CN116087914A - 激光雷达及可移动设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种激光雷达及可移动设备。激光雷达包括光源模组、光放大模组和硅光芯片。光源模组用于产生第一光束。光放大模组用于接收第一光束，并对第一光束进行放大，以输出放大后的第一光束。硅光芯片被配置为通过空间光耦合的方式接收放大后的第一光束，硅光芯片包括包层、收发波导模组以及光电探测模组。收发波导模组嵌设于包层，收发波导模组包括发射波导模块与接收波导模块；发射波导模块用于接收探测光信号，并向硅光芯片之外出射探测光信号，接收波导模块用于接收回波光信号。光电探测模组用于接收本振光信号与经由接收波导模块输出的回波光信号。本申请实施例提供的激光雷达的集成度更高。

Description

激光雷达及可移动设备

技术领域

本申请涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种激光雷达及可移动设备。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测光，然后将接收到的从目标反射回来的回波光与本振光进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如、目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

其中，调频连续波(Frequency ModulatedContinuous Wave，FMCW)激光雷达将调频连续波测距与激光探测技术相结合，具有测距范围大、距离分辨率高、可进行多普勒测速等优点。一般地，FMCW激光雷达包括光源模组、光纤发射模组、光放大模组、分光模组、扫描模组和硅光芯片。光源模组用于生成探测光信号和本振光信号。探测光信号依次经由光纤发射模组、光放大模组、分光模组和扫描模组，向激光雷达之外出射，以对目标物体进行探测；本振信号则进入硅光芯片；经由目标物体反射的回波光信号则依次经由扫描模组和分光模组进入硅光芯片。其中，分光模组可以为光环形器和偏振分光棱镜等器件，其用于将探测光信号与回波光信号分开，避免回波光信号再次进入光纤发射模组。

然而，相关技术中的FMCW雷达采用光纤发射探测光信号，硅光芯片接收回波光信号，激光雷达整体的集成度较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种激光雷达及可移动设备，以改善当前激光雷达集成度较低的现状。

第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达，包括光源模组、光放大模组和硅光芯片。光源模组用于产生第一光束。光放大模组用于接收所述第一光束，并对所述第一光束进行放大，以输出放大后的第一光束。所述硅光芯片被配置为通过空间光耦合的方式接收所述放大后的第一光束，所述硅光芯片包括包层、收发波导模组以及光电探测模组，所述收发波导模组嵌设于所述包层，所述收发波导模组包括发射波导模块与接收波导模块，所述发射波导模块用于接收探测光信号，并向所述硅光芯片之外出射所述探测光信号，以探测目标物体，所述探测光信号为所述第一光束的至少部分，所述接收波导模块用于接收回波光信号，所述回波光信号经由目标物体反射所述探测光信号形成，所述光电探测模组用于接收本振光信号与经由所述接收波导模块输出的所述回波光信号。

第二方面，本申请实施例提供了一种可移动设备，包括上述的激光雷达。

本申请实施例提供激光雷达及可移动设备；其中，激光雷达包括光源模组、光放大模组和硅光芯片。其中，硅光芯片包括包层、收发波导模组以及光电探测模组。收发波导模组嵌设于包层，并包括发射波导模块与接收波导模块；发射波导模块用于接收探测光信号，并向硅光芯片之外出射探测光信号，以探测目标物体；接收波导模块用于接收回波光信号。即是，本申请实施例提供的激光雷达通过硅光芯片发射探测光信号与接收回波光信号；与相关技术中通过光纤发射探测光信号，通过硅光芯片接收回波光信号的方案相比，本申请实施例提供的激光雷达的集成度更高。

另外，本申请实施例提供的激光雷达将光放大模组设置于硅光芯片的光路上游。当然，在本申请的其他实施例中，也可以将光放大模组设置于发射波导模块下游，其可以保证向扫描模组出射的第一光束功率较高；但光放大模组的体积于相较于发射波导模块是明显更大的，而这使得近距离的回波光信号会被光放大模组遮挡，即激光雷达的探测盲区会较大。另外，发射波导模块与反射镜之间的距离一般较小，在两者之间设置光放大模组难度亦较高。与之相比，本申请实施例将光放大模组设置于硅光芯片的光路上游，且采用空间光耦合的方式将第一光束耦合进入硅光芯片，硅光芯片的发射波导模块采用氮化硅波导；如此，一方面便于光放大模组在光源模组与硅光芯片之间自由安装，降低光放大模组装配时的难度，另一方面也不会影响回波光信号的接收，可以减小近距探测时的盲区，再一方面还能够以较高的耦合效率将第一光束耦合进入硅光芯片，并结合氮化硅发射波导的设置可以保证发射波导模块能够承载并出射较高功率的第一光束。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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申请的一些实施例，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他的附图。

图1是本申请实施例提供的可移动设备的结构示意图；

图2是本申请其中另一实施例提供的激光雷达的示意图；

图3是本申请其中又一实施例提供的激光雷达的示意图；

图4是本申请其中一实施例提供的平面光波导芯片的示意图；

图5是本申请其中再一实施例提供的激光雷达的示意图；

图6是本申请实施例提供的硅光芯片的透视结构示意图；

图7是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第一种结构示意图；

图8是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第二种结构示意图；

图9是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第三种结构示意图；

图10是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第四种结构示意图；

图11是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第五种结构示意图；

图12是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第六种结构示意图；

图13是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第七种结构示意图；

图14是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第八种结构示意图；

图15是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第九种结构示意图；

图16是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十种结构示意图；

图17是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十一种结构示意图；

图18是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十二种结构示意图；

图19是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十三种结构示意图；

图20是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十四种结构示意图；

图21是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十五种结构示意图；

图22是图21示出的硅光芯片于0-250m范围内的目标物体探测时，接收波导模块的各个输出端口输出到后端的回波光的光功率的曲线示意图；

图23是图21示出的硅光芯片未设置第二耦合区域且于0-250m范围内的目标物体探测时，接收波导模块的各个输出端口输出到后端的回波光的光功率的曲线示意图；

图24是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十六种结构示意图；

图25是本申请实施例提供的硅光芯片中接收波导模块的输入接收波导与合束器的结构示意图；

图26是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十七种结构示意图；

图27是本申请实施例提供的硅光芯片中收发波导模组的第十八种结构示意图；

图28是图27示出的硅光芯片中发射波导模块的结构示意图；

图29是图28示出的发射波导模块在用于传输探测光时的光场传播示意图的灰度图；

图30是图29示出的发射波导模块在用于传输探测光时的模式演化示意图的灰度图；

图31是相关技术中采用单发射波导在单输入单输出时的光束传输示意图；

图32是采用本申请实施例中的发射波导模块在单输入多输出时的光束传输示意图；

图33是图31示出的相关技术中的单发射波导对应的出射光束所落在目标物体的远场光斑的灰度图；

图34是图32示出的本实施例的发射波导模块对应的出射光束所落在目标物体的远场光斑的灰度图；

图35是本申请另一实施例提供的硅光芯片中发射波导模块的透视结构示意图；

图36是图35示出的硅光芯片中发射波导模块的结构示意图；

图37是本申请其中一实施例提供的可移动设备的示意图。

附图标记说明：

1、激光雷达；

100、光源模组；110、光源模块；120、第一光分束模块；130、第二光分束模块；111、激光器；112、准直透镜；113、隔离器；121、分光镜；122、平面光波导芯片；123、第一聚焦透镜；1221、第三分光器；1222、第二模斑转换器；1223、第三模斑转换器；

