅层中制备硅波导阵列，具体可以采用光刻、刻蚀等常规半导体工艺在SOI的顶硅层正面形成波导单元区域，该波导单元区域内形成有呈阵列状排布的多个波导单元，多个波导单元构成的阵列即为硅波导阵列。波导单元的总宽度一般在0.4微米至2微米之间，高度一般在70纳米至500纳米之间。

步骤3，在硅波导阵列上形成波导调相子阵，一般可采用光刻、沉积金属、剥离等工艺完成波导调相子阵制作。波导调相子阵包括呈阵列状排布的多个调相单元21，如图1和图2所示，调相单元21覆盖在波导单元13的部分区域，波导单元13被调相单元21覆盖的区域为调相单元21对波导单元13作用的区域或称为调制的区域。

值得一提的是，在步骤3中，可以硅波导阵列上形成一个波导调相子阵，也可以形成两个波导调相子阵，如果经过以上三个步骤仅完成一个波导调相子阵的制作，可以重复步骤3，以完成另一个波导调相子阵的制作。

在完成调相器模块的制作后，为了使调相器模块便于与其他器件连接，一般还会在在调相单元上，通过光刻、沉积金属、剥离等常规半导体工艺，在调相单元上形成接触电极(PAD)，如图5和图6所示，接触电极22用于与其他器件连接，以接收外加电压或电流。接触电极22与调相单元21的接触面积一般为2微米×5微米，接触电极22的厚度一般在0.5微米至3微米之间。

需要补充的是，调相器模块实现其调相功能时，调相器模块一般需要与调相器模块前后段器件配合才能实现其功能，调相器模块与调相器模块前后段器件之间一般通过波导连接，为了便于将调相器模块与调相器模块前后段器件连接，调相器模块的刻蚀深度与连接调相器模块前后段器件的波导厚度一致。

在上述各实施例中，调相单元一般是通过加热方式来实现对波导单元中传输光的相位调制，调相单元具体可以为热光模块或光电模块，一般通过对波导单元加热的方式实现对波导单元中传输光相位调制。调相单元对波导单元的加热方式通常为顶加热、边加热或集成加热模式。其中，顶加热和边加热模式，调相单元一般设置在波导单元外，调相单元具体可为加热模块，例如为加热电极，加热电极设置在对应的波导单元的顶面或侧面；集成加热模式，调相单元一般形成在波导单元的内部。

示例性地，顶加热模式如图1和图2所示，波导单元13为脊型硅波导，调相单元21为加热电极，其设置波导单元13的顶面，调相单元21产生的热量可以从波导单元13的顶面传导至波导单元13的中心处。

示例性地，边加热模式如图3和图4所示，波导单元13为脊型硅波导，调相单元21设置在脊型硅波导的侧面，调相单元21发热产生的热量传到至波导单元13的中心处。

示例性地，集成加热模式如图5和图6所示，调相单元21为加热模块，该加热模块一般以离子注入的方式形成在对应的波导单元内，以在紧邻硅波导阵列中的波导单元13侧面形成加热模块。具体地，向波导单元13中注入离子，使波导单元13分为具有两种电阻率的区域：高电阻率区域和低电阻率区域，其中，高电阻率区域为波导单元，低电阻率区域内的波导单元13充当调相单元21，如此设计，可以使电流集中在低电阻率区域，降低由光场对载流子的吸收而引起的光学损耗。

尽管中上面描述的实施例中，针对相同一个波导单元13，第一波导调相子阵的调相单元与第二波导调相子阵的调相单元沿着该波导单元的长度方向间隔开排列，但是，这仅仅是一个示例，本发明并不局限于此。例如，如图7所示，针对相同的一个波导单元，第一波导调相子阵的调相单元21与第二波导调相子阵的调相单元21'可以分布设置在该波导单元的两侧，而非沿着波导单元的长度方向间隔开，由此，第一波导调相子阵和第二波导调相子阵独立地分时工作，由此，实现如上面描述的相同的效果。

参照图8，描述根据本发明的第二实施例。

如图8所示，根据本发明的第二实施例包括硅波导阵列13和波导调相阵列20，该硅波导阵列13例如与上述第一实施例中的波导阵列相同，并且例如包括平行排列的五根波导，波导调相阵列20包括多个波导调相单元的阵列，并且例如以五行×五列形式排列的多个调相单元21，每一行的五个调相单元21可以设置在相对应的波导13的侧边或顶侧，该多个调相单元21可以是基于热光效应调节在波导内传输的光波的调相单元。

所述25个调相单元可以被独立控制，以根据预先设定的控制模式工作。例如，在第一时间段，所述调相单元以第一样式操作，例如，第一行调相单元21中的五个调相单元都工作，第二行中的四个调相单元工作、第三行中的三个调相单元工作、第四行中的两个调相单元工作，且第五行中的一个调相单元工作，参见图9中阴影部分，由此，将波导阵列中传输的传输的光波沿预定方向依次递增调节；在第二时间段，所述调相单元以第二样式操作，例如，第一行调相单元21中的一个调相单元工作、第二行调相单元中的两个调相单元工作、第三行中的三个调相单元工作、第四行中的四个调相单元工作、且第五行中五个调相单元都工作，参见图10中阴影部分，由此将波导阵列中传输的光波的相位沿预定方向依次递增调节，由此，实现了与第一实施例相同的技术效果。

