CN110994357B - 可变波长光源和包括可变波长光源的装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种可变波长光源和包括可变波长光源的装置。可变波长光源包括：第一波导；第二波导，与第一波导间隔开；第一光学放大器，包括第一增益介质；第二光学放大器，包括与第一增益介质不同的第二增益介质。

Description

可变波长光源和包括可变波长光源的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0117102的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入本文中。
技术领域
各种实施例涉及具有可扩展的可变波长范围的可变波长光源和包括该可变波长光源的装置。
背景技术
具有各种功能的高级驾驶辅助系统(ADAS)已经商业化。例如，具有自适应巡航控制(ACC)功能的车辆得到增长，ACC功能由车辆来识别另一车辆的位置和速度以在预期到与另一车辆发生碰撞的风险时降低自身车辆的速度并且在未预期到碰撞风险时在设置的速度范围内驾驶该车辆。而且，具有自动紧急制动(AEB)系统的车辆得到增长，AEB系统用于识别前方车辆以便当预期到碰撞风险但驾驶员对碰撞风险未做出响应或者响应不恰当时通过自动制动来防止碰撞。此外，预计自动驾驶汽车将在不久的将来实现商业化。
因此，对能够提供关于车辆周围环境的信息的光学测量装置的的关注得以增长。例如，用于车辆的光检测和测距(LiDAR)系统可以在车辆周围的选定区域上发射激光束并检测反射的激光束以提供关于距车辆周围的对象的距离、相对速度、方位角等的信息。为此，用于车辆的LiDAR系统包括能够将光束转向到期望区域的光束转向装置。
为了使激光束转向到期望区域，通常使用以下方法：通过使用机械旋转激光发射部件和光学相控阵列(OPA)方案的方法，实现的从多个单位单元或多个波导发射的束形激光束的干涉的方法。根据OPA方案，可以通过电控制或热控制单位单元或波导来使激光束转向。
此外，已经研究了一种用于通过使用可变波长光源根据衍射光栅的特性来调整发射角度以通过使用衍射光栅在竖直方向上实现光束转向的光束转向装置。
发明内容
提供一种具有可扩展的可变波长范围的可变波长光源。
提供一种装置，所述装置包括具有可扩展的可变波长范围的可变波长光源。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对本公开的实施例的实践来获知。
根据本公开的一个方面，提供了一种可变波长光源，包括：第一波导；第二波导，与所述第一波导间隔开；第一谐振器和第二谐振器，设置在所述第一波导和所述第二波导之间；第一光学放大器，设置在所述第一波导的顶表面上并包括第一增益介质；以及第二光学放大器，没置在所述第二波导的顶表面上并包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质。
所述第一增益介质和所述第二增益介质可以包括III-V族化合物半导体材料和II-VI族化合物半导体材料中的不同介质。
所述第一增益介质和所述第二增益介质可以包括以下中的至少一种：氮化镓(GaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化镓铝(GaAlAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铟镓氮(InGaNAs)、磷化铟镓砷(InGaA sP)、砷化铟铝镓(InAlGaAs)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铟镓(InGaP)和磷化铟(InP)。
所述第一增益介质和所述第二增益介质各自可以具有量子阱结构。
所述第一增益介质和所述第二增益介质可以形成为使得所述第一增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项分别不同于所述第二增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以具有彼此不同的峰值波长。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以各自具有在约800nm至约3000nm范围内的峰值波长。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以各自具有在约1100nm至约1600nm范围内的峰值波长。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以各自具有在约30nm至约120nm范围内的波长带宽。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器的合成波长带宽可以具有约40nm至约240nm的范围。
所述第一谐振器和所述第二谐振器可以各自包括环和设置在所述环的内周或外周处的调制器。
所述第一波导和所述第二波导可以各自包括硅。
