CN112327270A - 一种片上集成混沌雷达芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种片上集成混沌雷达芯片及其制备方法，半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至耦合波导的输入端，并在耦合波导内产生初始混沌信号，部分初始混沌信号进入探测光波导并输出第一混沌信号，探测光衍射结构接收第一混沌信号并向目标物发射探测信号；部分初始混沌信号并输出参考光信号，第一光电探测器芯片接收参考光信号，并将参考光信号转换为参考信号；即，通过在衬底表面设置半导体激光器芯片、波导结构、第一光电探测器芯片和探测光衍射结构，在具有混沌激光雷达系统的基本功能的同时，解决了混沌激光雷达系统的结构复杂且尺寸较大的问题，具有较小的体积和较高的集成度，便于实现大规模集成。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种片上集成混沌雷达芯片及其制备方法。
背景技术
随着公共交通系统的飞速发展，无人驾驶汽车呈现迅猛发展，而在无人驾驶汽车领域，激光雷达无疑是最主要的器件之一。随之而来的，是对激光雷达抗干扰性和测距精度等性能的更高需求。
随着雷达技术及其频谱需求的日益增长，在相同带宽内共存的雷达信号面临着相互干扰的严重威胁(Jian Dai，et al.，IEEE Access，2020)。以脉冲激光器为信号源的雷达为例，通过发射重频脉冲，测量从目标反射回的每个脉冲的飞行时间，进而得到检测目标物的距离信息。脉冲激光雷达具有激光信号强、回波信号易于采集等优点，但是脉冲的周期性和规律性常常会导致距离模糊，并使激光雷达易受到同频信号的干扰而导致误判(IEEEIntelligent Vehicles Symposium(IV)，p.437–442，2015)。
为了减轻干扰，利用随机调制连续波方法的随机信号激光雷达方案被提出，即通过伪随机二进制序列调制连续激光。通过计算从目标后向散射的接收信号与参考信号之间的互相关，得到目标物的位置信息(Applied Optics，Vol.50(22)，p.4478–4488，2011)。该方案测量分辨率受电子器件和调制器的调制速度所限制，且伪随机码存在有限周期，当测量远距离目标时，不同周期间的随机码易受到干扰。
混沌信号是一种典型的宽带信号，具有宽带连续谱，类噪声的不可预测性，优异的距离和速度分辨率，在雷达领域具有广阔的应用前景(Nature Photonics，Vol.9(3)，p.151－162，2014)。混沌信号的非周期性和不可预测性决定了混沌激光雷达系统不会有距离模糊现象，可实现高测量精度，而且具有天然的抗干扰属性。2018年林凡异课题组提出一种3D脉冲混沌激光雷达系统，实现了毫米量级的测距精度(Optics Express，Vol.26(9)，p.12230－12241，2018)。
然而，混沌激光雷达系统虽然在测距精度上不断提升，但是其结构复杂，且尺寸较大，无法满足无人驾驶汽车对激光雷达器件高集成度、小体积的需求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有混沌激光雷达系统结构复杂且尺寸较大的缺陷，从而提供一种片上集成混沌雷达芯片及其制备方法。
本发明提供一种片上集成混沌雷达芯片，包括：
衬底；
设置于所述衬底表面的半导体激光器芯片；
设置于所述衬底上的波导结构，所述波导结构包括：探测光波导、参考光波导和耦合波导，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，所述耦合波导产生初始混沌信号；所述探测光波导适于接收部分初始混沌信号并输出第一混沌信号，所述参考光波导适于接收部分初始混沌信号并输出参考光信号；
设置于所述衬底表面的第一光电探测器芯片，所述第一光电探测器芯片接收所述参考光波导的输出端输出的参考光信号；
设置于所述衬底表面的探测光衍射结构，所述探测光衍射结构接收所述探测光波导的输出端输出的第一混沌信号。
可选的，所述波导结构包括导波层，所述导波层的材质为硅、氮化硅、氮氧化硅和掺锗氧化硅中的一种。
可选的，所述耦合波导包括耦合导波层，所述耦合导波层背离所述衬底的表面设置有若干分立的凸点。
可选的，所述耦合波导包括耦合导波层，所述耦合导波层具有相对的输入端和尾端，沿着从所述耦合波导的输入端到所述耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第二段区为反射光栅；
或者，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层。
可选的，所述参考光波导具有参考导波层，所述探测光波导具有探测导波层；所述参考导波层的输入端与耦合导波层的输出段连接，所述探测导波层的输入端与耦合导波层的输出段连接，所述耦合导波层具有输出段；
或者，所述耦合导波层的输出段位于所述参考导波层的输入端与所述探测导波层的输入端之间，所述参考导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段间隔，所述探测导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段间隔，所述参考导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段之间的距离不超过0.01μm，所述探测导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段之间的距离不超过0.01μm。
可选的，所述探测光衍射结构为衍射光栅。
可选的，所述探测光衍射结构适于输出探测信号；所述片上集成混沌雷达芯片还包括：设置于所述衬底表面且位于所述探测光衍射结构的侧部的回波接收衍射结构，所述回波接收衍射结构适于接收探测信号经目标物反射后形成的回波信号。
可选的，所述片上集成混沌雷达芯片还包括设置于所述衬底表面的第二光电探测器芯片和回波接收波导；所述回波接收衍射结构传输回波信号至回波接收波导，所述回波接收波导传输回波信号至第二光电探测器芯片。