上面仅仅是一种示例，本发明并不局限于上述限定的样式，而是可以根据控制方法按照各种样式操作，以实现本发明的效果。

另外，本发明并不局限于热光调相，而是可以应用于其他调相方式。例如，调相单元为电光工作，该调相单元一般在波导两侧分别以离子注入的方式形成n型和p型掺杂区域，形成p-i-n结构。具体地，向脊型波导单元中左侧注入硼离子，右侧注入磷离子，通过高温退火工艺，激活注入离子，形成重掺杂的P型和N型区域。通过加电压(或电流)，使载流子注入到波导中心，利用硅的等离子色散原理，调节注入载流子浓度，使硅波导的折射率发生改变，进而改变出射光的相位，实现对波导中光束相位调控。因此，根据本发明的调相器至少包括波导组和波导调相子阵组，波导组包括多个波导，而波导调相子阵组至少包括第一波导调相子阵和第二波导调相子阵，该第一波导调相子阵包括多个以电光方式调相的调相器，而第二波导调相子阵包括多个以电光方式调相的调相器，针对同一根波导，第一波导调相子阵的调相器和第二波导调相子阵的调相器并排且间隔开布置，并且第一波导调相子阵和第二波导调相子阵根据控制分时工作，以沿着预定方向，例如，波导的排列方向依次递增或递减在波导中传输的光波的相位变化。

请参阅图11，本发明实施例还提供了一种相控阵激光雷达，该相控阵激光雷达包括上述各实施例及实施方式所述的调相器模块，以及激光发射模块、回波探测模块、信息处理器、信息显示器和控制器；其中，激光发射模块与调相器模块相对，并与信息处理器信号连接，用于向被测目标发射激光探测光；回波探测模块与调相器模块相对，并与信息处理器信号连接，用于接收被测目标的反射回波光信号，并反馈给信息处理器；信息处理器与信息显示器信号连接，用于比对反射回波光信号和激光发射模块所发射的激光探测光，确定被测目标的距离、方位、高度、速度、形状等参数，并使之显示在信息显示器中。

具体地，根据本发明的相控阵激光雷达的操作方式如下：

在激光雷达操作时，控制器控制第一调相子阵并使得第一调相子阵在第一时间段操作，调节波导单元射出的光波之间的相位关系，使其在第一设定方向上彼此同相，产生相互加强的干涉，干涉的结果是在第一方向上产生一束高强度的激光光束，而在其他方向上从调相器模块射出的光波都不满足彼此同相的条件，干涉的结果彼此相抵消，辐射强度接近于零；在第一时间段之后，第一调相子阵的操作结束，使得波导单元中射出的光波的相位不被调节，由此，在中性方向方向上射出激光束；此后，在第二时间段，第二调相子阵操作，由此，对波导单元内传输的光波进行调相，使得它们在第二设定方向上彼此同相，产生相互加强的干涉，干涉的结果是在第二方向上产生一束高强度的激光光束，而其他方向上从其射出的光波都不满足彼此同相的条件，干涉的结果彼此抵消，辐射强度接近于零，其中，第二设定方向与第一设定方向相反，且第二方向与第一方向相反由此可使一束或多束高强度的激光光束的指向从第一方向上的预定角度到第二方向上的预定角度实现随机空域扫描。

本发明实施例提供的相控阵激光雷达，由于采用了上述可实现大角度扫描且功耗低的调相器模块(具体可参见上文相关描述)，因此，其也可实现大角度、低功耗扫描功能。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (29)

1.一种调相器模块，其特征在于，包括至少一个波导调相子阵组，所述波导调相子阵组包括硅波导阵列以及至少两个独立工作用于对所述硅波导阵列进行调制的波导调相子阵，所述硅波导阵列包括平行排列的多个波导，每个波导调相子阵包括多个调相单元；在同一个波导调相子阵组中，第一波导调相子阵的各调相单元对所述硅波导阵列调制后，所述硅波导阵列中传输光的相位沿波导排列方向会依次递增，第二波导调相子阵的各调相单元对所述硅波导阵列调制后，所述硅波导阵列中传输光的相位沿所述排列方向依次递减。

2.根据权利要求1所述的调相器模块，其特征在于，所述波导调相子阵中每一个包括与所述波导的数量相同的调相单元，并且，第一波导调相子阵中的每个调相单元和第二波导调相子阵中的每个调相单元与所述波导中的相对应波导一一对应。

3.根据权利要求1所述的调相器模块，其特征在于，在同一个波导调相子阵组中，第一波导调相子阵的各调相单元的长度依次递增；第二波导调相子阵的各调相单元的长度依次递减。

4.根据权利要求3所述的调相器模块，其特征在于，在同一个波导调相子阵组中，第一波导调相子阵的各调相单元的长度按照等差数列依次递增，第二波导调相子阵的各调相单元的长度按照等差数列依次递减。

