CN111492279B - 用于调节光学光子集成电路中的制造差异的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种光子集成电路，该光子集成电路适于补偿由制造差异引起的无意制造折射率分布，例如梯度。该光子集成电路包括至少一个热源(325)和隔开的热沉(330)，从而在热源(325)和隔开的热沉(330)之间产生光子集成电路的热梯度，该热梯度提供相反的热折射率分布，以修正制造折射率分布。光子集成电路可以被构造为具有以下特征：具有有意的结构化折射率分布，该有意的结构化折射率分布确保任何无意制造折射率分布能够通过由热源(325)产生的相反的热折射率分布来修正。

Description

用于调节光学光子集成电路中的制造差异的装置和方法

相关专利申请的交叉参考

本申请要求2018年1月30日提交的发明名称为“用于调节光学光子集成电路中的制造差异的装置和方法”申请号为15/883,418的美国专利申请的优先权，其内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及集成光子集成电路领域，并且特定实施例或方面涉及用于调节光学光子集成电路中的制造差异的装置和方法。

背景技术

光子集成电路允许在同一半导体芯片上集成多个光学有源和无源功能。其中一个研究领域是使用标准半导体制造工艺将基于波导的光学相控阵构建为光子集成电路。光学相控阵可以用来发射和/或接收一个光束或多个光束，并且可以扫描这种光束相对于半导体芯片的角度方向。

光学相控阵在各类工业型和消费型应用中是有用的。与当前情况相比，使用半导体制造技术生产的固态相控阵波导可以以更低的成本提供高性能的设备。例如，激光雷达(light detection and ranging，LiDAR)设备具有用于控制车辆的位置和轨迹的从测量到传感的广泛用途。举例来说，陆地自动驾驶车辆(例如汽车和卡车)已经发展一段时间，许多原型样机依靠LiDAR作为对其他传感器(例如视觉传感器、雷达传感器、以及超声波传感器)的补充。

尽管光子光学电路有许多有用的应用(包括例如LiDAR在内)，但迄今为止的关键问题是成本和可能会导致误差的制造差异。

固态LiDAR的一个问题是光学电路对制造差异的敏感性，特别是LiDAR模块的相控阵波导对制造差异的敏感性。例如，为了产生光束质量足以满足精确位置测量所需的紧凑(窄发散角)光束，需要构建沿波导长度方向的发射角/接收角一致的光学相控阵波导。当前的半导体制造技术可能导致半导体芯片上的不同位置之间的折射率差异。这种差异会导致发射光束的发散度增加，从而降低光束质量，并因此降低测量精度。类似的问题可能会出现在使用光学光子芯片的其他应用场景中。

因此，提供一种可以有助于以下任一方面或全部方面的光学芯片结构和制造技术将是有用的：提升光束质量、减小发散度、以及呈现一种比现有技术中的普遍情况更紧凑的窄光束。更概括地，提供一种对制造差异进行修正的光学芯片结构和制造技术将是有用的。

现有技术中光学相控阵的描述集中于对光学相控阵的输入光束进行相位调谐。例如，Doylend,J.K.、Heck,M.J.R.、Bovington,J.T.、Peters,J.D.、Coldren,L.A.、Bowers,J.E.的“Two-dimensional free-space beam steering with an optical phased arrayon silicon-on-insulator”，《Optics Express》，19卷，第22号，2011年10月24日，第21595页至第21604页公开了一种相位调谐的光学相控阵，其中，通过在相位调谐域中邻接输入波导的位置放置电阻热源以实现热光相位调谐，向光学相控阵馈送这种热光相位调谐以修正输入光束的相位误差。尽管这种布置允许输入光束的相位调谐，但是无法对下游光学相控阵的制造误差进行修正。

因此，可能需要一种不受现有技术的一个或多个限制的用于光子集成电路的系统和方法，例如用于光学相控阵的系统和方法。

以上背景信息旨在提供可能与本发明有关的信息。并非也不应解释为承认任何前述信息构成了相对于本发明的现有技术。

发明内容

根据本公开，光学芯片的结构和制造技术允许制造过程中的调整或调谐，使得可以对多个光学模块进行构建和调整以修正制造差异，从而提供光学特性一致的多个光学模块。

在一些实施例中，提供了一种光子集成电路，该光子集成电路适用于补偿可能由制造差异(即，制造折射率分布)引起的无意折射率分布(例如折射率梯度)。

在一个实施例中，衍射光栅作为光子集成电路，无意制造折射率分布沿衍射光栅从一个位置到另一个位置提供了衍射光栅的发射角/接收角发散，从而导致衍射光栅发射/接收的光束分辨率较低(质量差)。

在一些实施例中，提供了一种光子集成电路，该光子集成电路包括至少一个热源和隔开的热沉。热源和热沉与光子集成电路的基板热接触，以在光子集成电路中的热源和隔开的热沉之间产生热梯度形式的热分布。热源和热沉可以位于例如作为光子集成电路的一部分的至少一系列天线周围。在一些实施例中，热源包括加热器，该加热器可用于在热源位置处产生热量。在一些实施例中，热源可包括冷却元件，该冷却元件可用于冷却热源位置。

在一些实施例中，至少一系列天线包括至少一系列接收天线。在一些实施例中，至少一系列天线包括至少一系列发射天线。

当向热源供电时会产生例如热梯度的热分布，该热分布会在光子集成电路中的热源和热沉之间提供相反的热折射率分布，以修正由于无意制造差异而在光子集成电路中产生的无意制造折射率分布。因此，当以预定等级的电功率对热源供电时，光子集成电路的有效折射率分布(制造折射率分布和热折射率分布的总和)在光子集成电路上是相对均匀的。

在一些实施例中，热折射率分布包括热源和热沉之间的线性热折射率梯度。在一些实施例中，可以提供多个热源和单独的一个或多个热沉，以提供比线性梯度更多变的热折射率分布(即，非线性分布)。

在一些实施例中，热源可以被实现为例如电阻加热器。例如，电阻加热器可以包括诸如多晶硅或氮化钛之类的电阻材料，电阻材料嵌入在光子集成电路之中或之上。可选地，电阻加热器可以包括例如附接到光子集成电路的电阻材料，其中上述附接部分可以包括导热界面材料或机械夹具。

在一些实施例中，光子集成电路可以被构建为：至少一系列天线被构造为当热源未通电时，在热源和热沉之间具有有意结构化折射率分布。例如，在一些实施例中，结构化折射率分布可包括热源和热沉之间的结构化折射率梯度，以确保由于制造差异导致的任何无意制造折射率梯度与热源被激活后产生的相对的热折射率分布符号相反。例如，在关于一系列天线的示例中，沿该一系列天线的天线形状或大小、连接天线的波导的横截面积、光栅深度、或其他光学特征可以变化，以提供沿该一系列天线的结构化折射率分布。

