CN113791396A - 基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元及制备方法 - Google Patents

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吴韦建
赵小珍
刘学满
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Abstract

本发明公开了一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元及制备方法，包括底部基板、透明的顶部基板、放电装置和隔离栅；底部基板和顶部基板互相平行设置，隔离栅设置于底部基板和顶部基板的边缘并共同围绕形成光谐振腔，放电装置和光传感器设置于光谐振腔内，且光谐振腔内填充有激光工作物质。本发明的技术效果在于，把激光发射、接收部件集成为激光发射/接收微单元，可以使用成熟的集成电路、液晶面板生产工艺制作，一致性高、成本低。然后将激光发射/接收微单元进行大规模排列组合集成一个激光雷达阵列，激光发射/接收微单元的空间位置固定，可以减少测量误差、提高测量精度、缩减测量时间。

Description

基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元及制备方法
技术领域
本发明涉及激光应用领域，特别涉及一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元及制备方法。
背景技术
目前的激光应用领域，用于直接产生激光或接收激光的发射/接收单元均是体积较大的独立单元。在使用时需要依靠机械、光学部件来改变激光发射方向，容易产生误差，导致精度较低、且动作耗费时间长。而每个发射/接收单元的各个部件都是分离元件，需要单独生产、组装、调试，又导致各个发射/接收单元一致性差、成本高、产量低。
发明内容
为了克服目前激光发射/接收单元精度不足、成本高、受控性不佳的技术问题，本发明提供一种能够采用集成电路、液晶面板生产工艺进行制作，通过联立百万数量级从而形成激光雷达阵列的基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，包括底部基板、透明的顶部基板、放电装置和隔离栅；所述的底部基板和顶部基板互相平行设置，所述的隔离栅设置于底部基板和顶部基板的边缘并共同围绕形成光谐振腔，所述的放电装置和光传感器设置于光谐振腔内，且光谐振腔内填充有激光工作物质。
所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，所述的放电装置包括设有放电头的正电极和负电极，所述的正电极和负电极分别设置于光谐振腔内相对两侧。
所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，所述的光谐振腔内还设有至少一个光传感器。
所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，所述的光传感器的表面涂覆有透明保护涂层。
所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，所述的底部基板由硅晶元制成，所述的顶部基板由玻璃制成。
所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，所述的光谐振腔内部在底部基板上设有全反射镜面，并在顶部基板上设有部分反射镜面。
所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，所述的激光工作物质为被放电装置激励并发出激光的气体、液体、凝胶或固体。
一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元的制备方法，用于制备所述的基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，包括以下步骤：
步骤1，在底部基板上制作电极和光传感器的电路图形；
步骤2，在底部基板上蒸镀全反射镜面；
步骤3，涂覆光传感器透明保护涂层，制作微单元隔离栅，即完成底部基板的生产；
步骤4，在顶部基板上，蒸镀部分反射镜面，即完成顶部基板的生产；
步骤5，在底部基板和顶部基板之间填充激光工作物质，合并后密封。
所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元的制备方法，通过掩膜工艺来制作电极和光传感器的电路图形；并通过镀膜工艺来蒸镀全反射镜面和部分反射镜面。
本发明的技术效果在于，把激光发射、接收部件集成为激光发射/接收微单元，可以使用成熟的集成电路、液晶面板生产工艺制作，一致性高、成本低。然后将激光发射/接收微单元进行大规模排列组合集成一个激光雷达阵列，激光发射/接收微单元的空间位置固定，可以减少测量误差、提高测量精度、缩减测量时间。
附图说明
图1为本发明实施例的微单元结构示意图；
图2为本发明实施例的光谐振腔部分示意图。
具体实施方式
参见图1、图2，本实施例包括底部基板、透明的顶部基板、放电装置和隔离栅。底部基板和顶部基板互相平行设置，隔离栅设置于底部基板和顶部基板的边缘并共同围绕形成光谐振腔，放电装置和光传感器设置于光谐振腔内，且光谐振腔内填充有激光工作物质。其中放电装置包括设有放电头的正电极和负电极，正电极和负电极分别设置于光谐振腔内相对两侧。
为了实现激光接受，在光谐振腔内还设有两个光传感器，其中光传感器的数量可以根据需要进行调整。同时光传感器的表面涂覆有透明保护涂层，避免光传感器受到电极放电的高压影响。
本实施例的底部基板由硅晶元制成，以便在底部基板上集成放电装置、隔离栅以及光传感器。顶部基板由玻璃制成，以实现激光从微单元中发射及接收。
为了更好的产生激光并能够接收反射的激光，光谐振腔内部在底部基板上设有全反射镜面，并在顶部基板上设有部分反射镜面。
本实施例的激光工作物质为被放电装置激励并发出激光的二氧化碳，实际情况下也可选择其他能被激发而产生激光的气体、液体、凝胶或固体。
本实施例在工作时，首先给电极充电，两个电极形成高压放电。高压放电使激光工作物质-例如二氧化碳-发出辉光，辉光在全反射镜面与部分反射镜面组成的单体光谐振腔中反射，形成单向激光。单向激光从部分反射镜面射出，每个激光发射/接收微单元可以发射一束激光，如采用百万级数量的微单元来构成一个激光雷达阵列，即可以发射多达百万级数量的激光束。激光束照射物体表面，从物体表面反射的激光，反射到其他微单元上，通过部分反射镜面透入，让反射激光透入被光传感器接收。
通过发射/接收微单元的位置坐标、发射时间、接收时间、接收强度等信息，经过数学计算建模得到物体表面三维模型。因为激光雷达阵列没有活动部件，发射/接收微单元的空间位置固定，数量规模巨大，可以减少物体表面三维模型的误差，提高三维建模精度，缩减三维建模时间。
本实施例亦可用于激光精密三维表面加工、激光精密三维打印、以及所有使用激光雷达的领域。当用于激光精密三维表面加工时，激光的作用是对物体表面进行微蚀刻加工。激光精密三维打印是对物体表面材料进行固化，例如紫外光照射光敏胶固化成型，反复进行即可实现精密三维打印。
本实施例还提供了一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在底部基板上制作电极和光传感器的电路图形。
步骤2，在底部基板上蒸镀全反射镜面。
步骤3，涂覆光传感器透明保护涂层，制作隔离栅，即完成底部基板的生产。
步骤4，在顶部基板上，蒸镀部分反射镜面，即完成顶部基板的生产。
步骤5，在底部基板和顶部基板之间填充激光工作物质，合并后密封。
其中电极和光传感器的电路图形可通过成熟的掩膜工艺来制作，并通过镀膜工艺来蒸镀全反射镜面和部分反射镜面。