可选的，所述回波接收衍射结构为衍射光栅。
可选的，所述片上集成混沌雷达芯片还包括设置于所述衬底上的第一电极，第一电极通过第一键合线与所述半导体激光器芯片电学连接；
设置于所述衬底上的第二电极，所述第二电极通过第二键合线与所述第一光电探测器芯片电学连接；所述第二电极通过第三键合线与所述第二光电探测器芯片电学连接；
设置于所述衬底上的第三电极，所述第三电极通过第四键合线与所述第一光电探测器芯片电学连接；
设置于所述衬底上的第四电极，所述第四电极通过第五键合线与所述第二光电探测器芯片电学连接；
所述第一电极和第二电极适于与供电模块连接，所述第三电极和第四电极适于与数据处理模块连接。
本发明还提供一种片上集成混沌雷达芯片的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底；
将半导体激光器芯片设置于所述衬底表面；
在所述衬底表面形成波导结构，所述波导结构包括：探测光波导、参考光波导和耦合波导，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，所述耦合波导产生初始混沌信号；所述探测光波导适于接收部分初始混沌信号并输出第一混沌信号，所述参考光波导适于接收部分初始混沌信号并输出参考光信号；
在所述衬底表面形成探测光衍射结构，所述探测光衍射结构接收所述探测光波导的输出端输出的第一混沌信号；
将第一光电探测器芯片设置于所述衬底表面，所述第一光电探测器芯片接收所述参考光波导的输出端输出的参考光信号。
可选的，所述片上集成混沌雷达芯片的制备方法还包括：将回波接收衍射结构设置于所述衬底表面，所述回波接收衍射结构位于所述探测光衍射结构的侧部。
可选的，所述片上集成混沌雷达芯片的制备方法还包括：
在所述衬底表面形成回波接收衍射结构，所述回波接收衍射结构位于所述探测光衍射结构的侧部，所述回波接收衍射结构适于接收探测信号经目标物反射后形成的回波信号；
在衬底表面形成回波接收波导；
将所述第二光电探测器芯片设置于所述衬底表面，所述回波接收衍射结构传输回波信号至回波接收波导，所述回波接收波导传输回波信号至第二光电探测器芯片。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，并在所述耦合波导内产生初始混沌信号，随后部分初始混沌信号进入所述探测光波导并输出第一混沌信号，所述探测光衍射结构接收第一混沌信号并向目标物发射探测信号；部分初始混沌信号并输出参考光信号，所述第一光电探测器芯片接收参考光信号，并将参考光信号转换为参考信号；即，通过在衬底表面设置半导体激光器芯片、波导结构、第一光电探测器芯片和探测光衍射结构，不仅能够向目标物发射探测信号，还能够获得参考信号，在具有混沌激光雷达系统的基本功能的同时，解决了混沌激光雷达系统的结构复杂且尺寸较大的问题，具有较小的体积和较高的集成度，便于实现大规模集成。
2.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片，所述耦合波导包括耦合导波层，所述耦合导波层背离所述衬底的表面设置有若干分立的凸点。所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号进入所述耦合波导后，激光信号在若干分立的凸点处可以发生若干次的漫反射，若干次的漫反射可以获得多种不同的反馈路径，同时各反馈路径的光程存在差别，使得激光信号在耦合导波层发生了非线性振荡，从而产生初始混沌信号。
3.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片，所述耦合波导包括耦合导波层，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，沿着从所述耦合波导的输入端到所述耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第二段区为反射光栅；或者，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层。所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号进入所述耦合波导后，激光信号在反射光栅或反射膜层处发生反射，反射光进入半导体激光器芯片，使得半导体激光器芯片发生扰动，从而产生初始混沌信号。
4.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片，所述耦合波导包括耦合导波层，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，沿着从所述耦合波导的输入端到所述耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第一段区背离所述衬底的表面设置有若干分立的凸点，所述第二段区为反射光栅；或者，所述耦合导波层背离所述衬底的表面设置有若干分立的凸点，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层。所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号进入所述耦合波导后，不仅由若干分立的凸点发生的非线性振荡，还在反射光栅或反射膜层处发生反射，即激光信号在耦合波导内的反馈路径数量增多，较多的反馈路径使得可以更快得到初始混沌信号，从而降低了混沌信号产生的迟延特性，提高了测试效率。
5.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片，通过所述回波接收衍射结构接收经目标物反射的回波信号，回波信号经回波接收波导传输至由第二光电探测器芯片，并由第二光电探测器芯片转换为回波信号。即，片上集成混沌雷达芯片不仅能够向目标物发射探测信号、获得参考信号，还能够获得回波信号，所述片上集成混沌雷达芯片的功能更加全面，具有更高的集成度。