所述第一光学放大器可以包括：第一下包覆层；包括所述第一增益介质的第一增益介质层；以及第一上包覆层，并且其中，所述第二光学放大器可以包括：第二下包覆层；包括所述第二增益介质的第二增益介质层；以及第二上包覆层。
所述第一谐振器和所述第二谐振器可以被配置为通过调整被施加到所述第一谐振器和所述第二谐振器的电压或电流来可变地改变波长。
根据本公开的另一方面，提供一种装置，包括：可变波长光源；以及至少一个光学相控阵列，被配置为调整从所述可变波长光源发射的光束的输出方向，其中，所述可变波长光源包括：第一波导；第二波导，与所述第一波导间隔开；第一谐振器和第二谐振器，设置在所述第一波导和所述第二波导之间；第一光学放大器，设置在所述第一波导的顶表面上并包括第一增益介质；以及第二光学放大器，设置在所述第二波导的顶表面上并包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质。
所述第一增益介质和所述第二增益介质可以包括III-V族化合物半导体材料和II-VI族化合物半导体材料中的不同介质。
所述第一增益介质和所述第二增益介质可以包括以下中的至少一种：氮化镓(GaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化镓铝(GaAlAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铟镓氮(InGaNAs)、磷化铟镓砷(InGaA sP)、砷化铟铝镓(InAlGaAs)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铟镓(InGaP)和磷化铟(InP)。
所述第一增益介质和所述第二增益介质可以各自具有量子阱结构。
所述第一增益介质和所述第二增益介质可以形成为使得所述第一增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项分别不同于所述第二增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以具有彼此不同的峰值波长。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以各自具有在约800nm至约3000nm范围内的峰值波长。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以各自具有在约1100nm至约1600nm范围内的峰值波长。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器可以各自具有在约30nm至约120nm范围内的波长带宽。
所述第一光学放大器和所述第二光学放大器的合成波长带宽可以具有约40nm至约240nm的范围。
所述第一谐振器和所述第二谐振器可以各自包括环和设置在所述环的内周或外周处的调制器。
所述第一谐振器和所述第二谐振器可以被配置为通过调整被施加到所述第一谐振器和所述第二谐振器的电压或电流来可变地改变波长。
所述至少一个光学相控阵列可以包括：波导，被配置为传送从所述可变波长光源发射的光束；分束器，被配置为对通过所述波导传送的光束进行分束；以及移相器，被配置为使所述光束的相位移位。
所述装置可以包括：包括光栅的天线，所述光栅被配置为基于由所述移相器移位的所述光束的相位来调整所述光束的方向。
所述至少一个光学相控阵列可以包括：第一光学相控阵列，耦合到所述第一波导，以及第二光学相控阵列，耦合到所述第二波导。
根据本公开的另一方面，提供了一种可变波长光源，包括：基板；第一波导，设置在所述基板上；第二波导，设置在所述基板上；第一谐振器和第二谐振器，设置在所述第一波导和所述第二波导之间；第一光学放大器，设置在所述第一波导上所述第一谐振器和所述第二谐振器之间；以及第二光学放大器，设置在所述第二波导上所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，其中，所述第一光学放大器被配置为产生具有与所述第二光学放大器不同的峰值波长的光。
所述第一光学放大器的结构的材料、成分和厚度中的至少一项可以不同于所述第二光学放大器的结构的材料、成分和厚度中的至少一项。
所述第一光学放大器可以包括第一增益介质，所述第二光学放大器可以包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质。
附图说明
根据下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：
图1是根据实施例的可变波长光源的顶视图；
图2是沿图1的线II-II截取的截面图；
图3是除了图2的截面图之外还包括包覆层的截面图；
图4是沿图1的线IV-IV截取的截面图；
图5是沿图1的线V-V截取的截面图；
图6是示出了根据实施例的根据可变波长光源的波长的增益区域的图；
图7是示出了根据比较例的可变波长光源的波长可变范围的图；
图8是示出了根据实施例的可变波长光源的波长可变范围的图；
图9是根据实施例的光束转向装置的透视图；
图10是沿图9的线X-X截取的截面图；
图11是沿图9的线XI-XI截取的截面图；
图12是沿图9的线XII-XII截取的截面图；
图13是根据另一实施例的光束转向装置的透视图；以及