200、光放大模组；210、第一透镜模块；220、第二透镜模块；

300、硅光芯片；310、包层；320、收发波导模组；330、光电探测模组；340、第一分光模块；350、非线性校准模块；360、第二分光模块；321、发射波导模块；322、接收波导模块；331、光电探测模块；341、第一分光器；342、第一模斑转换器；361、第四分光器；362、第五分光器；363、第二聚焦透镜；364、第四模斑转换器；

3211、第一耦合区域；3212、第一发射波导；3212m、入射端；3212n、出射端；32121、第一输入部；32121p、第一部分；32121q、第二部分；32122、第一耦合部；32123、第一输出部；32124、第一传输部；32125、第三耦合部；3213、第二发射波导；32131、第二耦合部；32132、第二输出部；32133、第二传输部；32134、第四耦合部；3221、第二耦合区域；32211、第一子部；32212、第二子部；32213、第三子部；3222、接收波导；32221、第一端部；32222、第二端部；32223、第一接收波导；32224、第二接收波导；32227、第一连接部；32228、第三端部；32229、第二连接部；32220、第四端部；3223、合束器；32231、第一合束器；32232、第二合束器；32233、第三合束器；3224、第一传输波导；3225、相位补偿器；c、第一界面；d、第二界面；e、第三界面；f、第四界面；s、第五界面；t、第六界面；6、扫描器件；71、第一耦合器；72、第二耦合器；73、分路器；74、混频器；75、平衡光电探测器；x、第一方向；y、第二方向；z、厚度方向；3212’、第一发射波导；

400、反射模组；

500、扫描模组；

1b、激光雷达；

1c、激光雷达；

2、可移动设备。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1，其示出了本申请其中一实施例提供的激光雷达1的示意图，该激光雷达包括光源模组100、光放大模组200和硅光芯片300。其中，光源模组100用于产生第一光束。光放大模组200用于接收上述第一光束，并对该第一光束进行放大，以输出放大后的第一光束。硅光芯片300则被配置为通过空间光耦合的方式接收放大后的第一光束。硅光芯片300包括包层310、收发波导模组320以及光电探测模组330。收发波导模组320嵌设于包层310，并包括发射波导模块321与接收波导模块322。发射波导模块321用于接收探测光信号，并向硅光芯片300之外出射探测光信号，以探测目标物体；其中，探测光信号为上述第一光束的至少部分。接收波导模块用于接收回波光信号；其中，回波光信号为目标物体反射探测光信号形成。光电探测模组330用于接收本振光信号与经由接收波导模块输出的回波光信号，以使本振光信号和回波光信号拍频生成拍频信号，并转换为相应的电信号；其中，本振光信号与探测光信号具有相同的时频特性，其可以由光源模组100直接生成，或者间接生成，例如可以通过上述第一光束分束得到。

接下来，以激光雷达包括两个以上光放大模组200、两个以上收发波导模组320，光源模组100相应设有用于分光的第一光分束模块120为例，对该激光雷达的具体结构作详细说明；多收发波导模组320的设置有利于提升激光雷达探测时的线数，从而提升激光雷达的分辨率。但应当理解，在本申请的其他实施例中，该激光雷达亦可以包括三个以上的光放大模组200和三个以上的收发波导模组320，设置方式基本相同，在此不赘述；另外，也可以仅包括一个光放大模组200和一个收发波导模组320，此时光源模组100则无需设置上述第一光分束模块120。

对于上述光源模组100，请参阅图1，其用于生成第一光束，以便该激光雷达利用该第一光束的至少部分，即探测光信号，对目标物体进行探测。本实施例中，该光源模组100包括光源模块110与第一光分束模块120。其中，光源模块110用于生成源光信号。在一些实施例中，光源模块110包括激光器111、准直透镜112和隔离器113。其中激光器111用于生成上述源光信号，该源光信号为调频连续波信号，即该激光雷达为FMCW激光雷达；源光信号的具体的波形可以是三角波，亦或是锯齿波，在此不作具体限定。准直透镜112用于对上述源光信号进行准直。隔离器113用于接收经由准直透镜112准直后的源光信号，并向下游输出；隔离器113的设置可以实现光信号的单向传输，避免反射的光信号射向激光器111，而影响激光器111的正常工作。

第一光分束模块120用于接收光源模块110输出的源光信号，并分束为包括两第一光束，即第一光分束模块120所输出的光束包括两第一光束。本实施例中，第一光分束模块120包括两个以上分光镜121，该两个以上分光镜121包括一个以上第一分光镜与一个第二分光镜，该一个以上第一分光镜与一个第二分光镜沿预设方向依次排列设置。其中，第一分光镜用于接收上游的光信号，并分束为射向光放大模组200的第一光束与射向下游的分光镜的第一分光光束。第二分光镜用于接收相邻的第一分光镜所输出的第一分光光束，并反射，以形成射向光放大模组200的第一光束。例如，如图1所示，当第一光分束模块120用于输出两第一光束时，其包括一个第一分光镜与一个第二分光镜。该第一分光镜用于接收上述源光信号，并分束为第一光束与第一分光光束，第一光束射向一个光放大模组200；第二分光镜则用于接收上述第一分光光束并进行反射，以形成上述第一光束，该第一光束亦射向一个光放大模组200。当然，在本申请其他的实施例中，第一光分束模块120也可以用于输出三个以上的第一光束；此时，第一光分束模块120包括两个以上第一分光镜与一个第二分光镜。其中，最上游的一个第一分光镜用于接收上述源光信号，并分束为第一光束与第一分光光束，第一光束射向一个光放大模组200；其余的第一分光镜则用于接收上游且相邻的第一分光镜输出的第一分光光束，并分束为射向一个光放大模组200的第一光束与射向下游的分光镜的第一分光光束；位于最下游的第二分光镜则用于接收上游且且相邻的第一分光镜输出的第一分光光束并反射，以形成射向一个光放大模组200的的第一光束。

对于上述光放大模组200，请继续参阅图1，光放大模组200用于接收第一光束并进行放大，以将放大后的第一光束向硅光芯片300传输。本实施例中，激光雷达包括两个以上的光放大模组200，每一光放大模组200用于接收一第一光束并放大。可选地，光放大模组包括半导体光放大器，其通过空间光耦合的方式接收光源模组100所输出的第一光束，并通过空间光耦合的方式将放大后的第一光束射向硅光芯片300。

进一步地，为便于提升光源模组100输出的第一光束耦合进入光放大模组200的耦合效率，该激光雷达还包括第一透镜模块210。具体地，每一第一透镜模块对应一光放大模组200设置，其包括第一透镜；该第一透镜位于光放大模组200的光路上游，并用于对第一光束进行聚焦，并将聚焦后的第一光束向光放大模组200输出，以提升第一光束耦合进入光放大模组200的耦合效率。可选地，各第一透镜模块210中顺序对应相同的第一透镜一体成型，并构成第一透镜阵列；该设置可以在一定程度上简化第一透镜模块210的装配过程，提升激光雷达的装配效率。