6.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片，混沌信号及回波信号均在波导中传播，传输损耗更小，输出效率高。
7.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片，实现了半导体激光器芯片、第一光电探测器芯片及第二光电探测器芯片、探测光衍射结构、回波接收衍射结构、波导结构及回波接收波导的集成，在片上集成混沌雷达芯片制备完成后，上述部件在片上集成混沌雷达芯片中的位置就固定了，使得片上集成混沌雷达芯片具有结构稳定的特点，避免了常规混沌激光雷达系统中由于透镜的位置误差不利于信号的聚焦从而对测量精度产生影响，因此具有较高的机械稳定性和抗震动干扰性；同时，片上集成混沌雷达芯片属于片上水平耦合垂直发射芯片(Horizontal coupling vertical launch，HCVEL)，同时兼具水平耦合与垂直发射的优势，对于激光雷达芯片而言，该优势对于器件封装、应用均具有重要作用。
8.本发明提供的片上集成混沌雷达芯片的制备方法，通过在所述衬底上形成波导结构和探测光衍射结构，并将半导体激光器芯片和第一光电探测器芯片设置于所述衬底表面，制得了片上集成混沌雷达芯片，所述片上集成混沌雷达芯片不仅能够向目标物发射探测信号，还能够获得参考信号，在具有混沌激光雷达系统的基本功能的同时，解决了混沌激光雷达系统的结构复杂且尺寸较大的问题，具有较小的体积和较高的集成度，便于实现大规模集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明的提供的片上集成混沌雷达芯片的结构示意图；
图2为图1所示的第一种实施方式中耦合波导、参考光波导和探测光波导连接处的结构示意图；
图3为图1所示的第二种实施方式中耦合波导、参考光波导和探测光波导连接处的结构示意图；
图4为图1所示的第三种实施方式中耦合波导、参考光波导和探测光波导连接处的结构示意图；
图5为图1所示的第四种实施方式中耦合波导、参考光波导和探测光波导连接处的结构示意图；
图6为图1所示的第五种实施方式中耦合波导、参考光波导和探测光波导连接处的结构示意图；
图7为图1所示的第六种实施方式中耦合波导、参考光波导和探测光波导连接处的结构示意图；
图8为图1所示的第一衍射光栅沿A－A＇的截面示意图；
附图标记说明：
1－半导体激光器芯片；2－耦合波导；21－反射光栅；22－反射膜层；3－探测光波导；4－参考光波导；5－探测光衍射结构；6－回波接收衍射结构；7－第一光电探测器芯片；8－第二光电探测器芯片；9－第一电极；10－第二电极；11－第三电极；12－第四电极；13－衬底。
具体实施方式
常规混沌激光雷达系统通常包括混沌激光器、分束器、扩束器、会聚光学透镜、光电探测器、扫描反射镜、扫描平台、接收器、数字相关器、信号处理器、声光报警器和显示器，混沌激光器可以由光纤依次连接的激光器II、光纤耦合器、光纤可变反射镜，以及与光纤耦合器另一输出端光连接的非球面透镜构成。混沌激光器产生的混沌激光射入到分束器，分束器将混沌激光分成透射光和反射光，反射光作为参考光依次输入到会聚光学透镜和光电探测器，光电探测器将参考光转变为电信号后再输入到数字相关器；透射光作为探测光依次输入到扩束器和固定在扫描平台上的扫描反射镜，扫描反射镜发射探测光，并扫描探测目标障碍物：障碍物的后向散射或反射光被扫描平台上的接收器接收并转化为电信号输入数字相关器；数字相关器将电信号连接到信号处理器后再将电信号分别连接到显示器和声光报警器。
然而，混沌激光雷达系统中各部件体积较大，且各部件仅是电学连接，彼此之间依旧是分离设置的，这造成混沌激光雷达系统结构复杂且尺寸较大，这使使用环境十分受限。
在此基础上，本实施例提供一种片上集成混沌雷达芯片，包括：衬底；设置于所述衬底表面的半导体激光器芯片；设置于所述衬底上的波导结构，所述波导结构包括：探测光波导、参考光波导和耦合波导，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，所述耦合波导产生初始混沌信号；所述探测光波导适于接收部分初始混沌信号并输出第一混沌信号，所述参考光波导适于接收部分初始混沌信号并输出参考光信号；设置于所述衬底表面的第一光电探测器芯片，所述第一光电探测器芯片接收所述参考光波导的输出端输出的参考光信号；设置于所述衬底表面的探测光衍射结构，所述探测光衍射结构接收所述探测光波导的输出端输出的第一混沌信号。上述片上集成混沌雷达芯片，具有较小的体积和较高的集成度。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本实施例提供一种片上集成混沌雷达芯片，包括：
衬底13；
设置于所述衬底13表面的半导体激光器芯片1；
设置于所述衬底13上的波导结构，所述波导结构包括：探测光波导3、参考光波导4和耦合波导2，所述半导体激光器芯片1的输出端输出激光信号至所述耦合波导2的输入端，所述耦合波导2产生初始混沌信号；所述探测光波导3适于接收部分初始混沌信号并输出第一混沌信号，所述参考光波导4适于接收部分初始混沌信号并输出参考光信号；
设置于所述衬底13表面的第一光电探测器芯片7，所述第一光电探测器芯片7接收所述参考光波导4的输出端输出的参考光信号；
设置于所述衬底13表面的探测光衍射结构5，所述探测光衍射结构5接收所述探测光波导3的输出端输出的第一混沌信号。
上述片上集成混沌雷达芯片，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，并在所述耦合波导内产生初始混沌信号，随后部分初始混沌信号进入所述探测光波导并输出第一混沌信号，所述探测光衍射结构接收第一混沌信号并向目标物发射探测信号；部分初始混沌信号并输出参考光信号，所述第一光电探测器芯片接收参考光信号，并将参考光信号转换为参考信号；即，通过在衬底表面设置半导体激光器芯片、波导结构、第一光电探测器芯片和探测光衍射结构，不仅能够向目标物发射探测信号，还能够获得参考信号，在具有混沌激光雷达系统的基本功能的同时，解决了混沌激光雷达系统的结构复杂且尺寸较大的问题，具有较小的体积和较高的集成度，便于实现大规模集成。