在一些实施例中，提供了一种光子集成电路。该光子集成电路包括：基板、至少一系列天线、热源、以及热沉，上述至少一系列天线横跨基板的耦合面；热源在上述一系列天线的热源端与基板热接触；热沉在上述至少一系列天线的对置的热沉端与基板热接触。热源可以位于例如基板的耦合面之上、耦合面之下、或基板内。

在一些实施方式中，上述至少一系列天线包括多个平行波导，可用于从基板的耦合面平面发射光到周围环境中。

在一些实施方式中，光子集成电路还包括有源光束转向部件，用于控制进入至少一系列天线的光的光学相位，该有源光束转向部件位于对置的热沉端并且邻接热沉。将有源光束转向部件布置为邻接热沉，可以使有源光束转向部件产生的热量流向热沉，而不会影响上述至少一系列天线的在热源端和对置的热沉端之间的热梯度。每个天线可以是一个光栅周期，或者是本领域已知的天线电路的一个抽头。

在一些实施方式中，至少一系列天线具有固有的结构化折射率分布，该折射率分布从对置的热沉端到热源端减小。通过改变沿上述至少一系列天线的结构，有意地在上述至少一系列天线中制造结构化折射率分布。例如，可以通过使至少一系列天线的波导的横截面从对置的热沉端到热源端减小来使结构变化，从而产生减小的折射率。结构化折射率分布的大小可能会大于或等于由于制造差异造成的折射率分布的预期差异。可选地，可以例如通过使上述至少一系列天线的节距从对置的热沉端到热源端变化来使结构变化，从而产生沿上述至少一系列天线的发射角结构化差异，该发射角结构化差异大于或等于发射角的预期差异，该发射角的预期差异是由于制造差异引起的折射率分布的预期差异而导致的。

在一些实施方式中，光子集成电路还包括在热源端和对置的热沉端之间的至少一个其他热源。例如，上述至少一个其他热源沿着上述至少一系列天线的一侧延伸。在一些情况下，上述至少一个其他热源可以横跨上述至少一系列天线。上述至少一个其他热源可以位于基板上方、基板下方、或基板内。

在一些实施方式中，热源的激活在热源和热沉之间提供上述至少一系列天线的热折射率分布。在一些实施方式中，上述至少一个其他热源是激活的，以提供上述至少一系列天线的非线性折射率分布。

在一些实施方式中，光子集成电路还包括跨基板底面的绝缘层，该绝缘层位于基板耦合面上的天线的下方，并且位于热沉和热源之间。

在一些实施例中，提供了一种用于校准光子集成电路以补偿由制造差异引起的折射率梯度的方法。该光子集成电路可以包括：横跨光子集成电路的耦合面的至少一系列天线、位于上述至少一系列天线的热源端的热源、位于上述至少一系列天线的对置的热沉端的热沉。该方法包括：使光子集成电路通电，从上述至少一系列天线发射光束；测量发射的光束的光束质量；逐渐增加热源的功率，并重新测量发射的光束的光束质量；以及，当光束质量达到预定容限时，锁定功率以设置热源的预定功率电平(power level)，进而沿着并跨(across and along)至少一系列天线设置热梯度。在一些实施方式中，光束质量由光束的M平方参数表示。

在一些实施例中，测量光束质量包括测量发射的光束的发散角；逐渐增加热源的功率，并重新测量发射的光束的发散角；以及，当发散角达到预定容限角度时，锁定功率以设置热源的预定功率电平，进而沿着并在上述至少一系列天线上设置热梯度。

在一些实施方式中，光子集成电路还包括在热源端和对置的热沉端之间的至少一个其他热源，并且前述方法还包括：逐渐调整上述至少一个其他热源的功率，并重新测量发射的光束的光束质量；以及，当光束质量达到预定容限时，锁定功率以设置至少一个其他热源对应的至少一个其他功率电平，进而沿上述至少一系列天线设置热分布。在一些实施方式中，上述至少一个其他热源沿上述至少一系列天线的一侧延伸。在一些实施方式中，上述至少一个热源还包括至少两个其他热源，上述两个其他热源中的每个热源在热源端和对置的热沉端之间沿至少一系列天线的相对侧延伸，前述方法还包括：逐渐调整上述至少两个其他热源中的一个热源的功率，然后逐渐调整上述至少两个其他热源中的另一热源的功率，同时重新测量发射的光束的光束质量；以及，当光束质量达到预定容限时，锁定功率以设置上述至少两个其他热源的预定功率电平，进而沿着并在上述至少一系列天线上设置热分布。

在一些实施方式中，光子集成电路还包括在热源端和对置的热沉端之间的至少一个其他热源，并且前述方法还包括：逐渐调整上述至少一个其他热源的功率，并重新测量发射的光束的发散角；以及，当发散角达到预定容限角度时，锁定功率以设置至少一个其他热源对应的至少一个其他功率电平，进而沿上述至少一系列天线设置热分布。在一些实施方式中，上述至少一个其他热源沿上述至少一系列天线的一侧延伸。在一些实施方式中，上述至少一个热源还包括至少两个其他热源，上述至少两个其他热源中的每个热源在热源端和对置的热沉端之间沿至少一系列天线的相对侧延伸，前述方法还包括：逐渐调整上述至少两个其他热源中的一个热源的功率，然后逐渐调整上述至少两个其他热源中的另一热源的功率，同时重新测量发射的光束的发散角；以及，当发散角达到预定容限角度时，锁定功率以设置上述至少两个其他热源的预定功率电平，进而沿着并在上述至少一系列天线上设置热分布。

在一些实施方式中，上述至少一系列天线包括多个平行波导，上述多个平行波导可用于从光子集成电路的平面发射光。

在一些实施方式中，光子集成电路还包括隔热层，该隔热层位于热沉和热源的之间并在上述至少一系列天线的下方。

在一些实施方式中，上述至少一系列天线具有结构化折射率分布，该折射率分布从对置的热沉端到热源端减小。例如，可以使上述至少一系列天线的结构沿着其在热源端和对置的热沉端之间的长度变化，以产生结构化折射率分布。可以如下选择结构化折射率分布：当与该结构化折射率分布结合时，任何由预期制造差异引起的无意折射率分布所产生的折射率分布与热梯度产生的相对折射率梯度的斜率相反。

上文已经描述了本发明的实施例以及可以基于上述实施例实现的本发明的方面。本领域技术人员将理解，实施例可以结合对该实施例进行描述的方面来实现，也可以以该方面的其他实施例来实现。当各实施例相互排斥或彼此不兼容时，对于本领域技术人员将是显而易见的。对于本领域技术人员来说显而易见的是，一些实施例可能就一个方面进行了描述，但是上述实施例也可以适用于其他方面。