图14是根据实施例的装置的透视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据各种实施例的可变波长光源和包括该可变波长光源的装置。在附图中，类似的附图标记表示类似的元件，并且为了清楚起见和便于说明，附图中每个组件的尺寸可能被放大。尽管本文中可以使用诸如“第一”和“第二”之类的术语来描述各种元件，但是这些元件不应该受限于这些术语。这些术语可以用来将某个元件与另一元件进行分类。
除非在上下文中明显不同，否则单数形式的表述包括复数形式的表述。此外，当组件“包括”一元件时，除非另有相反的描述，否则应当理解，该组件不排除另一元件，而是还可以包括另一元件。此外，在附图中，为了清楚描述，可放大组件的厚度或尺寸。此外，当描述某个材料层在基板或另一层上方时，该材料层可以直接在基板或另一层上方，或者第三层可以介于二者之间。此外，在以下实施例中形成每层的材料仅是说明性的，因此可以使用除所示材料之外的材料。
如本文所用，术语“和/或”包括关联列出的项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“……中的至少一个”之类的表述在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该被理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c两者或包括全部a、b和c。
图1是根据实施例的可变波长光源100的顶视图。
参照图1，可变波长光源100可以包括设置在基板110上的第一波导121和第二波导122。基板110可以是例如硅基板。第一波导121和第二波导122可以平行布置。尽管示出了第一波导121和第二波导122具有直的结构的示例，但是第一波导121和第二波导122不限于此，并且可以不同地修改第一波导121和第二波导122的结构。第一波导121和第二波导122可以包括半导体材料。例如，第一波导121和第二波导122可以包括硅。然而，这仅是说明性的，并且第一波导121和第二波导122可以包括其他各种材料。
第一光学放大器151可以设置在第一波导121上。第二光学放大器152可以设置在第二波导122上。第一光学放大器151和第二光学放大器152可以是例如半导体光学放大器或离子掺杂放大器。
第一环形谐振器111和第二环形谐振器112可以通过彼此间隔开而布置在第一波导121和第二波导122之间。图2是沿图1的线II-II截取的截面图。第一环形谐振器111和第二环形谐振器112各自包括环115，并且围绕环115的调制器120可以沿环115的外周布置。备选地，可以沿第一环形谐振器111和第二环形谐振器112的内周设置调制器120。然而，调制器120不限于此，并且可以不同地修改调制器120的形状和位置。环115可以包括例如半导体材料(例如，硅)。调制器120可以调制环115的传播常数。
调制器120可以包括例如加热元件、电极元件或压电元件。本文中，加热元件可以向环115施加热以改变环115的长度，并且基于环15的折射率的变化可变地改变振荡波长，该折射率变化根据长度变化而发生。加热元件掺杂有杂质，例如掺杂有浓度为约1018/cm3至约1019/cm3的杂质。电极元件可以向环115的周围施加电流以改变环115内的电流密度，并且基于环115的折射率的变化可变地改变振荡波长，该折射率变化根据电流密度变化而发生。压电元件可以通过基于根据施加的电压的变形改变环115或其周围的折射率来可变地改变振荡波长。
由第一光学放大器151放大的光可以通过第一波导121传送并传输到第一环形谐振器111。传输的光可以在第一环形谐振器111中循环，然后输入到第二波导122。此后，输入到第二波导122的光可以由第二光学放大器152放大，然后输出到第二波导122。另外，通过第二波导122传送的光可以传输到第二环形谐振器112，然后传输回第一波导121。在该过程中，可以根据输入到调制器120的电压或电流来调整通过对应环形谐振器的光的波长。当在重复该过程的同时产生具有期望波长的光时，所产生的光可以通过第一波导121或第二波导122输出到外部。
图3是在图2的基板110上还包括包覆层126的示例的截面图。包覆层126可以包括例如氧化硅等，但不限于此。
第一光学放大器151和第二光学放大器152可以包括半导体光学放大器或离子掺杂放大器。
第一光学放大器151可以包括第一增益介质，第二光学放大器152可以包括与第一增益介质不同的第二增益介质。第一增益介质和第二增益介质可以包括例如化合物半导体。第一增益介质和第二增益介质可以包括例如III-V族化合物半导体材料和II-VI族化合物半导体材料中的不同材料。本文中，不同材料(异质材料)可以包括具有不同材料成分的情况、具有相同材料成分但不同成分比的情况、具有相同材料成分但不同厚度的情况及其组合等。备选地，不同材料可以包括允许第一光学放大器151和第二光学放大器152产生具有彼此不同的峰值波长的光的介质。例如，第一增益介质和第二增益介质可以包括分别具有在约800nm至约3000nm范围内的不同峰值波长的介质。本文中，峰值波长可以指示被每个光学放大器放大的光的峰值波长。备选地，不同材料还可以包括第一光学放大器151和第二光学放大器152具有相同峰值波长但不同的放大波段的情况。