具体的，上述衬底13可以为硅基衬底；所述半导体激光器芯片1、第一光电探测器芯片7和第二光电探测器芯片8固定于所述衬底13上，所述固定方式包括但不限于粘贴。此外，所述半导体激光器芯片1还可以直接采用半导体工艺生长在衬底13上，这使得在上述片上集成混沌雷达芯片中半导体激光器芯片1具有更高的机械稳定性。
在本实施例中，所述波导结构为条形波导，所述波导结构包括导波层。具体的，所述导波层的材质为硅、氮化硅、氮氧化硅和掺锗氧化硅中的一种。所述波导结构直接形成于所述衬底13上。
当所述导波层的材质为硅时，所述波导结构包括设置在硅衬底上的氧化硅层和设置在所述氧化层上的硅层，所述硅层构成导波层，这种结构的波导结构称为SOI(绝缘层上硅)波导。硅层与上方的空气层和下方的氧化硅层存在折射率差，从而能够对光构成约束，使光在导波层中沿着波导结构传播。形成所述波导结构包括以下步骤：首先在硅衬底上生长氧化硅层，在氧化硅层上再生长硅层。进一步地，所述SOI波导可以为条型(strip)波导、大截面积脊型(rib/ridge)波导、新型的槽型(slot)波导、光子晶体(PhC)波导、亚波长光栅(SWG)波导、亚波长光栅槽(SWGS)波导、表面等离子激元槽(SPP－slot)波导中的一种。
当所述导波层的材质为氮化硅时，所述波导结构包括设置在硅衬底上的氧化硅层和设置在所述氧化层上的氮化硅层，所述硅层构成导波层。其中，所述氮化硅层为条形，或所述氮化硅层的垂直于其延伸方向的截面为T形。氮化硅层与上方的空气层和下方的氧化硅层存在折射率差，从而能够对光构成约束，使光在导波层中沿着波导结构传播。
当所述导波层的材质为掺锗氧化硅时，所述波导结构包括设置在硅衬底上的氧化硅层，所述氧化硅层的垂直于其延伸方向的截面的中心掺杂有锗元素形成掺锗氧化硅层。形成所述波导结构包括以下步骤：首先在硅衬底上生长氧化硅层，对中心处的氧化硅进行锗掺杂以提高折射率，从而与四周的未掺杂二氧化硅存在折射率差，从而能够对光构成约束，使光在导波层中沿着波导结构传播。
作为第一种可选的实施方式，所述耦合波导2包括耦合导波层，所述耦合导波层背离所述衬底13的表面设置有若干分立的凸点。所述半导体激光器芯片1的输出端输出激光信号进入所述耦合波导2后，激光信号在若干分立的凸点处可以发生若干次的漫反射，若干次的漫反射可以获得多种不同的反馈路径，同时各反馈路径的光程存在差别，使得激光信号在耦合导波层发生了非线性振荡，从而产生初始混沌信号。
具体的，通过对耦合导波层进行掺杂处理或缺陷处理得到所述凸点；其中所掺杂的元素为P、As、B中的至少一种，掺杂剂量为e12atom/nm3量级；所述缺陷处理的方法为电化学腐蚀或物理刻蚀。
作为第二种可选的实施方式，所述耦合波导2包括耦合导波层，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，沿着从所述耦合波导的输入端到所述耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第二段区为反射光栅21；或者，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层22。所述半导体激光器芯片1的输出端输出激光信号进入所述耦合波导2后，激光信号在反射光栅21或反射膜层22处发生反射，反射光进入半导体激光器芯片1，使得半导体激光器芯片1发生扰动，从而产生初始混沌信号。
具体的，上述反射光栅21包括平行设置的若干条状凸起，反射光栅21中的条状凸起之间的间距相等，反射光栅21中的任一条状凸起的延伸方向垂直于所述第一段区的延伸方向。具体的，通过对耦合导波层的第二段区进行刻蚀得到所述反射光栅21，刻蚀的深度小于所述耦合导波层的厚度。
具体的，所述反射膜层22的材质为氧化锗或三氧化二铝，反射膜层22反射率大于0.9，以保证90％以上的光被反射。
作为第三种可选的实施方式，所述耦合波导2包括耦合导波层，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，沿着从所述耦合波导2的输入端到所述耦合波导2的耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第一段区背离所述衬底13的表面设置有若干分立的凸点，所述第二段区为反射光栅21；或者，所述耦合导波层背离所述衬底13的表面设置有若干分立的凸点，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层22。具体的，反射光栅21的条状凸起及凸点的设置方式参考上文，在此不再赘述。所述半导体激光器芯片1的输出端输出激光信号进入所述耦合波导2后，不仅由若干分立的凸点发生的非线性振荡，还在反射光栅21或反射膜层22处发生反射，即激光信号在耦合波导2内的反馈路径数量增多，较多的反馈路径使得可以更快得到初始混沌信号，从而降低了混沌信号产生的迟延特性，提高了测试效率。
需要理解的是，混沌信号的产生方式包括但不限于上述方式，还可以通过互注入方式或混合扰动方式获得混沌信号。具体的，互注入方式即提供两个半导体激光器芯片，一个半导体激光器芯片的产生光信号注入另一半导体激光器芯片，以为光信号提供外加自由度，从而产生混沌信号；混合扰动方式则是耦合波导与两个半导体激光器芯片共同作用。
所述参考光波导4具有参考导波层，所述探测光波导3具有探测导波层，所述耦合导波层具有输出段。耦合导波层产生的初始混沌信号由所述耦合导波层的输出段发生分流，分别进入所述参考导波层的输入端和所述探测导波层的输入端，所述探测光波导输出第一混沌信号，所述参考光波导输出参考光信号。
作为一种可选的实施方式，所述参考导波层的输入端与耦合导波层的输出段连接，所述探测导波层的输入端与耦合导波层的输出段连接。
具体的，如图2所示，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，所述耦合导波层背离所述衬底13的表面设置有若干分立的凸点，所述耦合导波层的部分区域构成所述耦合导波层的输出段，所述耦合尾端的端面属于所述输出段的一个表面，所述输出段参考图2中的虚线框所指的区域。所述耦合导波层的输出段分别与所述参考导波层的输入端和所述探测导波层的输入端连接，连接处呈Y形。耦合导波层产生的初始混沌信号由所述耦合导波层的输出段发生分流，分别进入所述参考导波层的输入端和所述探测导波层的输入端，所述探测光波导输出第一混沌信号，所述参考光波导输出参考光信号。