附图说明

通过以下结合附图的具体实施方式，本发明的其他特征和优点变得显而易见，在附图中：

图1A是光子集成电路的示例的俯视图；

图1B是图1A中的光子集成电路的示例的侧视图；

图2是可以使用光子集成电路的实施例的LiDAR的简化示意图；

图3A是光子集成电路的实施例的俯视图；

图3B是图3A的实施例的侧视图；

图3C是光子集成电路的替代实施例的侧视图；

图4是示出了使用光子集成电路的实施例应用修正的效果的代表图；

图5是示出了参考图3C的实施例的随热源功率变化的热梯度的代表图；

图6A是示出了应用补偿来修正较小的无意折射率梯度的代表图；

图6B是示出了应用补偿来修正较大的无意折射率梯度的代表图；

图6C是被构造为提供结构化折射率分布的光子集成电路的实施例的俯视图；

图6D是在热源关闭且没有制造差异的情况下有效折射率与沿图6C的波导位置的关系的代表图；

图6E是示出结合了制造差异的结构化折射率分布的有效折射率与沿图6C的波导位置的关系的代表图；

图7是光子集成电路的实施例的俯视图；

图8是光子集成电路的实施例的侧视图；

图9是光子集成电路的实施例的侧视图；

图10是光子集成电路的实施例的侧视图；

图11是示出了在对热源供电的情况下示例光子集成电路的热梯度分布的代表图；

图12A是用于表征光子集成电路的系统的实施例的侧视图；

图12B是用于表征光子集成电路的系统的实施例的侧视图；

图13A是用于表征光子集成电路的系统的实施例的侧视图；

图13B是用于表征光子集成电路的系统的实施例的侧视图。

具体实施方式

本发明应用于光子集成电路的多种广泛应用中。通常而言，在应用修正来补偿制造期间可能产生的光子集成电路折射率的无意(unintentional)偏差有用的情况下，本发明可能是有用的。特别地，对于其中减少无意折射率偏差有用的较大的光子结构，本发明可能是有用的。举例来说，本申请从多个系列天线的角度描述了本发明的应用，例如，该多个系列天线可以存在于例如相控阵波导中。

本申请的附图和说明书描述了用于LiDAR应用的相控阵波导形式的代表性光子集成电路。本示例旨在说明将从本发明的应用中受益的应用，并且除了由权利要求的范围进行限定之外，无意进行限制。

当光沿着被图案化为衍射光栅的波导传播，且器件表面上方存在介质(通常是空气)时，器件将光发射到介质中，产生以发射角为中心的光束，该发射角对应于如下公知的光栅方程：

其中：

λ是定义的光在真空中的波长；

n_effective是在波长为λ时，波导的有效折射率；

n_medium是在波长为λ时，波导上方的介质的折射率(介质通常是空气，其折射率非常接近1)；

θ_emission是发射光与表面的法线之间的发射角(或对于接收器，是接收光与表面的法线之间的接收角)；

m为整数，表示光束的衍射级次(常见的值有-2、-1、+1、+2，其中+1是最常用的衍射级次)；以及，

Λ是光栅的节距(也称为光栅周期)。

如光栅方程所示，发射角取决于波导的有效折射率、波导的节距(pitch)、以及光的波长。将光栅方程重新整理为以下形式后，这种关系变得更加清楚：

对于给定波长的光，如果任一个或两个波导的有效折射率和沿着波导的天线的节距沿波导变化，则发射角也将沿波导变化。例如，波长的改变可以用于扫描光栅的发射角，从而扫描光束。通过调整波长以将光束设置为期望的发射角度，改变光的波长还可以用于修正整个光栅的整体制造误差。对于光栅上的有效参数变化的情况，也可以差异化地改变波导之间的光的波长。然而，改变光的波长并不能补偿沿着波导的制造不均匀性。

在光子集成电路的实施例的背景中描述本发明，其中，光子集成电路包括多个平行的波导，每个波导包括一系列天线。因此，多个系列天线彼此平行并且相互接近。在发射器的情况下，如本领域中已知的，通过改变每一系列天线的输入光的相位，相互接近允许对整个输出光束进行引导或转向。以上描述仅是一个有用的示例实施方式，并且一般而言，该应用也适用于单系列天线。

在本说明书中，天线用于将来自光子集成电路的光耦合到周围环境中，并且在本示例实施方式中，天线涉及具有发射功能的光学相控阵，应当理解，光学相控阵可以具有接收功能，在这种情况下，天线用于将来自周围环境的光耦合到光子集成电路中，并且此装置具有接收角而非发射角，该接收角同样满足前述光栅方程。为了简洁，本说明书主要从发射功能的角度撰写，但应理解，取决于特定的工业实施方式，天线通常可以是输入耦合器、输出耦合器、以及输入/输出耦合器中的任意一种或全部。

发射器的实施例包括用于发射光的激光器，接收器的实施例包括用于接收光的光电探测器。发射器的实施例包括天线，天线可用于将光从基板平面发射到周围环境中(即，将来自基板平面的光耦合至周围环境中)，接收器的实施例包括光捕获元件，光捕获元件可用于捕获来自周围环境的光(即，将来自周围环境的光耦合至基板平面中)。尽管如此，因为测量发射光束的特性相对简单，但是产生入射光束相对困难，所以为了校准或制造接收器的实施例，通过暂时或永久并入激光器从而临时将装置用作发射器可能是有利的。光子集成电路外部或内部的光开关可以用于选择性地将光电探测器或激光器耦合到天线。可选地，激光器可以暂时耦合到光子集成电路，并且随后由光电探测器替代。

如本领域中已知的，波导折射率的变化可以由温度的变化引起，这称为热光效应，并且，在大多数适用于光学相控阵的波导结构中，温度的升高会使折射率增加(正热光效应)。也可以使用负热光效应结构。一般来说，通常在波导的有源部分中使用热光特性，例如，用于改变通过该有源部分的光的相位。在某些结构中，可以将热光效应选择性地应用于一个光分支，以产生该光分支与未应用热光效应的另一光分支之间的相位差。使用热光效应的实际应用的一个示例是温度测量，例如光纤布拉格光栅(fibre Bragg grating，FBG)的使用，其中，可以通过穿过光栅的光的波长偏移的变化来测量温度的变化。

如现有技术中已知的，相关折射率是波导在激发态光学模式下的有效折射率，该有效折射率是根据公知的波导模式分析技术从波导的组成部分的几何结构和折射率中导出的，并且在波导具有光栅的情况下，沿着一个光栅周期对有效折射率进行平均。然而，为了简化本说明书中的命名，使用术语“折射率”。