Claims (9)

1.一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，包括底部基板、透明的顶部基板、放电装置和隔离栅；所述的底部基板和顶部基板互相平行设置，所述的隔离栅设置于底部基板和顶部基板的边缘并共同围绕形成光谐振腔，所述的放电装置和光传感器设置于光谐振腔内，且光谐振腔内填充有激光工作物质。
2.根据权利要求1所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，所述的放电装置包括设有放电头的正电极和负电极，所述的正电极和负电极分别设置于光谐振腔内相对两侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，所述的光谐振腔内还设有至少一个光传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，所述的光传感器的表面涂覆有透明保护涂层。
5.根据权利要求1所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，所述的底部基板由硅晶元制成，所述的顶部基板由玻璃制成。
6.根据权利要求1所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，所述的光谐振腔内部在底部基板上设有全反射镜面，并在顶部基板上设有部分反射镜面。
7.根据权利要求1所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，所述的激光工作物质为被放电装置激励并发出激光的气体、液体、凝胶或固体。
8.一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元的制备方法，用于制备如权利要求1-7任一所述的基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在底部基板上制作电极和光传感器的电路图形；
步骤2，在底部基板上蒸镀全反射镜面；
步骤3，涂覆光传感器透明保护涂层，制作微单元隔离栅，即完成底部基板的生产；
步骤4，在顶部基板上，蒸镀部分反射镜面，即完成顶部基板的生产；
步骤5，在底部基板和顶部基板之间填充激光工作物质，合并后密封。
9.根据权利要求8所述的一种基于光谐振腔的大规模激光雷达阵列微单元的制备方法，其特征在于，通过掩膜工艺来制作电极和光传感器的电路图形；并通过镀膜工艺来蒸镀全反射镜面和部分反射镜面。
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