如图3所示，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，沿着从所述耦合波导2的输入端到所述耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第二段区为反射光栅21，所述第一段区的部分区域构成所述耦合导波层的输出段，且所述耦合尾端的端面属于所述输出段的一个表面，所述输出段参考图3中的虚线框所指的区域。如图3所示，所述耦合导波层与所述参考光波导4的输入端的连接位置位于所述耦合导波层的输出段的侧壁，所述耦合导波层与所述探测光波导3的输入端的连接位置位于所述耦合导波层的输出段的侧壁，且所述耦合导波层与所述参考光波导4的输入端的连接位置与所述耦合导波层与所述探测光波导3的输入端的连接位置分设于所述耦合波导2的两侧。进一步地，当所述第一段区背离所述衬底13的表面还设置有若干分立的凸点时，波导结构的连接方式也参考本方式，在此不再赘述。
如图4所示，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层22，所述耦合导波层的部分区域构成所述耦合导波层的输出段，所述耦合尾端的端面属于所述输出段的一个表面，所述输出段参考图4中的虚线框所指的区域。所述耦合导波层与所述参考光波导4的输入端的连接位置位于所述耦合导波层的输出段的侧壁，所述耦合导波层与所述探测光波导3的输入端的连接位置位于所述耦合导波层的输出段的侧壁，且上述两个连接位置分设于所述耦合波导2的两侧。进一步地，当所述耦合导波层背离所述衬底13的表面还设置有若干分立的凸点时，波导结构的连接方式也参考本方式，在此不再赘述。
作为另一种可选的实施方式，所述耦合导波层的输出段位于所述参考导波层的输入端与所述探测导波层的输入端之间，所述参考导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段间隔，所述探测导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段间隔，所述参考导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段之间的距离不超过0.01μm，所述探测导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段之间的距离不超过0.01μm。初始混沌信号传输至耦合导波层的输出段会发生溢出，由于所述耦合导波层的输出段与所述探测光波导3的输入端、所述参考光波导4的输入端的间距均较小，使得溢出的混沌信号能够分别进入所述探测光波导3的输入端和所述参考光波导4的输入端。
具体的，如图5所示，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，所述耦合导波层背离所述衬底13的表面设置有若干分立的凸点，所述耦合尾端及与所述耦合尾端相连的部分区域的形状为三棱锥形，且耦合导波层的三棱锥结构的尖部背离所述耦合导波层的输入端，所述耦合导波层的三棱锥结构构成所述耦合导波层的输出段。所述探测光波导3的输入端及与探测光波导3的输入端相连的部分区域的形状为三棱锥形，且探测光波导3的三棱锥形结构的尖部背离所述探测光波导3的输出端。所述参考光波导4的输入端及与参考光波导4的输入端相连的部分区域的形状为三棱锥形，且参考光波导4的三棱锥结构的尖部背离所述参考光波导4的输出端。所述耦合导波层的输出段位于所述探测光波导3的三棱锥形结构与所述参考光波导4的三棱锥结构之间；所述耦合导波层的输出段朝向所述探测光波导3的三棱锥形结构的表面与探测光波导3的三棱锥形结构朝向所述耦合导波层的输出段相互平行，两表面之间的距离不超过0.01μm；所述耦合导波层的输出段朝向所述参考光波导4的三棱锥形结构的表面与参考光波导4的三棱锥形结构朝向所述耦合导波层的输出段相互平行，两表面之间的距离不超过0.01μm。
如图6所示，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，沿着从所述耦合波导2的输入端到所述耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第二段区为反射光栅21，所述第一段区具有相对的输入端和第一段尾端，所述耦合导波层的部分区域构成所述耦合导波层的输出段，所述耦合尾端的端面属于所述输出段的一个表面，所述输出段参考图6中的虚线框所指的区域。所述探测光波导3的输入端及与探测光波导3的输入端相连的部分区域的形状为三棱锥形，且探测光波导3的三棱锥形结构的尖部背离所述探测光波导3的输出端。所述参考光波导4的输入端及与参考光波导4的输入端相连的部分区域的形状为三棱锥形，且参考光波导4的三棱锥结构的尖部背离所述参考光波导4的输出端。所述耦合导波层的输出段位于所述探测光波导3的三棱锥形结构与所述参考光波导4的三棱锥结构之间；所述耦合导波层的输出段朝向所述探测光波导3的三棱锥形结构的表面与探测光波导3的三棱锥形结构朝向所述耦合导波层的输出段相互平行，两表面之间的距离不超过0.01μm；所述耦合导波层的输出段朝向所述参考光波导4的三棱锥形结构的表面与参考光波导4的三棱锥形结构朝向所述耦合导波层的输出段相互平行，两表面之间的距离不超过0.01μm。进一步地，当所述第一段区背离所述衬底13的表面还设置有若干分立的凸点时，波导结构的连接方式也参考本方式，在此不再赘述。