由于半导体晶片上普遍存在的制造差异，材料成分可能会发生变化，从而导致晶片上不同位置的折射率差异。通常而言，在晶片上，材料成分在制造公差内相对平稳地变化。光子集成电路形成在晶片的一部分上，并且较小的电路将因此在电路上具有相对均匀的材料成分，从而在该光子集成电路中具有一致且均匀的折射率。然而，较大的光子集成电路在单个电路中更可能具有固有的制造差异，因为这些较大的光子集成电路在晶片上覆盖较大的面积，使得同一光学结构内的不同位置具有不同的光学特性，因此这种偏差会影响光子集成电路的操作。

较大的光子集成电路的示例包括例如至少一个波导，上述至少一个波导包括一系列天线，该一系列天线可以横跨光子集成电路上的一个或多个区域，这些区域具有制造过程中产生的无意折射率变化(即，由制造差异引起的无意制造折射率分布，其不同于贯穿整个光学结构的所需或期望的折射率分布)。光子集成电路的每个天线可以充当用于在波导与波导外部的环境之间耦合光的耦合器。例如，发射天线可以包括多个输出耦合器，而接收天线可以包括多个输入耦合器。

在一些实施例中，每一系列天线可以分布在相应的波导上，以提供沿着波导的一个或多个耦合区域。例如，该系列天线可以包括连续分布的天线，以提供沿波导设置的一个耦合区域。可选地，例如，该系列天线可以包括两组或两组以上的天线，以提供沿波导的相应的两个或两个以上的耦合区域。

在一些实施例中，波导和一系列天线可以是较大结构的一部分。例如，多个波导可以平行布置并在位置上彼此相互接近以提供光学相控阵，其中每个波导包括相应的一系列天线。

由于制造差异，制造折射率分布可能会跨多个波导以及沿上述多个波导的长度而变化。本申请提供了额外的修正机制，以作为对传统修正技术的替代或补充。

通常，波导之间的折射率差异可以通过有源电路部件将光提供到每个波导(例如通过改变输入到每个波导的光的相位或波长)来修正。这些已知的修正技术还可用于修正有效折射率的偏移，以解决对于特定应用而言用以制造电路的有效折射率太低或太高的问题。本申请提供了一种机制，该机制用于通过创建跨多个波导的热分布来解决潜在的制造差异。该热分布提供了热致折射率分布(即，热折射率分布)，当与制造折射率分布结合时，使得跨多个波导的有效折射率分布更均匀。

然而，使用现有的修正技术修正沿波导的折射率差异更困难。本申请提供了一种机制，该机制用于通过创建沿天线系列长度的热分布解决潜在的制造差异。该热分布提供了热致折射率分布(即，热折射率分布)，当与制造折射率分布结合时，该热致折射率分布使得沿一系列天线的有效折射率分布更均匀。

如前所述，制造差异通常在整个晶片上平稳地变化，因此，对于小型光子集成电路，折射率分布具有近似线性的梯度。然而，除了这种情况之外，还可能存在电路过大以至于折射率分布不太近似于线性梯度或者偏差不是平稳变化的情况。在这些情况下，提供非线性修正可能是有利的。应用通常考虑线性和非线性修正，其中线性修正是最常见的修正类型。

在一些实施例中，光子集成电路可以进一步被构造为提供非均匀的有意(intentional)结构化折射率分布。该结构化折射率分布可能产生相对于所需的有效折射率分布的偏移，这种偏移可以通过向热源供电来修正。结构化折射率分布的目的可以是确保任何制造差异都可以通过向多个热源供电来修正。

图1A是光子集成电路100的示例的俯视图。图1B是图1A中的光子集成电路的示例的侧视图。图1A和1B的示例用于发射光子集成电路。在该示例中，呈现了相控阵波导100，相控阵波导100可以例如用于将在LiDAR系统中使用的激光束进行转向。相控阵波导100构建在基板102上。图1A和图1B仅仅是代表性的，并且波导的数量、阵列的长度(L)、以及阵列的宽度(W)未按比例绘制。激光器105向分束器110提供光，分束器110将输入的激光束分入多个相控阵波导115。发射的输出光束具有如图1A所示的预期的近场横截面分布120。

在本示例以及在本申请提供的其他示例中，多个相控阵波导115中的每个波导包括沿该波导延伸的一系列天线。在图1A和图1B的简化示例以及本申请的其余附图中，由于附图未按比例绘制，因此可观察到离散可见的多个天线。在实际的实施方式中，阵列的长度L可以远大于阵列的宽度W。类似地，与宽度W和长度L相比，每个波导之间的间隔可以非常小。尽管可以看到多个离散的天线，但是在许多实际的实施方式中，可以呈现每个天线之间的间隔非常小的更多的天线。因此，在实际的实施方式的比例图上，可能难以区分特征。

这些示例旨在表示光子集成电路，并且示出的波导的数量、阵列的长度(L)、阵列的宽度(W)、天线的大小、天线的数量、以及天线的节距是出于说明的目的，并不一定代表实际的实施方式中的典型长度或数量。仅作为示例，使用1550nm光的示例性应用可以使用长度L约7mm和宽度W约4mm的阵列。波导的数量可以根据应用而变化，但是作为示例，可能存在约2000个波导节距约2μm的分离的波导。每个波导包括一系列天线。例如，可能存在约9000个光栅周期，其中以0.8μm的节距作为天线之间的中心距。这些尺寸和测量值仅供参考，并且具体的波导数量、波导长度、天线数量、以及天线之间的间距将根据应用和所用光的波长而变化。

图2是可以使用光子集成电路的实施例的LiDAR系统200的简化示意图。在该示例性应用中，发射器202包括激光器205，激光器205生成激光束，这些激光束将由光束转向器210进行转向，以通过窗口206发射。接收器204可以用于捕获和检测例如通过窗口206到达的反射光。在本应用中，因为发射光束的光束质量(即发散度)会影响LiDAR系统200进行的测量的精度，因此上述光束质量很重要。例如，如果发射光束的发散度大，则LiDAR可能无法区分高分辨率环境中的物体。

图3A是光子集成电路300的实施例的俯视图。光子集成电路300包括具有多个波导315的光学相控阵，其中每个波导315包括一系列天线，这些天线在图3A中可视地表示为沿着每个波导315的凹口，上述天线是分布式的或分散的。光子集成电路300构建在基板302上。

光子集成电路300的材料可以包括半导体和介电材料中的至少一种，例如：

·二氧化硅包层和硅波导芯

·二氧化硅或氮氧化硅包层和氮氧化硅芯

·包括磷化铟、砷化镓、砷化镓铝、磷化砷化铟镓的包层和III-V半导体芯

·铌酸锂

·具有扩散掺杂剂的玻璃

制造工艺可以包括标准制造工艺，例如传统的光刻图案化、横向蚀刻、离子注入、以及原子或离子扩散中的任何一个或全部。每个波导315可以包括一个芯层或多个芯层。可以通过蚀刻来对波导芯进行图案化，其中，蚀刻可以部分地或完全地蚀穿芯以去除材料。这种蚀刻可以同时改变波导芯的宽度和/或厚度。可选地，可以根据注入或扩散的原子或离子的密度来图案化波导芯或波导包层。