更进一步地，为便于提升光放大模组200放大后的第一光束耦合进入硅光芯片300的耦合效率，该激光雷达还包括第二透镜模块220。每一第二透镜模块对应一光放大模组200设置，其包括第二透镜；该第二透镜位于光放大模组200与硅光芯片300之间，第二透镜用于对光放大模组200所输出的第一光束进行聚焦，并将聚焦后的第一光束向硅光芯片300输出，以提升第一光束耦合进硅光芯片300的耦合效率。可选地，请参阅图2，其示出了本申请其中另一实施例提供的激光雷达的示意图，第二透镜模块220包括两个以上第二透镜，同一第二透镜模块220中的各第二透镜沿第二透镜的光轴方向间隔排列。如此，即使第一个第二透镜存在一定装配误差，第二个第二透镜可以对第一个第二透镜输出的第一光束进一步聚焦，使得光斑位置得以在一定程度上矫正；即多第二透镜的设置有利于提升第二透镜模块220的耦合容差。另外，请再结合图1与图2，各第二透镜模块220也可以配置为：各第二透镜模块220中顺序对应相同的第二透镜一体成型，并构成第二透镜阵列；该设置亦可以在一定程度上简化第二透镜模块220的装配过程，提升激光雷达的装配效率。

对于上述硅光芯片300，请继续参阅图1，该硅光芯片300通过空间光耦合的方式接收上述第一光束，其包括衬底（图中未示出）、包层310、收发波导模组320和光电探测模组330。其中，衬底是用于铺设包层310的基材；本实施例中，其由硅制成，可以理解的是，在本申请的其他实施例中，衬底亦可以其他合适材料制成，如氮氧化硅等。包层310承载于衬底上，其是构成硅光芯片的主体结构之一，亦是收发波导模组320、光电探测模组330所依附的结构。包层310可以由二氧化硅和/或氮氧化硅等材料制成。值得一提的是，衬底旨在在硅光芯片300的制造过程中，对包层310起承托的作用；在某些情况下，衬底是可以省略的。

收发波导模组320嵌设于包层310，其包括发射波导模块321和接收波导模块322。发射波导模块321用于接收第一光束的至少部分，即探测光信号，并向硅光芯片300之外出射，以探测目标物体。发射波导模块321嵌设于包层310中，并沿图示第一方向x延伸；发射波导模块321的折射率大于包层310，由此，发射波导模块321与包层310共同构成供光稳定传输的结构，即是光信号可以沿着发射波导模块321传输，而不容易经由包层310溢出至硅光芯片300之外。例如，当包层310由二氧化硅制成时，发射波导模块321可以由折射率更大的氮化硅制成，当然也可以由其他折射率大于包层310的材料，如硅制成。接收波导模块322用于接收由目标物体反射探测光形成的回波光信号，并向光电探测模组330传输。接收波导模块322嵌设于包层310中，并与发射波导模块321之间沿图示第二方向y相对设置；上述发射波导模块321出射探测光信号的一端，与该接收波导模块322入射回波光信号的一端位于硅光芯片300的同一端。该接收波导模块322的折射率大于包层310的折射率，由此，接收波导模块322与包层310共同构成供光稳定传输的结构，即是光信号可以沿着接收波导模块322传输，而不容易经由包层310溢出至硅光芯片300之外。例如，当包层310由二氧化硅制成时，接收波导模块322可以由折射率更大的硅制成，当然也可以由其他折射率大于包层310的材料，如氮化硅制成。值得说明的是，本申请中所述的“第一方向”意为发射波导模块321的延伸方向，其与硅光芯片300的厚度方向z垂直，硅光芯片300的厚度方向与包层310的厚度方向相同；本申请文件中所述的“第二方向”意为，分别与上述厚度方向z和第一方向x相垂直的方向，换言之，第二方向y、第一方向x与上述厚度方向z之中的任意两个相互垂直，该第二方向y也是发射波导模块321与接收波导模块322中的一个指向另一个的方向。

上述发射波导模块321与接收波导模块322均嵌设于包层310中，构成收发一体单元，两者之间的距离较小，可以共用透镜模块/扫描器件，且无需双折射晶体或环形器等光学元件，可以大大简化系统架构。在一些实施例中，发射波导模块321与接收波导模块322之间沿第二方向y的间距小于20微米；例如，该间距可以小于10微米；又例如，该间距亦可以小于5微米。

光电探测模组330设置于包层310，其一方面用于接收该激光雷达的本振光信号，另一方面用于接收经由上述接收波导模块322所输出的回波光信号，如此，本振光信号与回波光信号会发生拍频而生成拍频信号；光电探测模组330还用于将拍频信号转换为相应的电信号。其中，本振光信号的形成方式很多，本申请文件将在后文对本振光信号的一些实施方式以及相应的硅光芯片300构造进行说明。

本实施例中，光电探测模组330与上述收发波导模组320一一对应，其包括至少一个光电探测模块331，该光电探测模块331与接收波导模块322连接，以接收一路上述回波光信号与一路本振光信号。该光电探测模块331进一步包括第一混频器与第一平衡光电探测器。第一混频器具有两输入端口，其一输入端口用于接收上述本振光信号，其另一输入端口用于接收上述接收波导模块322所输出的回波光信号；如此，本振光信号与回波光信号可在其内发生拍频，以得到两拍频信号，即第一拍频光信号与第二拍频光信号。可选地，第一混频器为180度第一混频器，其输出的两光信号之间相位差180度。第一平衡光电探测器与第一混频器的两输出端连接，其用于对上述第一拍频光信号与第二拍频光信号进行平衡探测，并输出第一拍频信号，该第一拍频信号的频率与上述第一/二拍频光信号的频率一致。可以理解的是，即使本实施例中是以光电探测模块331包括第一混频器与第一平衡光电探测器为例进行说明，但本申请并不局限于此，只要保证光电探测模块可以接收上述本振光信号与回波光信号，并将两者的拍频信号转化为电信号即可。例如，在本申请其他的一些实施例中，光电探测模块包括光电探测器；该光电探测器用于接收上述本振光信号与回波光信号，以使两者拍频，其还用于将上述所得的拍频光信号转化为电信号，即第一拍频信号。

接下来，再对上述本振光信号的形成作简要说明。本实施例中，硅光芯片300还包括第一分光模块340。第一分光模块340与光放大模组200一一对应，该第一分光模块340用于接收光放大模组200输出的第一光束，并分束，该第一分光模块340输出的光束包括探测光信号与本振光信号。上述发射波导模块321与第一分光模块340的输出端连接，以接收探测光信号。上述光电探测模块331与第一分光模块340的输出端连接，以接收本振光信号。具体地，第一分光模块340包括第一分光器341，该第一分光器341用于接收上述放大后的第一光束，并分束形成探测光信号，以及数量与光电探测模块331数量相同的本振光信号。在本申请其他的实施例中，第一分光模块340需要分束得到三个以上的光信号时，第一分光模块340也可以为包括多个第一分光器341的组合。较优地，硅光芯片300还包括第一模斑转换器342，该第一模斑转换器342设于第一分光器341的输入端的上游，其用于改善硅光芯片300通过空间光接收第一光束时的模斑匹配情况，从而提升该过程的耦合效率。

进一步地，为便于实现对光源模组100输出的源光信号进行检测与校准，该硅光芯片300还包括非线性校准模块350。相应地，上述各第一分光模块340中的一个用于接收光放大模组200输出的第一光束，并分束为包括本振光信号、探测光信号和非线性校准信号。非线性校准模块350包括第二分光器、光延迟线和光电探测组件。第二分光器用于接收非线性校准信号，并分束为第一校准信号与第二校准信号。光电探测组件用于接收第一校准信号与第二校准信号，光电探测组件的至少一输入端经由光延迟线与第二分光器连接，以使得光电探测组件所接收的第一校准信号与第二校准信号的光程不同，进而使第一校准信号与第二校准信号发生拍频；由此，光电探测组件可以生成用于校验第一光束调频的线性情况的第二拍频信号。光电探测组件可以采用与上述光电探测模块基本相同的器件，例如，其可以包括第二混频器与第二平衡光电探测器。