图4是沿图1的线IV-IV截取的截面图。图4是第一光学放大器151的示例。第一光学放大器151可以包括：例如下包覆层141、包括第一增益介质的第一增益介质层142、和上包覆层143。第一增益介质层142可以包括III-V族化合物半导体材料或II-VI族化合物半导体材料。第一增益介质层142可以包括选自由以下构成的组中的任何一种：例如，氮化镓(GaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化镓铝(GaAlAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铟镓氮(InGaNAs)、磷化铟镓砷(InGaAsP)、砷化铟铝镓(InAlGaAs)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铟镓(InGaP)和磷化铟(InP)。下包覆层141和上包覆层143可以包括带隙大于第一增益介质层142的带隙的半导体材料。下包覆层141和上包覆层143可以包括例如GaAs、GaP、AlGaAs、InGaP、InP等。可以根据待放大的光的波段(能带隙)来选择第一光学放大器151的增益介质。例如，GaN可以具有在约400nm至约480nm范围内的放大波段，AlGaInP可以具有在约530nm至约690nm范围内的放大波段，GaAlAs可以具有在约750nm至约900nm范围内的放大波段，InGaAsP可以具有在约1200nm至约2000nm范围内的放大波段。例如，当放大具有约1300nm波长的光时，可以使用InAlGaAs或InGaAsP。
可以向下包覆层141提供导电层145a，并且可以向上包覆层143提供导电层145b。导电层145a和145b可以包括导电材料。备选地，导电层145a和145b可以包括例如选自由以下构成的组中的至少一种：钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)和铬(Cr)、其合金、其堆叠体等。然而，导电层145不限于此，并且可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化镓铟锌(GIZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化镓锌(GZO)和氧化锌(ZnO)中的至少一种。导电层145a和145b可以实际上是电极，或者其中单独的电极从外部耦合到导电层145a和145b的结构也是可以的。
半导体光学放大器不单独需要激发激光束，并且可以通过向波导的两侧施加电场来放大光学信号。当通过导电层145a和145b施加电场时，发生光子的吸收和受激发射，其中当光子被吸收时产生电子-空穴对，相反当电子-空穴对结合时发生光子的受激发射。为了放大光学信号，光子的受激发射需要大于光子的吸收。半导体光学放大器分为法布里-珀罗放大器(FPA)型和行波放大器(TWA)型。FPA型半导体光学放大器可以通过输入电流引起高能级导带中的密度反转，使得由于跃迁到低能级价带而发生受激发射，并且可以通过谐振器来执行放大。TWA型半导体光学放大器可以通过半导体激光器的两个端面上的抗反射涂层来抑制输出表面上的反射和谐振现象，因此TWA型半导体光学放大器可以具有大于FPA型半导体光学放大器的加宽增益带宽的结构。
第一光学放大器151的宽度可以大于第一波导121的宽度。因此，当通过第一波导121传送的光向第一光学放大器151移动时，可以减少漏光。
图5是第二光学放大器152的示例。第二光学放大器152可以包括：例如下包覆层141、包括第二增益介质的第二增益介质层144、和上包覆层143。第二增益介质层144可以包括III-V族化合物半导体材料或II-VI族化合物半导体材料。第二增益介质层144可以包括选自由以下构成的组中的任何一种：例如，GaN、AlGaInP、GaAlAs、InGaAs、InGaNA、InGaAsP、InAlGaAs、GaAs、GaP、AlGaAs、InGaP和InP。
第二增益介质层144可以包括与第一增益介质层142的介质不同的介质。例如，第一增益介质层142和第二增益介质层144可以包括分别引起在约1100nm至约1600nm范围内的不同峰值波长的放大的材料。这可以适用于例如使用硅波导的情况。备选地，第一增益介质层142和第二增益介质层144可以包括根据波导的材料分别引起在约800nm至约3000nm范围内的峰值波长的放大的材料。
例如，第一增益介质层142可以包括峰值波长为约1300nm的介质，第二增益介质层144可以包括峰值波长为约1550nm的介质。第一增益介质层142和第二增益介质层144可以各自包括量子阱结构。例如，第一增益介质层142可以包括Al0.289Ga0.461In0.45As，并且第二增益介质层144可以包括In0.6986Al0.178Ga0.1234As。这仅是说明性的，并且可以不同地修改成分比。