波导芯的厚度和图案可以沿波导标称恒定，或者上述的厚度和图案中的至少一个可以根据设计而变化，以产生所需的光学特性，例如光学相控阵的有效折射率和发射强度。

激光器305提供输入光束，分束器310将输入光束分到多个波导315上。分束器310可以包括无源部件和/或有源部件。在分束器310包括有源部件的情况下，分束器310也可以是光子集成电路300上的热源。有源部件(例如相位控制器)可以用于通过改变相位来对波导315之间的输出光束进行转向。在一些实施例中，有源部件可以进一步对波导之间的输入光应用修正以解决制造差异，该制造差异可能会产生跨多个波导315的整个宽度的无意折射率梯度(即，波导315之间的折射率差异)。因此，应当理解，分束器310可以将来自激光器305的输入光束分成一系列输出光束，每个输出光束以明确定义的分光比和明确定义的相位关系分别输入到相应的波导315中，可以调整分光比和/或相位关系来对输出光束进行转向。

在该示例中，激光器305的工作波长可以是从可见光到近红外的任何波长，通常为400nm至10μm。特别地，激光二极管由于其低成本和对人眼的不可见性，工作在905nm是有利的，光纤激光器由于其成熟性和较大的人眼安全功率极限，工作在1550nm是有利的。激光器305可以具有可调谐波长或固定波长。在激光器波长可调谐的情况下，可以对波长进行调谐以用于沿平行于波导315的方向对从光学相控阵发射出的光束进行转向。

尽管波导315示为连续且笔直的，并且在整个OPA(光学相控阵)区域具有发射光栅，但是其他布局也是可能的，例如具有没有光栅的区域的波导，以及包括弯曲波导的布局。一般来说，结构可以描述为至少一系列天线。在一些实施例中，取决于实施方式的要求，至少一系列天线中的每一系列天线可以分布为单个耦合区域，或者可以分布为界定一个以上的耦合区域。在本申请的附图中，天线示为沿每个波导315均匀地分布，从而形成了每个波导315的一个耦合区域。在一些实施例中，天线可以分布为在每个波导上界定一个以上的耦合区域。在一些实施例中，天线可以均匀地分布在整个耦合区域上。在一些实施例中，至少一个耦合区域中的天线分布可以不同于其他耦合区域。

还应当理解，如本领域中所知的，发射区域的强度沿波导变化，使得发射光束的局部强度具有所需形状，通常是中间强度大并在翼处下降到较低强度的高斯光束，该类型的光束在远场中具有最低发散度。在整个说明书中，光强应当理解为是指连续波光束的光功率，或者是脉冲光束的光能或时间平均光功率。

参见图3A，热源325位于波导315的热源端。参见图3B的侧视图，热沉330提供在波导315的对置的热沉端处并且与热源325隔开。优选地，热沉使用导热率比基板302其余部分高的材料(例如金属)形成。在本实施例中，热沉330方便地位于分束器310下方，不仅用作热源325的热沉，而且还用作分束器310的有源部件产生的任何热量的热沉，从而这些有源部件的热量不会影响波导315下方的基板302的温度分布。

在单个波导的情况下，该波导的一系列天线位于热源325和热沉330之间。在热源325处施加热量，以在热源325和热沉330之间产生温度梯度，并因此产生沿着该一系列天线(即，平行于且沿着每个波导内的光路)的温度梯度。可以通过例如向热源325供电，以在热源325处施加热量。由于温度梯度，沿该一系列天线产生了折射率梯度。

在一些实施例中，热源包括加热器，并且向加热器供电会在热源位置处产生热能。

在一个实施例中，折射率可以与到热沉330的距离成正线性变化或负线性变化，这种正线性变化或负线性变化由对应的正热光效应或负热光效应引起，并且这种变化的斜率可以与热源325和热沉330之间的热能差成线性比例。

为了修正无意制造折射率分布，可以以预定功率电平向热源供电，该预定功率电平产生的温度梯度足以补偿制造折射率分布。

可以使用校准程序来获得预定功率电平，其中，递增地向热源325供电。在发射器的情况下，可以在每个增量处对输出光束进行测量，以测量输出光束的光束质量。例如，可以通过输出光束的发散角来测量光束质量。增加电功率可以包括例如扫描、步进、迭代、或步入(walking-in)电功率。测量光束质量可以包括例如测量M平方参数(M-squaredparameter)、或测量某一强度处的远场光束的宽度(例如最大强度处的全宽或半宽、或1/e²强度处的全宽或半宽)。该测量可以沿一个轴或两个轴进行，其中，M平方参数较低或宽度较小表示光束质量较高(“较紧密”)。以M平方参数作为与理想的高斯光束相比的光束质量度量，在本领域中是公知的。

当测量的光束质量达到预定的容限(例如M平方参数)时，施加的补偿足以用于对抗由制造差异无意引起的制造折射率分布，从而产生具有所需光束质量的光束。例如，达到所需光束质量的光束可以具有小于预定容限角的发散角。

可以将测量到的足够补偿对应的热源功率锁定，以将当前施加的功率电平固定为预定功率电平，该预定功率电平随后可以在光子集成电路300的操作中使用。在制造光子集成电路300时，可以例如单次实施修正过程。在一些实施例中，可以多次实施修正过程，包括在制造光子集成电路300之后实施，以使得能够对光子集成电路300进行重新校准。

在接收器的情况下，可以实施类似的校准过程。在这种情况下，光束以预定的光束角度和光束强度被引导至接收器。在这种情况下，可以调整热源的功率，直到所接收的光束达到预定阈值水平。可以对接收天线进行校准，从而最大化在预定光束角度处的接收。在接收器的情况下，光束质量包括由至少一系列天线接收的接收光束的质量。

图3C是光子集成电路300的替代实施例的侧视图。在图3C的实施例中，绝缘层335横跨波导315的下方的基板的下表面，且在热源325和热沉330之间。绝缘层335可以由多种材料形成，包括在半导体制造工艺完成之后施涂的灌封料、塑料、或涂层。可选地，绝缘层335可以形成为初始基板335的一部分，诸如分束器310和波导315的部件被构建在该初始基板335上。从上到下贯穿绝缘层335的热阻可以大于从热源325到热沉330的热阻，使大部分热流是沿着基板302的，从而沿着基板302形成从热源325到热沉330的温度梯度。

在图3C的示例中，热沉330与分束器310通过薄基板层302隔开。仅作为示例，这是一种典型构造，其中绝缘层将有源部件与导电热沉330(例如金属热沉)隔开。在其他实施例中，取决于特定结构的材料要求，热沉330可以为分束器310提供基底。