此外，该激光雷达还包括多个反射模组400。反射模组400与上述收发波导模组320一一对应，该反射模组400与发射波导模块321的出射端沿图示第一方向x相对设置，其用于接收发射波导模块321出射的探测光信号，并反射，以使探测光信号以与硅光芯片300的厚度方向Z成非90度的方向出射；该反射模组400与接收波导模块322的入射端沿图示第一方向x相对设置，其用于接收回波光信号，并反射，以使回波光信号进入接收波导模块322。可选地，反射模组400为一三棱柱状的结构，其一侧面设有反射涂层从而构成一反射面，以实现对光信号的反射。进一步可选地，各反射模组400之间一体成型，从而便于各反射模组400的一体式安装。

此外，激光雷达还包括扫描模组（图中未示出），该扫描模组会接收并反射由硅光芯片300输出的探测光信号；扫描模组是可相对于硅光芯片300转动的，因此出射至激光雷达外部的探测光信号会形成一个探测视场。然而，也正因为扫描模组是可动元件，回波光信号在回到扫描模组时，扫描模组已经偏转了一个角度，从而使得回波光信号落在硅光芯片300的位置不同于发射波导模块321的输出端，即回波光信号的光斑相较于探测光信号的光斑具有一定的偏移；其中，偏移的距离是与探测过程中光信号的飞行时间/距离相关的。为便于后文说明，以下将上述效应称为激光雷达的走离效应。本实施例中，为保证在激光雷达的目标探测距离区间内，接收波导模块322可以接收到回波光信号，上述收发波导模组320配置成发射波导模块321的出射端与接收波导模块322的入射端之间具有第一间距L1，L1≤15μm。该设置旨在保证第一间距L1较小，从而使接收波导模块322的入射端能够接收到发生较小走离效应的回波光信号，即是可以接收到距离较近的目标物体所反射的回波光信号，减小探测盲区，提升整体的探测距离区间。可选地，L1≤10μm；进一步可选地，L1≤5μm；由于激光雷达的最小探测距离是较小的，如0.2m，因此走离效应导致的偏移量也是较小的，上述设置旨在确保在近距离探测时可以接收到回波光信号。为方便说明，本申请文件将发射波导模块321出射探测光信号的方向定义为第一方向x，将发射波导模块321与接收波导模块322中一指向另一个，即相对的方向定义为第二方向y。值得说明的是，在硅光芯片实际应用时，该第二方向y应当与扫描模组的扫描速率较快的一个方向匹配；本实施例中，扫描模组的水平扫描（扫描轴线为垂直方向延伸）速率明显高于垂直扫描（扫描轴线为水平方向延伸）速率，水平扫描方向造成的走离效应的偏移方向与第二方向y一致；可以理解的是，在其他实施例中，若扫描模组的垂直扫描速率明显高于水平扫描速率时，应当保证垂直扫描方向造成的走离效应的偏移方向与第二方向y一致。

如上文所述，水平方向扫描导致的走离效应与第二方向y对应；而各个反射模组400沿图示第一方向x错开设置，则可以使各反射模组400反射的探测光信号也在图示第一方向x相互错开，即各探测光信号在激光雷达的垂直方向错开，如此则可以提升激光雷达的线数，进而提升激光雷达的探测分辨率。

综上所述，本申请文件提供的激光雷达包括光源模组100、光放大模组200和硅光芯片300。其中，硅光芯片300包括包层310、收发波导模组320以及光电探测模组330。收发波导模组320嵌设于包层310，并包括发射波导模块321与接收波导模块322；发射波导模块321用于接收探测光信号，并向硅光芯片300之外出射探测光信号，以探测目标物体；接收波导模块322用于接收回波光信号。即是，本申请实施例提供的激光雷达通过硅光芯片300发射探测光信号与接收回波光信号；与相关技术中通过光纤发射探测光信号，通过硅光芯片300接收回波光信号的方案相比，本申请实施例提供的激光雷达的集成度更高。

另外，本申请实施例提供的激光雷达将光放大模组200设置于硅光芯片300的光路上游。当然，在本申请的其他实施例中，也可以将光放大模组200设置于发射波导模块321下游，其可以保证向扫描模组出射的第一光束功率较高；但光放大模组200的体积于相较于发射波导模块321是明显更大的，而这使得近距离的回波光信号会被光放大模组200遮挡，即激光雷达的探测盲区会较大。另外，发射波导模块与反射镜之间的距离一般较小，在两者之间设置光放大模组200难度亦较高。与之相比，本申请实施例将光放大模组200设置于硅光芯片的光路上游，且采用空间光耦合的方式将第一光束耦合进入硅光芯片，硅光芯片300的发射波导模块321采用氮化硅波导；如此，一方面便于光放大模组200在光源模组与硅光芯片300之间自由安装，降低光放大模组200装配时的难度，另一方面也不会影响回波光信号的接收，可以减小近距探测时的盲区，再一方面还能够以较高的耦合效率将第一光束耦合进入硅光芯片，并结合氮化硅发射波导的设置可以保证发射波导模块321能够承载并出射较高功率的第一光束。

应当理解，即使上述实施例是以第一光分束模块120包括多个分光镜121为例进行说明，但本申请并不局限于此，在本申请的其他实施例中，第一光分束模块120还可以是其他结构形式，只要保证其可以接收上述源光信号，并分束，使得第一光分束模块120输出的光束包括多个第一光束即可。

例如，请参阅图3，其示出了本申请其中又一实施例提供的激光雷达1b的示意图，该激光雷达1b与上述实施例中激光雷达1的主要不同在于：第一光分束模块120不采用多分光镜的组合，而是采用平面光波导芯片（PlanarLightwave Circuit，PLC）122，并通过该PLC122实现分光。具体地，请参阅图4，其示出了PLC 122的示意图，该PLC 122包括第三分光器1221；第三分光器1221用于接收光源模块110生成的源光信号，并分束为至少包括两个第一光束。较优地，为改善源光信号进入到PLC 122时的模斑适配情况，第一光分束模块120还包括设于PLC122上游的第一聚焦透镜123，该第一聚焦透镜123用于对光源模组100输出的源光信号进行聚焦，并输出至PLC 122。进一步地，该PLC 122还包括第二模斑转换器1222；该第二模斑转换器1222位于第三分光器1221的输入端的上游，用于接收上述源光信号，并向第三分光器1221传输。第二模斑转换器1222的设置能够改善源光信号进入硅光芯片300时的模斑适配情况。更进一步地，该PLC 122还包括第三模斑转换器1223；第三分光器1221的输出端的下游设有该第三模斑转换器1223，以用于接收第一光束，并向PLC 122之外传输。第三模斑转换器1223的设置能够改善第一光束出射至PLC 122之外时的模斑适配情况。

还应当理解，上述各实施例均是以光源模组100通过第一光分束模块120分束成两个以上第一光束，并在硅光芯片300上对其中一束第一光束分束得到各本振光信号为例进行说明，但本申请亦不局限于此；在本申请的其他实施例中，亦可以是在进入硅光芯片300之前即分束出用于作为本振光信号的第二光束，即光源模组100还用于生成第二光束。