图6是示出了根据实施例的根据波长λ的增益区域G的图。假没第一光学放大器151的第一可变波段是Δλ1，第二光学放大器152的第二可变波段是Δλ2，并且第一光学放大器151和第二光学放大器152的合成的可变波段是Δλ3。当第一光学放大器151的峰值波长是λ1并且第二光学放大器152的峰值波长是λ2时，第一光学放大器151和第二光学放大器152可以被配置为使得λ1与λ2不同。另外，第一光学放大器151和第二光学放大器152可以被配置为使得合成的可变波段满足Δλ3≤Δλ1+Δλ2。当第一光学放大器151和第二光学放大器152被配置为使得第一可变波段和第二可变波段以最小重叠时，合成的可变波段可以是宽的。当合成的可变波段宽时，可变波段可以是宽的，从而加宽下面将描述的光学转向装置中的转向范围。当第一可变波段和第二可变波段彼此分离时，可以出现不变的间隙区域，因此第一光学放大器151和第二光学放大器152可以被配置为使得第一可变波段和第二可变波段在边界区域中彼此接触或部分重叠。通过这样做，可以加宽可变波段。
图7是示出了根据比较例的波长可变范围的图，并且图8是示出了根据实施例的波长可变范围的图。横轴表示频率，纵轴表示施加到放大器的电压。在比较例中，使用相同的增益介质配置第一光学放大器和第二光学放大器，并且在实施例中，使用彼此不同的增益介质配置第一光学放大器和第二光学放大器。根据比较例，第一光学放大器的波长可变范围和第二光学放大器的波长可变范围几乎重叠。相反，根据实施例，在不同区域中示出了第一光学放大器的波长可变范围和第二光学放大器的波长可变范围。因此，根据实施例，可以加宽波长可变范围。
图9是根据实施例的光束转向装置101的透视图。
光束转向装置101可以包括基板110、设置在基板110上的可变波长光源100、以及光学相控阵列(OPA)103。图9示出了将可变波长光源100应用于光束转向装置101的示例。
基板110可以是例如硅基板。然而，基板110不限于此。可变波长光源100与参照图5描述的相同。
可变波长光源100的第一波导121和第二波导122中的一个可以耦合到OPA 103。
OPA 103可以被配置为调整从可变波长光源100发射的光束的输出方向。图9示出了OPA 103的示例。
OPA 103可以包括：第三波导125，被配置为传送从可变波长光源100发射的光束；分束器130，被配置为对通过第三波导125传送的光束进行分束；以及移相器135，被配置为使光束的相位移位。
第一波导121和第二波导122中的一个可以连接到第三波导125。尽管使用了不同的附图标记，但是第一波导121和第二波导122中的一个可以集成地连接到第三波导125。图9示出了第一波导121连接到第三波导125的示例。第三波导125可以通过分束器130被分成多个第三波导125。图9示出了通过七个分束器130将第三波导125分成八个第三波导125的示例。移相器135可以被分别提供给由分束器130分开的第三波导125。移相器135可以各自在被施加电信号时使通过第三波导125的光束的相位单独地移位。
图10是沿图9的X-X线截取的截面图，图11是沿图9的XI-XI线截取的截面图。参照图10和图11，移相器135可以各自包括设置在基板110上的第三波导125、以及包覆层1352。
包覆层1352可以设置在第三波导125的上表面上。可以提供包覆层1352以调制通过第三波导125的光束的相位。为此，包覆层1352可以包括根据电信号的施加而改变折射率的材料。
包覆层1352可以包括例如氧化物半导体。包覆层1352可以包括透明导电氧化物(TCO)，是根据电信号的施加而具有相对大的折射率变化的材料。本文中，TCO可以包括例如ITO、IZO、GIZO、AZO、GZO和ZnO中的至少一种。然而，TCO并不限于此。包覆层1352可以与第三波导125形成p-n结结构。
当诸如电压之类的电信号被施加到移相器135中的包覆层1352时，在包覆层1352和第三波导125之间的界面处，包覆层1352内的载流子密度会改变，并且包覆层1352的折射率会根据载流子密度的变化而改变。当包覆层1352的折射率改变时，由于倏逝波干涉，可以调制穿过包覆层1352的下部处的第三波导125的光束的相位。在图11中，L表示相位调制部分的长度，即移相器135根据光束的行进方向的长度。
参照图9所示的应用移相器135的OPA 103，光束入射到一个第三波导125，然后通过穿过被分束器130分支的多个第三波导125被输出，并且由于这些输出的束状光束的干涉，可以在特定位置发射光束。在此，可以在通过移相器135调制光束的相位之后输出穿过第三波导125的光束，从而确定最终输出的束状光束的相位轮廓。另外，由于根据相位轮廓确定光的行进方向，因此可以在期望的位置发射光束。移相器135可以通过调整光束的行进方向来执行扫描。例如，移相器135可以使用光束在基板110的水平方向上(即图9中的Y方向上)执行扫描。本文中，水平方向可以是多个第三波导125布置在OPA 103的端部的方向(Y方向)。基板110的水平方向还可以包括斜方向或弯曲方向。
可以使用改变波导的折射率以调制穿过波导的光束的相位的方法。本文中，改变波导的折射率的方法的示例可以包括使用热的方法和使用电的方法。根据使用热的方法，相变大，并且波导可以由各种材料形成，但是速度慢，由于波导之间的严重干扰，因此需要确保波导之间的一定间隙或更大的间隙，并且难以确保宽视场(FOV)。此外，根据使用电的方法，速度快，并且由于波导之间没有干扰，因此可以获得宽的FOV，但是由于相变小而需要长波导，并且因为需要p-n或p-i-n结结构，所以波导材料限于诸如硅(Si)之类的半导体材料，因此不能使各种波长的激光束转向。