图4是示出使用光子集成电路的实施例应用修正的效果的代表示意图。在图4的示例中，光束质量表示为发射光束的发散角。该图示出了发射光束的远场强度与发射角的关系，且发散角与该强度分布的宽度成比例。如图所示，在图4中，通过施加沿每一系列天线的修正性热分布的形式的补偿，可收紧输出光束以减小发散角。通过修正，发射光束的远场可以具有比原本情况更小的发散角。

图5是示出参考图3C的实施例的随热源功率变化的热梯度的代表图。图5上部的图的横轴表示沿着图5的下部中示出的物理实施例的对应位置，但该图未按比例绘制。如图所示的，分束器310邻接热沉330，因此，该区域中的有源部件产生的热量主要流向热沉330，而不影响波导315中的热梯度。图5示出了无热源功率(T₀)、低热源功率(T₁)、以及高热源功率(T₂)对波导315下方的热梯度的影响。

图6A是示出应用补偿来修正以制造折射率梯度形式存在的较小的无意制造折射率分布的代表图。如图所示，期望沿着特定波导的有效折射率分布没有变化。如果情况如此，则一系列天线中的每个天线将具有与该系列天线中的其他天线相同的有效折射率，并且在天线之间不存在非预期的偏差。在存在制造产生的较小的无意制造折射率分布、且这种折射率分布以制造折射率梯度的形式存在的情况下，可以通过向热源325供电来施加补偿。供电将在热源325和热沉330之间形成沿该系列天线的温度梯度。类似地，温度梯度将在热源325和热沉330之间形成沿该系列天线的相反的热折射率分布。通过调整施加给热源的功率电平，可以调整相反的热折射率分布的斜率，直到制造折射率分布被相反的热折射率分布抵消。

图6B是示出了应用补偿来修正较大的无意制造折射率梯度的代表图。图6B类似于图6A，但是示出了可以通过向热源325施加更多功率来补偿较大的无意制造折射率梯度。

如果由制造差异引起的无意制造折射率分布要求在热源325处的温度低于热沉330处的温度，则热沉330将需要比热源325更高的温度，以便实现均匀的有效折射率分布。在一些实施例中，热源325可用于加热或冷却基板302。但是，某些热源(例如电阻加热器)只能提高温度，而不能降低温度。尽管可以选择可用于提供冷却功能，以及同时提供加热功能和/或冷却功能的热源325，但通常来说，冷却器(例如热电冷却器)很难组装到光子集成电路上，并且其自身会产生难以消散的废热。

在一些较有利的实施例中，其中的热源325仅能够加热或冷却(通常是仅能够加热的加热器)，以便于确保制造折射率分布可通过施加热折射率分布修正(即，制造折射率分布与由热源引起的相反的热折射率分布斜率相反)，通过使天线系列的结构沿着天线系列的长度方向变化，在光子集成电路300中“构建”结构化折射率分布。结构化折射率分布提供了相对于理想的有效折射率分布的“偏移”，该“偏移”可以通过热源325进行修正。通常，偏移可以是足够大的折射率梯度，以解决预期的制造差异。

例如，以图6C为例，多个平行波导615位于基板602上。热源625位于波导615的热源端。如同之前提供的示例，每个波导615包括沿其长度的一系列天线。为了清楚起见，图6C中省略了天线的可视化描绘。在图6C的示例中，每个波导615的宽度从热沉端到热源端625逐渐减小，以在每个波导615中产生结构化折射率分布。

可以实现不同的横截面以获得结构化折射率分布，例如，通过沿着波导615改变通过蚀刻、注入、或扩散而呈现于PIC(光子集成电路)中的光刻特征的宽度或深度来实现。

可选地，作为另一示例，可以通过改变沿每一系列天线的占空比以产生结构化折射率分布。在本文中，占空比是每个天线的长度与每个天线之间的材料的长度之比。对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以使用其他方法来构造每个波导以使其具有结构化折射率分布。

可选地，作为产生结构化折射率分布的替代，可以将至少一系列天线构造为沿至少一系列天线的长度直接改变发射角。例如，一系列天线的天线节距可以沿该天线系列的长度而变化。该节距是每个天线之间的物理中心距。例如，在制造期间，可以按照期望的节距变化对天线进行光刻布置，以建立变化的节距。

如果装置制造理想，并且没有向热源325供电，则发射角将沿着一系列天线的长度变化，这是因为一系列天线的发射角既与其节距有关，也与整个一系列天线上的平均折射率有关。特别地，当热源是加热器并且没有对热源供电时，节距可以从热源端到对置的热沉端逐渐减小。在这种情况下，可以通过在热源端施加热量，以通过正热光效应对该一系列天线施加热折射率分布以补偿节距的变化，沿该系列天线产生更一致的发射角，从而降低了光束的发散，提高了光束的质量。

在本实施例中，一旦光子集成电路被校准，则有效折射率分布可能是不均匀的，但是因为发射角是有效折射率和节距的函数(如上所述)，所以沿着至少一系列天线的发射角将是均匀的。

因此，对于发射器，至少一系列天线包括至少一系列发射天线。在本示例中，至少一系列发射天线可以(例如通过改变节距)构造为提供沿至少一系列发射天线长度变化的发射角。可选地，至少一系列发射天线可以构造为提供沿至少一系列发射天线中的每一系列发射天线的长度变化的结构化折射率分布。这种结构的示例可以包括之前提供的变化的横截面和天线节距的示例。可选地，可以使用诸如材料类型、深度、或添加诸如涂层的其他材料的其他构造，以使折射率分布或发射角沿一系列天线发生变化。

在改变横截面时，可以改变的横截面参数包括芯的宽度、芯的厚度、芯和包层中的至少一个的成分。还可以使用超材料，其中，以远小于工作波长的特征长度对材料进行图案化，使得穿过波导的光受到超材料的影响，该超材料的折射率相对底层材料的折射率偏移。如本领域中已知的，超材料的图案的占空比可以光刻地改变，使得波导材料的折射率沿着波导的长度改变。

参见图6D，该固有的结构化折射率分布可以包括折射率梯度，该折射率梯度产生初始偏移折射率梯度，以确保任何由制造差异导致的梯度可以通过在热源625处施加热量来修正。

参见图6E，初始偏移梯度确保由制造引起的预期偏差(即，斜率为正或负的无意折射率梯度)可以通过向热源325供电来修正。由于结构化折射率分布(在本示例中，即，结构化折射率梯度)，由制造差异引起的无意制造折射率梯度的差异包括与偏移梯度相关的差异，并且因此将不会导致与所施加的热折射率分布(例如施加的热折射率梯度)具有相同的斜率符号的总折射率梯度。

波导615的横截面分布可以通过多种方式进行修改。例如，每个波导615的横截面分布可以从对置的热沉端到热源端减小，以产生以沿每个波导615的结构化折射率梯度的形式的固有结构化折射率分布。每个波导615的深度可以从对置的热沉端到热源端减小，以产生固有结构化折射率分布，该分布包括沿每个波导615的结构化折射率梯度。