例如，请参阅图5，其示出了本申请其中再一实施例提供的激光雷达1c的示意图，其与上述图1所示实施例提供的激光雷达1的主要区别在于：激光雷达1c的光源模组100还包括第二光分束模块130。具体地，第二光分束模块130设于光源模块110与第一光分束模块120之间，其用于接收源光信号，并分束为射向硅光芯片300的第二光束以及射向第一光分束模块120的第二分光光束。上述第一光分束模块120则用于接收第二分光光束，并分束为包括两个以上第一光束；相应地，第一模斑转换器342和发射波导模块321依次接收第一光束，该条光路上无需另设置分光器件。硅光芯片300还包括第二分光模块360，第二分光模块360用于接收上述第二光束，并分束为至少包括两个以上本振光信号；相应地，光电探测模组330与第二分光模块360连接，以接收本振光信号。具体地，第二分光模块360包括第四分光器361和第五分光器362；其中，第四分光器361用于接收第二光束并分束为包括第三光信号与非线性校准光信号，第三光信号经由第五分光器362进一步分束得到多个本振光信号，非线性校准光信号则流向非线性校准模块。

进一步地，提升第二光束耦合进入硅光芯片300的耦合效率，该激光雷达还包括第二聚焦透镜363。该第二聚焦透镜363设置于第二光分束模块130与硅光芯片300之间，其用于接收第二光束并进行聚焦，以将聚焦后的第二光束向硅光芯片300传输。为更进一步提升第二光束耦合进入硅光芯片300是的耦合效率，上述第二分光模块360也包括第四模斑转换器364，该第四模斑转换器364用于接收上述第二光束，并将第二光束向第四分光器361传输，以改善第二光束从自由空间光进入硅光芯片300时的模斑适配情况，进而提升耦合效率。

此外，在图5所示的实施例的基础上，亦可以结合图2~4等实施例作出适应性变形，本申请不作具体限定。

以上是对激光雷达1（1b，1c）中各模组的结构的大致说明，以下再对硅光芯片300中收发波导模组320的发射波导模块321和接收波导模块322的具体结构作进一步说明。

具体地，请参阅图6，其示出了本申请其中一实施例提供硅光芯片300的局部的立体示意图，其清楚地示出了其中的收发波导模组320，即发射波导模块321和接收波导模块322。沿上述厚度方向z观察，发射波导模块321与接收波导模块322均整体沿图示第一方向x延伸，该接收波导模块322与发射波导模块321之间沿图示第二方向y相对设置，发射波导模块321出射探测光信号的一端（图3所示左端）与接收波导模块322接收回波光信号的一端（图3所示左端）位于硅光芯片300的同一端；即是，硅光芯片300配置为在同一端进行探测光信号的发射与回波光信号的接收。发射波导模块321及接收波导模块322被配置为可使发射波导模块321接收的回波光信号耦合进入接收波导模块322。

由于激光雷达包括扫描模组，在激光雷达运行过程中，扫描模组会产生运动（例如，转动等）使得探测光信号和回波光信号在经过扫描器件前后的传输路径不再一致，回波光信号可能不会再进入发射波导模块321，而相对发射波导模块321产生了偏移，即，产生上述走离效应。走离效应会导致回波光信号的聚焦光斑沿着第二方向y偏移，回波光信号的偏移量（dy）与目标物体的距离(S)近似成正比，如此，远距离目标物体的回波光信号的偏移量相对较大，近距离目标物体的回波光信号的偏移量相对较小。其中，当回波光落在接收波导模块322时，则接收波导模块322可以将回波光信号接收进来并向下游传输。由于发射波导模块321与接收波导模块322之间存在间距，因此当目标物体距离激光雷达的距离较近时，回波光的光斑可能落在发射波导模块321，或者发射波导模块321与接收波导模块322之间的间隙，从而不被接收波导模块322接收，并造成激光雷达具有近距探测盲区。

本申请实施例中，发射波导模块321与接收波导模块322被配置为可以使发射波导模块321传输的光信号耦合进入接收波导模块322。如此，不仅接收波导模块322可以接收回波光信号，以向下游的光电探测模组330进行传输；发射波导模块321也可以接收回波光信号，并将接收的回波光信号耦合进入接收波导模块322，以向下游的光电探测模组330进行传输。故本申请实施例可以提升回波光信号的接收效率，缩小激光雷达的视场盲区。另外，由于发射波导模块321与接收波导模块322之间的间距一般小于或大致等于回波光信号的模场尺寸的两倍，当回波光信号的光斑位于发射波导模块321与接收波导模块322之间时，其至少落在两者中的一个之上，因此上述设置有利于彻底消除激光雷达的近距探测盲区；其中，发射波导模块321与接收波导模块322之间的间距意为，发射波导模块中最靠近接收波导模块的波导的中心，与，接收波导模块中最靠近发射波导模块的波导的中心，之间的间距。

本实施例中，请参阅图7，图7示出了本申请其中一实施例提供的发射波导模块321及接收波导模块322的示意图，发射波导模块321具有第一耦合区域3211，接收波导模块322具有第二耦合区域3221，沿厚度方向z观察，第一耦合区域3211与第二耦合区域3221沿第二方向y相对设置；该第二耦合区域3221相对于接收波导模块322中位于第二耦合区域3221上游的相邻部位朝靠近发射波导模块321的方向弯曲，以使第一耦合区域3211与第二耦合区域3221被配置为可使发射波导模块321传输的光信号耦合进入。需要说明的是，本申请实施例中的上游和下游以同一光信号的传输方向为参照进行界定，同一光信号先传输经过的部件，相较于其后传输经过的部件而言，位于上游。例如，接收波导模块322中位于第二耦合区域3221上游的相邻部位是指，同一回波光信号在经过接收波导模块322时，在经过第二耦合区域3221之前经过的部位。

接下来，对接收波导模块322的具体结构作详细说明。

本实施例中，上述接收波导模块322包括至少两接收波导3222。该接收波导3222包括相对设置的第一端部32221与第二端部32222；其中，第一端部32221用于接收回波光信号，以使回波光信号进入接收波导模块322，第二端部32222则用于供回波光信号向下游的介质传输。各接收波导3222之间沿上述第二方向y间隔设置。为便于说明，以下将接收波导模块322中与发射波导模块321相邻的接收波导3222定义为第一接收波导32223，其余的接收波导定义为第二接收波导32224。本实施例中，第一接收波导32223设有上述第二耦合区域3221，该第二耦合区域3221相对于上游的部分朝靠近发射波导模块321的方向弯曲；相应地，发射波导模块321则具有与该第二耦合区域3221相对设置的第一耦合区域3211。如上文所述，该第一耦合区域3211与第二耦合区域3221被配置为可使发射波导模块321传输的光信号进入第一接收波导32223，从而使近距离的目标物体所反射的回波光在经由发射波导模块321接收之后，再经由第一耦合区域3211与第二耦合区域3221进入第一接收波导32223。

其中，本申请不对第二耦合区域3221的延伸形状作具体限定；例如，该第二耦合区域3221可以整体呈曲线状延伸，或者该第二耦合区域3221也可以是包括曲线状延伸的部分与直线状延伸的部分。其中，曲线可以包括一弧线，曲线也可以包括依次连接的至少两弧线，相邻两弧线的曲率半径不同。其中，直线可以与第二方向y平行也可以与第二方向y相交，对此不作限定。本申请也不对第一耦合区域3211的延伸形状作具体限定，其可以相对于其上游和/或下游结构凸出设置，也可以相对于其上游和/或下游结构不凸出设置，只要第一耦合区域3211与第二耦合区域3221满足上述条件即可。