5.根据权利要求1-4任一项所述的调相器模块，其特征在于，波导调相子阵组中的每个波导调相子阵采用相同的调相形式。

6.根据权利要求5所述的调相器模块，其特征在于，所述调相单元的调相形式为热光调相。

7.根据权利要求6所述的调相器模块，其特征在于，每个波导调相子阵中的各调相单元之间电气串联。

8.如权利要求1所述的调相器模块，其特征在于，所述波导阵列形成在SOI半导体衬底的顶硅层中。

9.根据权利要求8所述的调相器模块，其特征在于，所述半导体衬底的顶硅层的电阻率为10000欧姆/厘米～1欧姆/厘米。

10.根据权利要求8所述的调相器模块，其特征在于，所述调相单元为加热模块，所述加热模块设置在所述硅波导阵列中的波导单元的顶面或侧面，以顶加热或边加热的调相形式工作。

11.根据权利要求8所述的调相器模块，其特征在于，所述调相单元为加热模块，所述加热模块紧邻所述硅波导阵列中的波导单元侧面设置，以集成加热的调相形式工作。

12.根据权利要求10或11所述的调相器模块，其特征在于，所述加热模块是通过光刻、沉积金属或剥离形成。

13.根据权利要求8所述的调相器模块，其特征在于，所述波导单元为条形或脊型硅波导，调相单元为加热电极，其设置波导单元的顶面。

14.根据权利要求8所述的调相器模块，其特征在于，波导单元为脊型硅波导，所述调相单元为加热电极，调相单元设置在脊型硅波导的侧面。

15.根据权利要求14所述的调相器模块，其特征在于，所述加热电极以离子注入的方式形成在对应的波导单元内，以在紧邻硅波导阵列中的波导单元侧面形成加热模块。

16.根据权利要求8所述的调相器模块，其特征在于，所述调相单元以电光调相方式对波导中传输的光波的相位进行调节。

17.根据权利要求16所述的调相器模块，其特征在于，每个所述调相单元包括分别形成在相对应的波导两侧的n型和p型掺杂区。

18.根据权利要求17所述的调相器模块，其特征在于，所述n型和p型掺杂区通过离子注入形成。

19.一种调相器模块，所述调相器模块包括硅波导阵列和对硅波导阵列进行调制的调相阵列，所述波导阵列包括多个平行排列的波导，所述调相阵列包括以阵列形式排列的多个调相单元，所述多个调相单元被构造成能够被控制以独立工作，在第一时间段，所述多个调相单元以第一样式工作，使得所述硅波导阵列中传输光的相位沿波导排列方向方向会依次递增，在第二时间段，所述多个调相单元以第二样式工作，使得所述硅波导阵列中传输光的相位沿所述排列方向依次递减。

20.根据权利要求19所述的调相器模块，其特征在于，所述多个调相单元以n行m列形式排列，所述行沿着波导的延伸方向，所述列沿着所述波导的排列方向，在第一时间段，沿着列方向，每行中工作的调相单元的数量递增，而在第二时间段，沿着所述列方向，每行中工作的调相单元的数量递减。

21.根据权利要求20所述的调相器模块，其特征在于，所述波导阵列形成在SOI半导体衬底的顶硅层中。

22.根据权利要求21所述的调相器模块，其特征在于，每行调相单元沿着所述波导形成为相同的长度。

23.根据权利要求22所述的调相器模块，其特征在于，每个所述调相单元以热光调相方式工作，每个调相单元是加热模块。

24.根据权利要求23所述的调相器模块，其特征在于，所述加热模块设置在所述硅波导阵列中的波导单元的顶面或侧面，以顶加热或边加热的调相形式工作。

25.根据权利要求21所述的调相器膜，其特征在于，每个所述调相单元以电光调相方式工作，每个调相单元在所对应的波导的两侧形成n型和p型掺杂区。

26.一种调相器模块的控制方法，其中，所述调相器模块包括至少一个波导调相子阵组，所述波导调相子阵组包括硅波导阵列以及至少两个独立工作用以对所述硅波导阵列进行调制的波导调相子阵，每个波导调相子阵包括多个调相单元，所述控制方法包括：

在第一时间段操作所述波导调相子阵组中的第一波导调相子阵，以调整在波导阵列中传输的光波的相位，使得该相位在预定方向上递增；

停止第一波导调相子阵的操作；以及

在第二时间段操作所述波导调相子阵组中的第二波导调相子阵，以调整在所述波导阵列中传输的光波的相位，使得该相位在所述预定方向上递减。

27.根据权利要求26所述的控制方法，其特征在于，在第一时间段操作所述波导调相子阵组中的第一波导调相子阵包括：

向所述多个调相单元提供相同的电流。

28.根据权利要求26所述的控制方法，其特征在于，在第二时间段操作所述波导调相子阵组中的第二波导调相子阵包括：

向所述多个调相单元提供相同的电流。

29.一种相控阵激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-25任一项所述的调相器模块。