在占空比变化的示例中，一系列天线中的连续天线之间的物理中心距可能是一致的，但是每个天线与其到另一个天线的间距的相对大小可能会沿该一系列天线的长度变化，以沿每个波导615产生结构化的折射率梯度。

图7是光子集成电路300的实施例的俯视图。在本实施例中，在热源端和对置的热沉端之间设置至少一个其他热源327。在本实施例中，热源327位于波导315的侧边并且平行于波导315，以修正垂直于波导315方向且横跨基板302的无意制造折射率分布。在本示例中，在光子集成电路300的上表面上有一对对置的热源327。在一些实施例中，沿着波导315的一侧或两侧可以具有一个或多个热源。

在校准时，可以通过逐渐调整每个对置的热源的功率并重新测量发射光束的光束质量，来选择性地测试每个对置的热源。当光束质量达到预定容限时，可以锁定热源的功率，以改变沿至少一系列天线设置的热梯度。

图8是光子集成电路300的替代实施例的侧视图。在本实施例中，在热源端和对置的热沉端之间设置有至少一个其他热源328。在本实施例中，上述至少一个热源328包括两个热源328，这两个热源328位于基板302下方，并横跨基板302的至少部分宽度，以修正斜率可能沿着波导315长度变化的无意折射率梯度。因此，尽管图3A的实施例只能施加沿着波导的接近线性的(一阶)温度梯度，但是图8的实施例可以施加更高阶的温度梯度，其中阶数等于或小于热源325和328的总数。例如，图8的示例性装置总共具有三个热源，因此可以实现线性、二阶、或三阶温度梯度。因此，这类实施例可以补偿相对于位置的更高阶的制造差异，例如本示例中的一阶、二阶、或三阶偏差。

在本示例中，上述至少一个其他热源328位于基板302下方，且位于绝缘层335中。在其他实施例中，上述至少一个其他热源328可以位于基板302中、基板302上方，并且如果上述至少一个其他热源328对输出光束是透明的，则可以位于波导315上方。热源325和热源328可以均匀或不均匀地隔开。

类似于图7的情况，可以独立评估图8中的至少一个其他热源，以查看光束质量在给定设置下是否有所改善。

图9是光子集成电路300的替代实施例的侧视图。在本实施例中，类似于图8中的至少一个其他热源328，热源325可以位于波导315平面的下方，例如位于基板302中(如图所示)或绝缘层335中(图9中未示出)。

图10是光子集成电路300的替代实施例的侧视图。在本实施例中，相比于图3A中热源325和热沉330的相应位置，热源325和热沉330具有波导315的交换后的端。例如在分束器310中没有有源部件的情况下，或者有源部件产生的热量不影响波导315下方的温度分布时，此实施例可能有用。在本实施例中，热源325示为位于波导315上方，但是其可以类似地位于波导下方。

图11是示出了在对热源供电的情况下光子集成电路300的示例模型的热梯度分布的代表图。该图基于与图3C的实施例类似的模型生成。因为值将根据光子集成电路300的材料选择和尺寸而变化，所以该图仅是示例性的。在本示例中，热源被设置为高于环境约150K，并产生一个向热沉倾斜的热梯度，该热沉在模型中位于0mm到2mm之间。如该模型所示，光子集成电路的整个宽度上的温度变化(从中心到边缘，如相应的虚线和实线所示)预期是最小的，并且因此，在光子集成电路的宽度范围内，不太可能出现预期之外的热梯度。

图12A是用于表征光子集成电路1200(例如相控阵)的系统的实施例的侧视图，通过接收由光子集成电路1200发射的发射光束1220来表征光子集成电路1200。向相控阵1205提供由诸如激光器的光源1215产生的光，该光源1215耦合到分束器1210，该分束器1210将供应的光分配给构成相控阵的至少一系列天线1205。至少一系列天线1205发射光束1220。未具体示出用于将激光器1215耦合到光子集成电路1200的元件，但如本领域中已知的，这些元件可以包括光纤、透镜、或只是芯片到芯片耦合。图12A未按比例绘制，因此这些部件的相对朝向和相对比例仅是示例性的。

发射光束1220的表征提供了发射光束1220的远场角分布的表示。具有较宽的远场角分布的发射光束1220具有较低的分辨率，并且因此被认为质量差于具有较窄的远场角分布的脉冲或连续发射光束1220。

设置光束分析仪(beam profiler，也称为光束轮廓分析仪)1225以接收发射光束1220。光束分析仪1225可用于测量光束1220的光强分布。在一些实施例中，光束分析仪1225可以位于台座(stage)上，该台座可用于在一个或多个维度上扫描光束分析仪1225，以完整地绘制出光强分布。在一些实施例中，光束分析仪1225可以包括台座，该台座用于在一个或多个方向上机械地扫描光束分析仪1225。图12A的光束分析仪1225可用于在一个方向上机械地扫描，以表征发射光束1220。在一些实施例中，光束分析仪1225可以包括可动镜，该可动镜与固定光电探测器结合使用，以扫描发射光束1220。

光束分析仪1225包括光电探测器，该光电探测器可用于接收至少对应于发射光束1220波长的一个或多个光波长。该光电探测器可以是单个光电探测器、一维光电探测器阵列、或二维光电探测器阵列。在一些实施例中，该光电探测器可以包括具有足够尺寸的二维阵列，从而不必机械地扫描光束分析仪1225以表征发射光束1220(即，描绘出发射光束1220的足够部分)。

在一些实施例中，光束分析仪1225的光捕获表面的朝向可以平行于所校准的光子集成电路1200的至少一系列天线1205。在一些实施例中，光束分析仪1225的光捕获表面的朝向可以与所校准的光子集成电路的上述至少一系列天线成一定的角度。在优选的布置中，如图12A所示，光束分析仪1225的光捕获表面垂直于发射光束1220的预期发射角。

在一些实施例中，如之前关于分束器310所述，分束器1210可以是有源分束器，并且可以由电驱动器调整。在此种实施例中，可以通过如上所述重复地表征发射光束1220并调整分束器1210以产生期望的光束分布，以对分束器1210进行校准。

图12B是示出了光束分析仪1225的实例的侧视图，该光束分析仪用于表征图3B的光子集成电路300。在图12B的实施例中，可以调整提供至热源的功率的功率电平。调整功率电平改变了光子集成电路300中的热分布，并且如上所述产生了热折射率分布。热折射率分布将改变发射光束1220的发散角。通过迭代地调整提供给热源325的功率的功率电平并测量发射光束1220产生的光强分布，可以对光子集成电路300进行校准，以确定与热折射率分布对应的预定功率电平，该热折射率分布能够抵消光子集成电路300的无意制造折射率分布。在一些实施例中，可以将功率电平固定在预定功率电平。在一些实施例中，可以将测量的光强分布与预期的光强分布进行比较，以确定预定功率电平。