为降低光损耗，第二耦合区域3221与第一接收波导32223的其它部之间可以平滑过渡连接；若第二耦合区域3221的延伸形状包括依次连接的至少两弧线，相邻两弧线之间可以平滑过渡连接，若第二耦合区域3221的延伸形状包括依次连接的直线与弧线，直线与弧线之间可以平滑过渡连接。

若发射波导模块321与接收波导模块322之间经第二耦合区域3221耦合，可以通过改变第二耦合区域3221的形状，以及第二耦合区域3221与发射波导模块321之间的相对位置关系等方式来实现发射波导模块321与接收波导模块322的耦合比例的调整。例如，可以改变第二耦合区域3221与第一耦合区域3211之间的间距、第二耦合区域3221沿第一方向x的延伸长度等等，来实现耦合比例的调整。其中，第二耦合区域3221与第一耦合区域3211之间的间距可以为：沿第二方向y，第二耦合区域3221与第一耦合区域3211之间的最小间距。

举例来说，若第二耦合区域3221包括依次连接的第一子部32211、第二子部32212及第三子部32213，第二子部32212位于第一子部32211靠近第一耦合区域3211的一侧，第二子部32212位于第三子部32213靠近第一耦合区域3211的一侧，第二子部32212的延伸方向大致与第一发射波导模块321的延伸方向一致，即，第二子部32212大致沿第一方向x延伸，则第二耦合区域3221与第一耦合区域3211之间的间距可以为：第二子部32212与第一耦合区域3211之间的间距。

其中，第一子部32211与第二子部32212之间可以平滑过渡连接，第一子部32211与第一接收波导32223的其它部之间可以平滑过渡连接，第三子部32213与第二子部32212之间可以平滑过渡连接，第三子部32213与第一接收波导32223的其它部之间可以平滑过渡连接。第一子部32211可以整体呈曲线状延伸，或者包括曲线状延伸的部分与直线状延伸的部分，第二子部32212可以整体呈曲线状延伸，或者包括曲线状延伸的部分与直线状延伸的部分。

多接收波导3222的设置有利于增大接收波导模块322沿第二方向y上可以收光的区域面积，即是有利于提升激光雷达整体的探测距离。本实施例中，接收波导模块322包括至少三个接收波导3222，其中一个为上述第一接收波导32223，余下的为两个以上第二接收波导32224，各接收波导3222之间沿上述第二方向y依次排列。一般地，每个接收波导3222的下游需要单独连接光电探测模组330中的一个光电探测模块331，以对接收波导3222输出的回波光信号以及激光雷达内部传输的本振光信号进行探测；而每一路光电探测模块331也需要连接一路信号处理模块，以对光电探测模块331转换的电信号进行处理。如此，当接收波导3222数量变多的同时，光电探测模块331与信号处理模块均随之增多，进而使得激光雷达的器件成本明显提升。

为克服上述不足，本实施例中接收波导模块322还包括至少一个合束器，该合束器包括两输入端与一输出端，其输入端用于与接收波导3222的连接，以将两接收波导3222进行合束。具体地，请参阅图8，该至少一个合束器3223包括第一合束器32231，第一合束器32231的每一输入端与第二接收波导32224连接，即与第一接收波导32223之外的接收波导3222连接，第一合束器32231的输出端连接有第一传输波导3224。如此，与该合束器3223所连接的两接收波导3222接收的回波光都将经由第一传输波导3224向下游的光电探测模块331输出；该设置可以减少光电探测模块331的数量以及上述信号处理模块的处理，从而在一定程度上降低激光雷达的整体成本。

当接收波导3222的数量较多时，请参阅图9，第一合束器32231所连接的第二接收波导32224朝向第一接收波导32223的一侧也可以设置第二接收波导32224；同理，请参阅图10，第一合束器32231所连接的第二接收波导32224背离第一接收波导32223的一侧也可以设置第二接收波导32224。第一合束器32231的数量可以是如图8至图10所示的一个，也可以如图11所示的在接收波导3222的数量较多时相应设置多个。

请参阅图12，当接收波导模块322包括至少四个接收波导3222时，上述至少一个合束器3223还可以包括第二合束器32232。具体地，第一合束器32231与第二合束器32232依次串联设置。以至少一个合束器3223包括一第二合束器为例，第一合束器32231的两输入端分别连接一第二接收波导32224，输出端连接一第一传输波导3224；第二合束器32232的一输入端通过该第一传输波导3224与上游的合束器3223，即第一合束器32231的输出端连接，另一输入端与另一第二接收波导32224连接，该第二合束器32232的输出端连接有一第一传输波导3224。其中，第一合束器32231与第二合束器32232所连接的接收波导3222相邻，即两合束器3223所连接的三个接收波导3222为依次相邻的三个接收波导3222；如此，经由该三个接收波导3222所接收的回波光信号都将经由第二合束器32232输出端的第一传输波导3224向下游的光电探测模块331传输，以进一步减少光电探测模块331的数量。至于第二合束器32232的数量，其可以是如图12所示的一个；也可以是如图13所示的多个，具体地，该第一合束器32231与多个第二合束器32232依次串联，第二合束器32232的一输入端通过该第一传输波导3224与上游的合束器3223的输出端连接，另一输入端与另一第二接收波导32224连接，该第二合束器32232的输出端连接有一第一传输波导3224，相邻的两合束器3223所连接的接收波导3222相邻。

进一步地，考虑到离发射波导模块321越远的接收波导3222所对应的探测距离也是越远，其所接收到的回波光信号的能量也是越低，而回波光信号在经过合束器3223之后可能是会存在一定比例的损耗的；因此，可以使：相邻的两合束器3223之间，下游的合束器3223所连接的接收波导3222较上游的合束器3223所连接的接收波导3222距离发射波导模块321更远，以减少远距离回波光信号经过的合束器3223的数量，进而减少远距离的回波光信号在接收波导模块322传输的损耗，以确保最终输出的能量满足要求。另外，由于近距离的回波光信号能量较高，即使其经过数量较多的合束器3223，其最后经由接收波导模块322输出的能量仍能满足要求。

值得一提的是，若回波光信号同时落在相邻两个合束器3223所连接的两接收波导3222上，例如图13所示最下方的两接收波导3222的第一端部32221，每一接收波导3222接收的回波光子信号最终到达同一合束器3223进行合束时，所经过的合束器3223数量是不一样的，因此相位会有所差异。而相位差不同可能导致光功率的损耗，例如，在相位差达到π时可能出现相干相消的情形，为克服这一不足，硅光芯片300还包括相位补偿器3225，相互串联的两合束器3223之间设有相位补偿器3225，相位补偿器3225用于补偿回波光信号经由上游的合束器3223时发生的相位改变，消除相位差，降低光功率损耗。

应当理解，即使本实施例是以合束器3223连接于第二接收波导32224为例进行说明，但本申请并不局限于此，在本申请其他的实施例中，合束器3223也可以连接于第一接收波导32223。