在根据实施例的光束转向装置101中，每个移相器135可以包括：包覆层1352，其折射率根据向第三波导125的电信号的施加而改变，以调制穿过第三波导125的光束的相位。根据实施例，通过改变设置在第三波导125周围的包覆层1352的折射率而不是改变第三波导125的折射率，由于倏逝波干涉因此调制穿过第三波导125的光束的相位。由于第三波导125的折射率不变，因此光束损耗小，并且诸如硅和氮化硅之类的各种材料可以用作第三波导125的材料，因此可以使各种波长的光束转向。另外，由于使用电信号而不是热，速度快，并且第三波导125之间的间隙可以变窄，因此可以确保宽的FOV。
在第三波导125的从移相器135延伸的端部处还可以包括天线AT。
图12是沿图9的线XII-XII截取的截面图。
天线AT可以包括形成在第三波导125上的光栅G。可以根据光栅G的尺寸、深度、间距等来调整光束的行进方向。天线AT可以通过根据从可变波长光源100输出的光的波长在基板110的竖直方向(图9的Z方向)上调整光束的行进方向来执行扫描。也就是说，当光的波长是λ1和λ2时，可以通过天线AT改变光在竖直方向上的行进方向。本文中，竖直方向可以包括斜方向。由于可变波长光源100的波长可变范围宽，因此天线AT进行的光的竖直方向扫描范围(竖直FOV)可以很宽。例如，当使用具有约1500nm的峰值波长的增益介质时，波长可变范围可以是约40nm，并且当使用该增益介质执行光束转向时，可以获得约5.2°的竖直FOV。当使用具有约1300nm的峰值波长的增益介质时，波长可变范围可以是约50nm，并且当使用该增益介质执行光束转向时，可以获得约6.8°的竖直FOV。另外，可以使用具有约1300nm的峰值波长的第一增益介质和具有约1500nm的峰值波长的第二增益介质来加宽波长可变范围。根据实施例，通过可变波长光源中的第一增益介质实现第一可变波段并通过第二增益介质实现第二可变波段，第一增益介质和第二增益介质的合成的可变波段可以加宽。因此，可以通过使用异质增益介质来加宽竖直扫描范围。
在根据实施例的光束转向装置101中，移相器135可以使用光束在基板110的水平方向(图9的Y方向)上执行扫描，并且可变波长光源100和天线AT可以通过使用光在基板110的竖直方向上执行扫描。
图13是根据另一实施例的包括两个OPA 103的光束转向装置101’的透视图。
光束转向装置101’可以包括可变波长光源100和两个OPA 103。可变波长光源100和OPA 103与参照图1至图12描述的相同，因此省略了其详细描述。可变波长光源100的第一波导121可以耦合到一个OPA 103，并且第二波导122可以耦合到另一OPA 103。
通过使用两个OPA 103，水平方向(Y方向)上的扫描范围可以比一个OPA的扫描范围宽。此外，可以使用通过可变波长光源100的第一波导121和第二波导122输出的所有光束，因此可以提高光效率。此外，可以通过扩展可变波长光源100的波长可变范围，加宽竖直方向(Z方向)上的扫描范围。因此，可以在水平方向和竖直方向上扩展对象的扫描范围。此外，可以增加扫描速度。尽管本文使用一个可变波长光源，但是可以设置两个或更多个可变波长光源和对应于两个或更多个可变波长光源的OPA。
图14是根据实施例的装置1000的透视图。
装置1000可以包括：光束转向装置1200，被配置为控制光的行进方向；接收器1500，被配置为接收从对象OBJ反射的光束；以及处理器1700，被配置为分析由接收器1500接收的光的基于位置的分布和/或基于时间的分布，并且分别处理在多个方向上在对象OBJ上发射的光。
光束转向装置1200可以包括：可变波长光源1100；和至少一个OPA 1210，被配置为调制来自可变波长光源1100的光束的相位，并沿多个方向朝向对象OBJ输出光。参考图1至图6和图8至图13描述的实施例可以适用于光束转向装置1200。
可变波长光源1100可以发射光束以用于分析对象OBJ的位置和形状。可变波长光源1100可以被配置为产生和发射特定波长的光，例如发射适合于分析对象OBJ的位置和形状的波段的光。可变波长光源1100可以产生并发射脉冲光或连续光。可变波长光源1100可以包括：两个光学放大器，包括异质增益介质以扩展波长可变范围。
OPA 1210可以通过调制入射光束的相位来调整光的水平方向扫描。另外，可以包括被配置为将调制信号施加到OPA 1210的信号输入单元1230。OPA 1210可以由处理器1700控制。
处理器1700可以控制装置1000的总体操作。处理器1700可以包括：分析器1710，被配置为分析由接收器1500接收的光的基于位置的分布和/或基于时间的分布，并且单独地处理从OPA 1210发射在对象OBJ上的光。
处理器1700还可以包括：相位设置器1730，被配置为设置相位轮廓以形成从OPA1210输出的光的多个方向，并根据相位轮廓来控制信号输入单元1230。此外，处理器1700可以控制可变波长光源1100和接收器1500的操作。例如，处理器1700可以执行对可变波长光源1100的电源控制、开/关控制、脉冲波(PW)或连续波(CW)产生控制等。