如图7所示，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层22，所述耦合导波层的部分区域构成所述耦合导波层的输出段，所述耦合尾端的端面属于所述输出段的一个表面，所述输出段参考图7中的虚线框所指的区域；所述探测光波导3的输入端及与探测光波导3的输入端相连的部分区域的形状为三棱锥形，且探测光波导3的三棱锥形结构的尖部背离所述探测光波导3的输出端。所述参考光波导4的输入端及与参考光波导4的输入端相连的部分区域的形状为三棱锥形，且参考光波导4的三棱锥结构的尖部背离所述参考光波导4的输出端。所述耦合导波层的输出段位于所述探测光波导3的三棱锥形结构与所述参考光波导4的三棱锥结构之间；所述耦合导波层的输出段朝向所述探测光波导3的三棱锥形结构的表面与探测光波导3的三棱锥形结构朝向所述耦合导波层的输出段相互平行，两表面之间的距离不超过0.01μm；所述耦合导波层的输出段朝向所述参考光波导4的三棱锥形结构的表面与参考光波导4的三棱锥形结构朝向所述耦合导波层的输出段相互平行，两表面之间的距离不超过0.01μm。进一步地，当所述耦合导波层背离所述衬底13的表面还设置有若干分立的凸点时，波导结构的连接方式也参考本方式，在此不再赘述。
作为一种可选的实施方式，在所述半导体激光器芯片1的输出端和所述耦合波导2的输入端之间设置有第一锲形耦合器，所述第一锲形耦合器呈棱台形。在所述第一锲形耦合器相互平行的两表面中，面积较大的表面朝向半导体激光器芯片1的输出端且与半导体激光器芯片1的输出端连接，面积较小的表面朝向耦合波导2的输入端且与耦合波导2的输入端连接，以使半导体激光器芯片1的输出端输出激光信号至所述耦合波导2的输入端。具体的，所述第一锲形耦合器的材质与所述耦合导波层的材质相同，其可以直接形成在所述衬底13上；进一步地，所述第一锲形耦合器与所述耦合导波层的制备方法相同，所述第一锲形耦合器与所述耦合导波层一同形成。
作为另一种可选的实施方式，所述半导体激光器芯片1的输出端与所述耦合波导2的输入端的间距不超过0.01μm，通过限定上述间距使得半导体激光器芯片1的输出端输出激光信号至所述耦合波导2的输入端。
作为一种可选的实施方式，在所述参考光波导4的输出端和所述第一光电探测器芯片7的输入端之间设置有第二锲形耦合器，所述第二锲形耦合器呈棱台形。在所述第二锲形耦合器相互平行的两表面中，面积较大的表面朝向第一光电探测器芯片7的输入端且与第一光电探测器芯片7的输入端连接，面积较小的表面朝向参考光波导4的输出端且与参考光波导4的输出端连接，以使来自参考光波导4的输出端的参考光信号传输至所述第一光电探测器芯片7的输入端。具体的，所述第二锲形耦合器的材质与所述参考导波层的材质相同，其可以直接形成在所述衬底13上；进一步地，所述锲形耦合器与所述参考导波层的制备方法相同，所述锲形耦合器与所述参考导波层一同形成。
作为另一种可选的实施方式，所述参考光波导4的输出端和所述第一光电探测器芯片7的输入端的间距不超过0.01μm，通过限定上述间距使得来自参考光波导4的输出端的参考光信号传输至所述第一光电探测器芯片7的输入端。
在本实施例中，所述探测光衍射结构5为第一衍射光栅，所述第一衍射光栅包括平行设置的若干条状凸起，所述第一衍射光栅中的条状凸起之间的间距相等，第一衍射光栅中的任一所述条状凸起垂直于所述探测光波导3的输出端。所述第一衍射光栅的栅距和周期决定了所述片上集成混沌雷达芯片中探测信号的传输方向。图7为第一衍射光栅沿A－A＇的截面示意图。具体的，通过对靠近探测光波导3的输出端的衬底13表面进行刻蚀得到所述第一衍射光栅。
在本实施例中，所述片上集成混沌雷达芯片还包括：设置于所述衬底13表面且位于所述探测光衍射结构5的侧部的回波接收衍射结构6，所述回波接收衍射结构6适于接收探测信号经目标物反射后形成的回波信号。上述片上集成混沌雷达芯片不仅能够向目标物发射探测信号、获得参考信号，还能够获得回波信号，所述片上集成混沌雷达芯片的功能更加全面，具有更高的集成度。
进一步地，所述片上集成混沌雷达芯片还包括：设置于所述衬底13表面的第二光电探测器芯片8和回波接收波导；所述回波接收衍射结构6传输回波信号至回波接收波导，所述回波接收波导传输回波信号至第二光电探测器芯片8。
进一步地，所述回波接收衍射结构6为第二衍射光栅。所述第二衍射光栅包括平行设置的若干条状凸起，所述第二衍射光栅中的条状凸起之间的间距相等，第二衍射光栅中的任一所述条状凸起垂直于所述回波接收波导的输入端。所述第二衍射光栅的栅距和周期与所述回波信号的传输方向相关。具体的，通过对靠近回波接收波导的输入端的衬底13表面进行刻蚀得到所述第二衍射光栅。
进一步地，回波接收波导可直接形成于所述衬底13上，其制备方法与上述波导结构相同，可与上述波导结构一同形成。
本实施例提供的片上集成混沌雷达芯片，混沌信号及回波信号均在波导中传播，传输损耗更小，输出效率高。这是因为：与空间光学相比，混沌信号及回波信号均在波导中传播，因此不存在空气传输损耗；光纤传输损耗系数为2dB/km左右，在混沌激光雷达系统中光纤长度至少在几厘米，可见光纤传输的总损耗大于2＊10－5dB，硅波导损耗系数在10－2dB/m，片上集成芯片总面积也仅为几个纳米至几微米，可见硅波导总损耗小于10－8dB。由此可见，传输损耗更小，使得信号传输损耗更小。
作为一种可选的实施方式，在所述回波接收波导的输出端和所述第二光电探测器芯片8的输入端之间设置有第三锲形耦合器，所述第三锲形耦合器呈棱台形。在所述第二锲形耦合器相互平行的两表面中，面积较大的表面朝向第二光电探测器芯片8的输入端且与第二光电探测器芯片8的输入端连接，面积较小的表面朝向回波接收波导的输出端且与回波接收波导的输出端连接，以使来自回波接收波导的输出端的回波信号传输至所述第二光电探测器芯片8的输入端。
具体的，所述回波接收波导包括回波导波层，所述第三锲形耦合器的材质与所述回波导波层的材质相同，其可以直接形成在所述衬底13上；进一步地，所述第三锲形耦合器与所述回波接收波导的制备方法相同，所述第三锲形耦合器与所述回波接收波导一同形成。
作为另一种可选的实施方式，所述回波接收波导的输出端和所述第二光电探测器芯片8的输入端的间距不超过0.01μm，通过限定上述间距使得来自回波接收波导的输出端的回波信号传输至所述第二光电探测器芯片8的输入端。