例如，请参阅图14，接收波导模块322包括两个以上接收波导3222，至少一个合束器3223包括第一合束器32231。该实施例与图8所示的实施例的主要区别在于，第一合束器32231的一输入端连接于第一接收波导32223，另一输入端连接于与第一接收波导32223相邻的接收波导3222，其输出端连接有一第一传输波导3224。另外，由于第一合束器32231连接于第一接收波导32223，与图8所述的实施例相比，该实施例还能进一步减少接收波导模块322最终的输出端口数量，进而有利于降低激光雷达的器件成本。其中，第一合束器32231的数量可以是一个，也可以在接收波导3222的数量较多时相应设置多个。

需要说明的是，由于第一接收波导32223具有第二耦合区域3221，第二耦合区域3221相对于上游的部分朝靠近发射波导模块321的方向弯曲，如此，第一合束器32231所连接的第一接收波导32223和第二接收波导32224的长度可能不一样，然而，同一合束器3223连接的两接收波导3222的长度不一样，会使二者传输至合束器3223的回波光信号具有相位差，为此，可以设计连接同一合束器3223的多接收波导3222的长度满足：各接收波导3222传输至同一合束器3223的相位差为探测光信号波长的整数倍等，以消除相位差、降低光功率损耗。可以理解的是，也可以通过相位补偿器等方式消除连接同一合束器3223的多接收波导3222的相位差影响，该相位补偿器可以设置于同一合束器3223所连接的、未设有第二耦合区域3221的接收波导3222，以避免在同一接收波导3222同时设置第二耦合区域3221和相位补偿器造成的结构复杂的弊端；当然，消除上述相位差的方式很多，本申请对此不作限定。

又例如，请参阅图15，接收波导模块322包括三个以上接收波导3222，至少一个合束器3223包括第一合束器32231与第二合束器32232。该实施例与图12所示的实施例的主要区别在于，第一合束器32231的一输入端连接于第一接收波导32223，另一输入端连接于与第一接收波导32223相邻的接收波导3222。另外，由于第一合束器32231连接于第一接收波导32223，与图12所示的实施例相比，该实施例还能进一步减少接收波导模块322最终的输出端口数量，进而有利于降低激光雷达的器件成本。

还例如，请参阅图16，接收波导模块322包括两个以上接收波导3222，至少一个合束器3223包括第一合束器32231。该实施例与图14所示的实施例的主要区别在于，第一接收波导32223不设有上述第二耦合区域3221，该第二耦合区域3221设于合束器3223输出端所连接的第一传输波导3224。具体地，第一合束器32231的一输入端连接于第一接收波导32223，另一输入端连接于与第一接收波导32223相邻的接收波导3222，第一合束器32231的输出端连接有第一传输波导3224，该第一传输波导3224设有上述第二耦合区域3221。第二耦合区域3221位于第一合束器32231下游的设置，有利于减少经由发射波导模块321耦合进入接收波导模块322的回波光所经过的合束器3223的数量，以降低回波光的损耗；而光损耗较低，又可以适当的减小发射波导模块321与接收波导模块322之间的耦合效率，使得小耦合比例即可满足发射波导模块321与接收波导模块322之间的耦合需求，如此则可以保证探测光信号经由发射波导模块321发射时的能量较高。其中，第一合束器32231的数量可以是一个，也可以如图17所示的在接收波导3222的数量较多时相应设置多个，此时，仅最靠近发射波导模块的第一合束器连接有第一接收波导与第二接收波导，其余的第一合束器则是连接有两第二接收波导。

再例如，请参阅图18，接收波导模块322包括三个以上接收波导3222，至少一个合束器3223包括依次串联的第一合束器32231与至少一个第二合束器32232。该实施例与图15所示的实施例的主要区别在于：第一接收波导32223不设有上述第二耦合区域3221，该第二耦合区域3221设于合束器3223输出端所连接的第一传输波导3224。具体地，第一合束器32231的一输入端连接于第一接收波导32223，另一输入端连接于与第一接收波导32223相邻的接收波导3222，第一合束器32231的输出端连接有第一传输波导3224。第二合束器32232的一输入端通过第一传输波导3224与上游的合束器3223连接，另一输入端与一接收波导3222连接，第二合束器32232的输出端连接有第一传输波导3224；各合束器3223的输入端所连接的接收波导3222不同，除第一接收波导32223之外，相邻的合束器3223所连接的接收波导3222之间相邻。第一合束器32231的输出端所连接的第一传输波导3224设有第二耦合区域3221，和/或，第二合束器32232的输出端所连接的第一传输波导3224设有第二耦合区域3221。第二耦合区域3221位于第一合束器32231下游的设置，有利于减少经由发射波导模块321耦合进入接收波导模块322的回波光所经过的合束器3223的数量，以降低回波光的损耗。

基于上述所有的实施例，在接收波导模块322包括第一合束器32231及至少两第二合束器32232时，接收波导模块322包括的第一合束器32231及至少两第二合束器32232依次串联的方向也可以不与各接收波导3222的排列方向一致，例如，结合图19和图20，至少两第二合束器32232所连接的接收波导3222可以沿第二方向y位于第一合束器32231所连接的接收波导3222的相对的两侧；此时，第一合束器32231与各第二合束器32232的串联方向如图示先上后下，或先下后上，而非一直向下或一直向上。

基于上述所有的实施例，当接收波导3222的数量比所述合束器3223的数量多出至少两个时，沿上述第二方向y，最远离发射波导模块321的接收波导3222未连接有合束器3223，如图21所示。如此，有利于保证最远探测距离对应的回波光经由接收波导3222接收后，可以无需经由合束器3223，而直接传输向光电探测模块，以保证最终到达光电探测模块的回波光能量满足要求。

以下以图21示出的实施例为例，对设置第一耦合区域与第二耦合区域的方案，以及未设置上述结构的方案的探测性能作出说明。具体地，接收波导模块322包括图21示出的五接收波导3222及两第一合束器32231，其中一第一合束器32231的一输入端连接第一接收波导32223，另一输入端连接与第一接收波导32223相邻的一第二接收波导32224；另一第一合束器的两输入端分别接一第二接收波导32224；沿第二方向y，最远离发射波导模块321的接收波导3222未连接合束器3223；两第一合束器32231中，连接第一接收波导32223的一第一合束器32231的输出端所连接的第一传输波导3224具有第二耦合区域3221，此时，激光雷达于0-250m范围内的目标物体探测时，连接第一接收波导32223的第一合束器32231的输出端所连接的第一传输波导3224、未连接第一接收波导32223的第一合束器32231的输出端所连接的第一传输波导3224、及未连接合束器3223的接收波导3222，输出到后端的回波光的光功率分别如图22中的区域O1、区域O2及区域O3所示。而若图21示出的接收波导模块322不再具有第二耦合区域3221，连接第一接收波导32223的第一合束器32231所连接的第一传输波导3224、未连接第一接收波导32223的第一合束器32231所连接的第一传输波导3224、及未连接合束器3223的接收波导3222，输出到后端的回波光的光功率分别如图23中的区域O1’、区域O2’及区域O3’所示，由图22及图23可以得知，本申请实施例通过在接收波导模块322上设置第二耦合区域3221后，可以大幅度提升激光雷达于近距离目标物体处接收到的回波光光功率，提升激光雷达于近距离目标物体处的探测性能。