装置1000可以应用于例如光检测和测距(LiDAR)系统。LiDAR系统可以通过在目标上发射激光束来检测到对象的距离、方向、速度、温度、物质分布、密度特性等。LiDAR系统可以应用于用于自动驾驶车辆的激光扫描仪和三维(3D)图像相机。LiDAR系统的示例可以包括用于车辆的LiDAR系统、用于机器人的LiDAR系统、用于无人机的LiDAR系统等。
此外，根据各种实施例的光束转向装置可以应用于用于安全的入侵检测系统、地铁屏障门障碍物检测系统、深度传感器、用于移动电话的用户面部识别传感器、增强现实(AR)系统、TV或游戏机中的动作识别和对象轮廓分析等。
此外，根据各种实施例的可变波长光源可以应用于波分复用(WDM)装置。在WDM装置中，通过一根光纤同时传输多个波长，以有效地响应通信业务。为此，可以使用可变波长激光器。另外，根据各种实施例的可变波长光源可以应用于光学相干断层扫描装置。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述一般应当被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。
尽管已参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (32)

1.一种可变波长光源，包括：
第一波导；
第二波导，与所述第一波导间隔开；
第一谐振器和第二谐振器，设置在所述第一波导和所述第二波导之间；
第一光学放大器，设置在所述第一波导的顶表面上并包括第一增益介质；以及
第二光学放大器，设置在所述第二波导的顶表面上并包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质。
2.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质包括III-V族化合物半导体材料和II-VI族化合物半导体材料中的不同介质。
3.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质包括以下中的至少一种：氮化镓(GaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化镓铝(GaAlAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铟镓氮(InGaNAs)、磷化铟镓砷(InGaAsP)、砷化铟铝镓(InAlGaAs)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铟镓(InGaP)和磷化铟(InP)。
4.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质各自具有量子阱结构。
5.根据权利要求4所述的可变波长光源，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质形成为使得所述第一增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项分别不同于所述第二增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项。
6.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器具有彼此不同的峰值波长。
7.根据权利要求6所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器各自具有在约800nm至约3000nm范围内的峰值波长。
8.根据权利要求7所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器各自具有在约1100nm至约1600nm范围内的峰值波长。
9.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器各自具有在约30nm至约120nm范围内的波长带宽。
10.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器的合成波长带宽具有约40nm至约240nm的范围。
11.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器各自包括环和设置在所述环的内周或外周处的调制器。
12.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一波导和所述第二波导各自包括硅。
13.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器包括：
第一下包覆层；
包括所述第一增益介质的第一增益介质层；以及
第一上包覆层，并且
其中，所述第二光学放大器包括：
第二下包覆层；
包括所述第二增益介质的第二增益介质层；以及
第二上包覆层。