在本实施例中，所述片上集成混沌雷达芯片还包括设置于所述衬底13上的第一电极9，第一电极9通过第一键合线与所述半导体激光器芯片1电学连接；设置于所述衬底13上的第二电极10，所述第二电极10通过第二键合线与所述第一光电探测器芯片7电学连接；所述第二电极10通过第三键合线与所述第二光电探测器芯片8电学连接；设置于所述衬底13上的第三电极11，所述第三电极11通过第四键合线与所述第一光电探测器芯片7电学连接；设置于所述衬底13上的第四电极12，所述第四电极12通过第五键合线与所述第二光电探测器芯片8电学连接；所述第一电极9和第二电极10适于与供电模块连接以分别为所述半导体激光器芯片1、所述第一光电探测器芯片7和所述第二光电探测器芯片8供电，所述第三电极11和第四电极12适于与数据处理模块连接，以将参考光信号和回波信号进行相关处理以得出回波信号延迟时间，从而实现目标的距离探测。
具体的，两个所述第一电极9位于所述衬底13的一侧表面的边缘，且均靠近所述半导体激光器芯片1设置；两个所述第二电极10位于所述衬底13的一侧表面的边缘，且靠近所述第一光电探测器芯片7和第二光电探测器芯片8设置；所述第三电极11位于所述衬底13的一侧表面的边缘，且靠近第一光电探测器芯片7设置；所述第四电极12位于所述衬底13的一侧表面的边缘，且靠近第二光电探测器芯片8设置。
进一步地，如图1所示，两个所述第一电极9分别位于所述半导体激光器芯片1两侧；一个所述第二电极10位于所述第一光电探测器芯片7远离所述第二光电探测器芯片8的一侧，另一个所述第二电极10位于所述第二光电探测器芯片8远离所述第一光电探测器芯片7的一侧；所述第三电极11和第四电极12设置于两个所述第二电极10之间。
需要理解的是，本实施例中第一电极9、第二电极10、第三电极11和第四电极12的具体设置位置包括但不限于上述设置方式，在保证各电极及各键合线互相不存在电气串扰的前提下，可以合理优化位置，以进一步减小芯片体积。
本实施例提供的片上集成混沌雷达芯片，实现了半导体激光器芯片、第一光电探测器芯片及第二光电探测器芯片、探测光衍射结构、回波接收衍射结构、波导结构及回波接收波导的集成，在片上集成混沌雷达芯片制备完成后，上述部件在片上集成混沌雷达芯片中的位置就固定了，使得片上集成混沌雷达芯片具有结构稳定的特点，避免了常规混沌激光雷达系统中由于透镜的位置误差不利于信号的聚焦从而对测量精度产生影响，因此具有较高的机械稳定性和抗震动等干扰性；同时，片上集成混沌雷达芯片属于片上水平耦合垂直发射芯片(Horizontal coupling vertical launch，HCVEL)，同时兼具水平耦合与垂直发射的优势，对于激光雷达芯片而言，该优势对于器件封装、应用等均具有重要作用。
本实施例提供的片上集成混沌雷达芯片的工作原理为：
(1)半导体激光器芯片1在来自供电模块的驱动电流作用下输出激光信号，激光信号耦合进入耦合波导2，在耦合波导2的多维不定长反馈和反馈光栅作用下，扰动半导体激光器芯片1，输出混沌信号；
(2)来自耦合波导2的混沌信号发生分束，一部分混沌信号耦合进入探测光波导3随后经探测光衍射结构5进入空间中，向目标物发射雷达探测信号；另一部分混沌信号耦合进入参考光波导4，在第一光电探测器芯片7作用下转换为参考信号，随后由第三电极11输出至数据处理模块；
(3)经目标物反射的回波信号由回波接收衍射结构6接收，随后传输至由第二光电探测器芯片8，并由第二光电探测器芯片8转换为回波信号，随后由第四电极12输出至数据处理模块；
(4)参考信号和回波信号在数据处理模块进行处理：首先利用互相关法测量出混沌探测光在自由空间的往返飞行时间τ，随后待测目标的距离利用公式
计算得出，其中c表示光在全气中的传播速度。
本发明另一实施例还提供一种片上集成混沌雷达芯片的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底13；
将半导体激光器芯片1设置于所述衬底13表面；
在所述衬底13表面形成波导结构，所述波导结构包括探测光波导3、参考光波导4和耦合波导2，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，所述耦合波导产生初始混沌信号；所述探测光波导适于接收部分初始混沌信号并输出第一混沌信号，所述参考光波导适于接收部分初始混沌信号并输出参考光信号；
在所述衬底13表面形成探测光衍射结构5，所述探测光衍射结构接收所述探测光波导的输出端输出的第一混沌信号；
将第一光电探测器芯片7设置于所述衬底13表面，所述第一光电探测器芯片接收所述参考光波导的输出端输出的参考光信号。
上述片上集成混沌雷达芯片的制备方法，通过在所述衬底13上形成波导结构和探测光衍射结构5，并将半导体激光器芯片1和第一光电探测器芯片7设置于所述衬底13表面，制得了片上集成混沌雷达芯片，所述片上集成混沌雷达芯片不仅能够向目标物发射探测信号，还能够获得参考信号，在具有混沌激光雷达系统的基本功能的同时，解决了混沌激光雷达系统的结构复杂且尺寸较大的问题，具有较小的体积和较高的集成度，便于实现大规模集成。
进一步地，所述衬底13可以为硅基衬底。
具体的，片上集成混沌雷达芯片的制备方法还包括：
在所述衬底13表面形成回波接收衍射结构6，所述回波接收衍射结构6位于所述探测光衍射结构5的侧部，所述回波接收波导的输入端与所述回波接收衍射结构6相邻，所述回波接收衍射结构适于接收探测信号经目标物反射后形成的回波信号；
在衬底表面形成回波接收波导；
将所述第二光电探测器芯片8设置于所述衬底13表面，所述回波接收衍射结构传输回波信号至回波接收波导，所述回波接收波导传输回波信号至第二光电探测器芯片。具体的，所述第二光电探测器芯片8与所述回波接收波导的输出端相邻。
进一步地，回波接收波导与波导结构一同形成。
进一步地，所述探测光衍射结构5为第一衍射光栅，所述第一衍射光栅包括平行设置的若干条状凸起，所述条状凸起之间的间距相等，任一所述条状凸起垂直于所述探测光波导3的输出端。具体的，通过对靠近探测光波导3的输出端的衬底13表面进行刻蚀得到所述第一衍射光栅。
进一步地，所述半导体激光器芯片1可以固定于所述衬底13上，所述固定方式包括但不限于粘贴。此外，所述半导体激光器芯片1还可以直接采用半导体工艺生长在衬底13上，这使得在上述片上集成混沌雷达芯片中半导体激光器芯片1具有更高的机械稳定性。