图13A是用于表征光子集成电路1300(例如相控阵)的系统的实施例的侧视图，在图13A的实施例中，通过向衍射表面1360发射发射的校准光束1355的校准激光器1350来表征光子集成电路1300。取决于实施方式，校准光束1355可以是脉冲光束的或连续光束。衍射表面1360将校准光束1355重定向为由光子集成电路1300接收的衍射光束1365。在一些实施例中，校准激光器1350可以将校准光束1355直接引导至光子集成电路1300上，而无需使用中间衍射表面1360。对校准激光器1350和衍射表面1360中的至少一个的定向可以提供直接入射在光子集成电路1300上的光束，或者如图13A所示，可以提供以与光子集成电路1300的平面接收表面所成的一定角度入射到光子集成电路1300上的光束。

相控阵1305耦合到合束器1310，该合束器1310将由至少一系列天线1305接收的光合并，并且将合并的光引导至光子集成电路1300的其他部件，例如图13A所示的光电探测器1315。图13A未按比例绘制，因此这些部件的相对朝向和相对比例仅是示例性的。

校准激光器1350、衍射表面1360、以及至少一系列天线1305的相对位置可以是固定的，或者是可移动的。在图13A的实施例中，校准激光器1350可用于在一个维度上机械地扫描，以影响衍射光束1365在至少一系列天线1305上的分布。

在校准操作期间，校准激光器1350可发射具有固定强度或变化强度的校准光束1355。校准包括测量来自光电探测器1315的信号。

在一些实施例中，如之前关于分束器310所述，分束器1310可以是有源分束器，并且可以由电驱动器调整。在这样的实施例中，可以通过重复地测量来自光电探测器1315的信号并调整分束器1310以产生期望的信号电平，以对分束器1310进行校准。

图13B是示出用于校准光子集成电路1400的校准激光器1350的示例的侧视图。光子集成电路1400可以包括基板1402，该基板1402支撑至少一系列接收天线1415，至少一系列接收天线1415用于捕获入射在光子集成电路1400的接收上表面上的光。合束器1410收集由至少一系列接收天线1415捕获的光，并将合并的光引导至耦合至合束器1410的光电探测器1405。光子集成电路还包括位于至少一系列天线1415的热源端处的热源1425以及与热源1425隔开的热沉1430，热沉1430位于至少一系列天线1415的对置的热沉端处。在图13B的实施例中，热沉1430位于邻接光束组合器1410的位置。

在校准操作期间，可以激活校准激光器1350，并且可以由光电探测器1405对落在至少一系列天线1415上的光强进行测量。在本实施例中，可以在相对于光子集成电路1400的平面接收表面的入射角范围内扫描衍射光束1365形式的校准光束1355。对于光子集成电路1400的给定设置，至少一系列天线1415旨在更易于定向地接收光。因此，通过以不同的入射角引导校准光束1255，每个入射角将对入射光束具有相应的预期接受度(即，灵敏度)。光子集成电路1400中的制造差异可能会增加以特定入射角接收光的容限，即，降低至少一系列天线1415的方向灵敏度。

可以调整热源1425的功率电平以修正至少一系列天线1415的折射率的制造差异。特别地，可以调整热源1425的功率电平以收紧光子集成电路1400的有效接收角，并因此提供对以不同的入射角落在至少一系列天线1415上的光的更好区分。在校准期间，可以在入射角范围内扫描校准光束1255。对于给定的设置，至少一系列天线1415对于每个入射角具有预期的灵敏度。如果测量的光强与该入射角的预期光强不同，则至少一系列天线1415不能充分地区分入射角。例如，如果入射角在预期的光强分布的翼内，并且测量的光强高于该入射角的预期光强，则光束的发散度大于预期的发散度。可以调整提供给热源的功率，以修正至少一系列天线1415的制造折射率分布，将至少一系列天线1415的灵敏度收紧到预期的入射角度，并降低至少一系列天线1415对其他入射角度的灵敏度。

尽管已经参考本发明的具体特征和实施例描述了本发明，但是显然可以在不脱离本发明的情况下可以对其进行各种修改和组合。因此，说明书和附图应仅视为对由所附权利要求限定的本发明的说明，并且预期覆盖落入本发明范围内的任何和所有修改、变形、组合、或等同物。

Claims (14)

1.一种光子集成电路，包括：

基板；

至少一系列天线，横跨所述基板的耦合面；

热源，在所述至少一系列天线的热源端与所述基板热接触；以及

热沉，在所述至少一系列天线的对置的热沉端与所述基板热接触；

其中，激活所述热源在所述热源和所述热沉之间获得所述至少一系列天线的热折射率分布，所述至少一系列天线被构造为提供在所述热源端和所述对置的热沉端之间变化的结构化折射率分布，所述结构化折射率分布包括在所述热源端和所述热沉端之间的结构化折射率梯度，其中，所述结构化折射率梯度与所述热源被激活时提供的所述热折射率分布符号相反。

2.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中，所述至少一系列天线包括多个系列天线，所述多个系列天线平行布置并且在位置上彼此相互接近。

3.根据权利要求2所述的光子集成电路，其中，平行的所述多个系列天线包括光学相控阵。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光子集成电路，还包括：

有源部件，用于控制被引导至所述至少一系列天线中的光的相对光学相位。

5.根据权利要求4所述的光子集成电路，其中，所述有源部件位于所述基板上并与所述热沉热接触。

6.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中，所述至少一系列天线的横截面从所述对置的热沉端到所述热源端减小，以产生从所述对置的热沉端到所述热源端减小的折射率分布。

7.根据权利要求1或6所述的光子集成电路，其中，所述至少一系列天线的占空比在所述热源端和所述对置的热沉端之间变化，以提供所述结构化折射率分布。

8.根据权利要求7所述的光子集成电路，其中，所述至少一系列天线的节距在所述热源端和所述对置的热沉端之间变化，以提供所述结构化折射率分布。

9.根据权利要求8所述的光子集成电路，其中，至少一个其他热源沿所述至少一系列天线的一侧延伸。

10.根据权利要求9所述的光子集成电路，其中，所述至少一个其他热源横跨所述至少一系列天线。

11.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中，所述至少一系列天线被构造为提供沿所述至少一系列天线的长度的发射角变化或接收角变化，所述发射角变化或所述接收角变化与由所述热折射率分布引起的热发射角变化或热接收角变化符号相反。

12.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中，所述热源位于所述基板的所述耦合面的下方。

13.根据权利要求1所述的光子集成电路，还包括：

绝缘层，在所述至少一系列天线下面，并且在所述热沉和所述热源之间。

14.根据权利要求1或12所述的光子集成电路，其中，所述热源包括加热器。

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