14.根据权利要求1所述的可变波长光源，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器被配置为通过调整被施加到所述第一谐振器和所述第二谐振器的电压或电流来可变地改变波长。
15.一种装置，包括：
可变波长光源；以及
至少一个光学相控阵列，被配置为调整从所述可变波长光源发射的光束的输出方向，
其中，所述可变波长光源包括：
第一波导；
第二波导，与所述第一波导间隔开；
第一谐振器和第二谐振器，设置在所述第一波导和所述第二波导之间；
第一光学放大器，设置在所述第一波导的顶表面上并包括第一增益介质；以及
第二光学放大器，设置在所述第二波导的顶表面上，并包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质包括III-V族化合物半导体材料和II-VI族化合物半导体材料中的不同介质。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质包括以下中的至少一种：氮化镓(GaN)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化镓铝(GaAlAs)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铟镓氮(InGaNAs)、磷化铟镓砷(InGaAsP)、砷化铟铝镓(InAlGaAs)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铟镓(InGaP)和磷化铟(InP)。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质各自具有量子阱结构。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质形成为使得所述第一增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项分别不同于所述第二增益介质的量子阱结构的材料、成分和厚度中的至少一项。
20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器具有彼此不同的峰值波长。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器各自具有在约800nm至约3000nm范围内的峰值波长。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器各自具有在约1100nm至约1600nm范围内的峰值波长。
23.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器各自具有在约30nm至约120nm范围内的波长带宽。
24.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一光学放大器和所述第二光学放大器的合成波长带宽具有约40nm至约240nm的范围。
25.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器各自包括环和设置在所述环的内周或外周处的调制器。
26.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器被配置为通过调整被施加到所述第一谐振器和所述第二谐振器的电压或电流来可变地改变波长。
27.根据权利要求15所述的装置，其中，所述至少一个光学相控阵列包括：
波导，被配置为传送从所述可变波长光源发射的光束；
分束器，被配置为对通过所述波导传送的光束进行分束；以及
移相器，被配置为使所述光束的相位移位。
28.根据权利要求27所述的装置，还包括：包括光栅的天线，所述光栅被配置为基于由所述移相器移位的所述光束的相位来调整所述光束的方向。
29.根据权利要求15所述的装置，其中，所述至少一个光学相控阵列包括：
耦合到所述第一波导的第一光学相控阵列，以及
耦合到所述第二波导的第二光学相控阵列。
30.一种可变波长光源，包括：
基板；
第一波导，设置在所述基板上；
第二波导，设置在所述基板上；
第一谐振器和第二谐振器，设置在所述第一波导和所述第二波导之间；
第一光学放大器，设置在所述第一波导上所述第一谐振器和所述第二谐振器之间；以及
第二光学放大器，设置在所述第二波导上所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，
其中，所述第一光学放大器被配置为产生具有与所述第二光学放大器不同的峰值波长的光。
31.根据权利要求30所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器的结构的材料、成分和厚度中的至少一项不同于所述第二光学放大器的结构的材料、成分和厚度中的至少一项。
32.根据权利要求30所述的可变波长光源，其中，所述第一光学放大器包括第一增益介质，并且所述第二光学放大器包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质。
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