进一步地，所述第一光电探测器芯片7固定于所述衬底13上，所述固定方式包括但不限于粘贴。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (12)
1.一种片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，包括：
衬底；
设置于所述衬底表面的半导体激光器芯片；
设置于所述衬底上的波导结构，所述波导结构包括：探测光波导、参考光波导和耦合波导，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，所述耦合波导产生初始混沌信号；所述探测光波导适于接收部分初始混沌信号并输出第一混沌信号，所述参考光波导适于接收部分初始混沌信号并输出参考光信号；
设置于所述衬底表面的第一光电探测器芯片，所述第一光电探测器芯片接收所述参考光波导的输出端输出的参考光信号；
设置于所述衬底表面的探测光衍射结构，所述探测光衍射结构接收所述探测光波导的输出端输出的第一混沌信号。
2.根据权利要求1所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，所述波导结构包括导波层，所述导波层的材质为硅、氮化硅、氮氧化硅和掺锗氧化硅中的一种。
3.根据权利要求1所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，所述耦合波导包括耦合导波层，所述耦合导波层背离所述衬底的表面设置有若干分立的凸点。
4.根据权利要求1或3所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，所述耦合波导包括耦合导波层，所述耦合导波层具有相对的输入端和耦合尾端，沿着从所述耦合波导的输入端到所述耦合尾端的方向，所述耦合导波层包括第一段区和第二段区，所述第二段区为反射光栅；
或者，所述耦合尾端的端面设置有反射膜层。
5.根据权利要求1所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，所述参考光波导具有参考导波层，所述探测光波导具有探测导波层，所述耦合导波层具有输出段；
所述参考导波层的输入端与耦合导波层的输出段连接，所述探测导波层的输入端与耦合导波层的输出段连接；
或者，所述耦合导波层的输出段位于所述参考导波层的输入端与所述探测导波层的输入端之间，所述参考导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段间隔，所述探测导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段间隔，所述参考导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段之间的距离不超过0.01μm，所述探测导波层的输入端与所述耦合导波层的输出段之间的距离不超过0.01μm。
6.根据权利要求1所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，所述探测光衍射结构为衍射光栅。
7.根据权利要求1所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，所述探测光衍射结构适于输出探测信号；所述片上集成混沌雷达芯片还包括：设置于所述衬底表面且位于所述探测光衍射结构的侧部的回波接收衍射结构，所述回波接收衍射结构适于接收探测信号经目标物反射后形成的回波信号。
8.根据权利要求7所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，还包括：设置于所述衬底表面的第二光电探测器芯片和回波接收波导；所述回波接收衍射结构传输回波信号至回波接收波导，所述回波接收波导传输回波信号至第二光电探测器芯片。
9.根据权利要求7所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，所述回波接收衍射结构为衍射光栅。
10.根据权利要求8所述的片上集成混沌雷达芯片，其特征在于，还包括设置于所述衬底上的第一电极，第一电极通过第一键合线与所述半导体激光器芯片电学连接；
设置于所述衬底上的第二电极，所述第二电极通过第二键合线与所述第一光电探测器芯片电学连接；所述第二电极通过第三键合线与所述第二光电探测器芯片电学连接；
设置于所述衬底上的第三电极，所述第三电极通过第四键合线与所述第一光电探测器芯片电学连接；
设置于所述衬底上的第四电极，所述第四电极通过第五键合线与所述第二光电探测器芯片电学连接；
所述第一电极和第二电极适于与供电模块连接，所述第三电极和第四电极适于与数据处理模块连接。
11.一种片上集成混沌雷达芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
将半导体激光器芯片设置于所述衬底表面；
在所述衬底表面形成波导结构，所述波导结构包括：探测光波导、参考光波导和耦合波导，所述半导体激光器芯片的输出端输出激光信号至所述耦合波导的输入端，所述耦合波导产生初始混沌信号；所述探测光波导适于接收部分初始混沌信号并输出第一混沌信号，所述参考光波导适于接收部分初始混沌信号并输出参考光信号；
在所述衬底表面形成探测光衍射结构，所述探测光衍射结构接收所述探测光波导的输出端输出的第一混沌信号；
将第一光电探测器芯片设置于所述衬底表面，所述第一光电探测器芯片接收所述参考光波导的输出端输出的参考光信号。
12.根据权利要求11所述的片上集成混沌雷达芯片的制备方法，其特征在于，还包括：
在所述衬底表面形成回波接收衍射结构，所述回波接收衍射结构位于所述探测光衍射结构的侧部，所述回波接收衍射结构适于接收探测信号经目标物反射后形成的回波信号；
在衬底表面形成回波接收波导；
将第二光电探测器芯片设置于所述衬底表面，所述回波接收衍射结构传输回波信号至回波接收波导，所述回波接收波导传输回波信号至第二光电探测器芯片。
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