另外，上述至少一个合束器3223也可以包括至少两个第一合束器32231及至少一个第三合束器32233。具体地，请参阅图24，第三合束器32233的两输入端分别与一第一合束器32231经第一传输波导3224连接，第三合束器32233的输出端连接一第一传输波导3224，此时，第一接收波导32223、第一接收波导32223连接的一第一合束器32231的输出端所连接的第一传输波导3224、第三合束器32233的输出端所连接的第一传输波导3224中的至少一个可以具有第二耦合区域3221。连接同一第三合束器32233的两第一合束器32231所连接的接收波导3222可以相邻。

各合束器的具体位置则可以采用以下方式设置。沿第二方向y，第一合束器32231的两输入端可以位于所连接的两接收波导3222的第一端部32221之间，使得第一合束器32231所连接的两接收波导3222的第二端部32222能够朝相互靠近的方向延伸，缩减接收波导模块322沿第二方向y的尺寸。沿第二方向y，第二合束器32232的两输入端位于所连接的接收波导3222朝向第一合束器32231的一侧，缩减接收波导模块322沿第二方向y的尺寸。例如，第二合束器32232的两输入端位于所连接的接收波导3222的第二端部32222与上游的合束器3223的输出端之间。沿第二方向y，第三合束器32233的两输入端位于所连接的两第一传输波导3224之间，使得第一合束器32231所连接的两接收波导3222的第二端部32222能够朝相互靠近的方向延伸，缩减接收波导模块322沿第二方向y的尺寸。

本申请实施例中的合束器3223可以为任意的能够将至少两光信号进行合束后再输出的器件。例如，合束器3223可以为多模干涉（multi-mode interference，MMI）耦合器、Y形耦合器、星状耦合器等等。

基于上述所有的实施例，相互对应的光电探测模组330与收发波导模组320中，光电探测模块331的数量与接收波导模块322的输出端口数量一致。

以下再对上述接收波导的具体结构作具体补充说明。例如，请参阅图25，接收波导3222包括第一连接部32227，第一连接部32227包括第一端部32221以及与第一端部32221相对的第三端部32228，自第一端部32221至第三端部32228，第一连接部32227的截面轮廓逐渐扩张。即，用于接收回波光的第一端部32221的端面尺寸小，远离第一端部32221的端面尺寸大，其中，小端面尺寸便于保证较大的模场直径，提升接收波导3222的光接收容差，而口径逐渐增大则可以过渡到光可以稳定传播的尺寸。

需要说明的是，自第一端部32221至第三端部32228，第一连接部32227的截面轮廓逐渐扩张，可以为，自第一端部32221至第三端部32228，第一连接部32227的沿第二方向y的宽度逐渐扩张等，对此不作限定。自第一端部32221至第三端部32228，第一连接部32227的截面轮廓可以以固定斜率平稳增大，也可以以变化斜率增大，对此不作限定。本申请实施例中，自第一端部32221至第三端部32228，第一连接部32227的截面轮廓以固定斜率平稳增大，第一连接部32227大致呈锥形。

第一连接部32227可以沿直线方向延伸，也可以沿曲线方向延伸。本申请实施例中，各输入接收波导3222的第一连接部32227均沿直线方向延伸，且各输入接收波导3222的第一连接部32227的延伸方向大致平行。进一步地，各输入接收波导3222的第一连接部32227的延伸方向可以大致与第二方向y呈夹角设置。其中，各输入接收波导3222的第一连接部32227的延伸方向与第二方向y的夹角可以为75°、85°、90°、95°等等，对此不作限定。

参阅图25，接收波导3222还包括第二连接部32229，第二连接部32229包括相对的第四端部32220与第二端部32222，第四端部32220连接于第三端部32228，自第四端部32220至第二端部32222，第二连接部32229的截面轮廓保持恒定。值得一提的是，各输入接收波导3222的第一连接部32227形状一致且对齐，从而有利于保证各输入接收波导3222在收光位置的模场直径一致，以及，各输入接收波导3222模场直径的变化规律一致；而对于第二连接部32229而言，由于有合束器3223的接入，各第二连接部32229远离第一连接部32227的一端则一般是不对齐的。其中，第二连接部32229可以设置成沿平滑的曲线方向延伸，以降低光损耗。

至于相邻两接收波导3222的第一端部32221之间的间距L，可以大致在接收波导3222的模场直径D的2倍以内，即L≤2D。其中，相邻两接收波导3222的第一端部32221之间的间距意为相邻两个接收波导3222的第一端部32221的中心之间的间距。具体地，相邻两个接收波导3222的第一端部32221之间的间距可以为其中一接收波导3222的第一端部32221沿第二方向y的宽度的一半、另一接收波导3222的第一端部32221沿第二方向y的宽度的一半及两个接收波导3222之间沿第二方向y的间隙之和。接收波导3222的第一端部32221的模场直径意为，第一端部32221可以接收光信号的区域范围的直径，其可以通过获取光信号从第二端部32222向第一端部32221传输时，光在第一端部32221处的模场直径确定。一般地，接收波导3222的模场直径与回波光信号的模场直径大致相同，从而保证在接收回波光时具有较高的耦合效率；而相邻两个接收波导3222的第一端部32221之间的间距大致是在接收波导3222的模场直径的2倍以内，因此可以保证无论回波光的光斑落在接收波导模块322的任何位置，均可以耦合进入至少一个接收波导3222。

具体地，接收波导3222的第一端部32221的模场直径为第一直径D，相邻两接收波导3222的第一端部32221之间的距离为第一距离L，硅光芯片300可以满足：0.6≤L/D≤2.0。可选地，L/D 的取值可以为0.6、0.65、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7等等，对此不作限定。

另外，上述L/D≥0.6的设置还可以实现回波光至多被两个接收波导3222所接收。即，回波光仅被一个接收波导3222接收或者回波光仅被相邻的两接收波导3222接收，以降低信号处理难度等。

需要说明的是，相邻两接收波导3222的第一端部32221之间的间距可以根据探测效率等因素进行仿真设计；例如，可以设计接收波导3222的第一端部32221的模场之间大致等于对应的回波光的光模场直径，以保证接收波导3222具有较佳的光耦合效率。

此外，为使得发射波导模块321与接收波导模块322之间产生光耦合效应，除了使第二耦合区域3221设置为朝向发射波导模块321弯曲之外，也可以单独使发射波导模块321的第一耦合区域3211相对于发射波导模块321中与第一耦合区域3211相邻的其他部位朝靠近接收波导模块322的方向弯曲，以使第一耦合区域3211与第二耦合区域3221被配置为可使发射波导模块321传输的光信号耦合进入。当然，也可以同时将第一耦合区域3211与第二耦合区域3221作如上配置。

另外，需要说明的是，若发射波导模块321接收的回波光信号可以耦合进入接收波导模块322，则发射波导模块321在传输探测光信号时，发射波导模块321内传输的探测光信号也存在至少部分会耦合进入接收波导模块322的情形，因此，为避免发射波导模块321与接收波导模块322之间的相互耦合影响发射波导模块321输出硅光芯片300的探测光信号的光能量，发射波导模块321与接收波导模块322之间的耦合可以为弱耦合，使得发射波导模块321与接收波导模块322之间的耦合比例满足：发射波导模块321输出的探测光信号具有足够的光能量，满足探测需求，且发射波导模块321耦合进入接收波导模块322的回波光满足信号处理需求。

具体地，发射波导模块321与接收波导模块322之间的耦合比例为α；其中，α可以结合实际情况灵活调整。例如，α可以大于或等于0.1%且小于或等于1%；具体地，上述耦合比例α可以为0.1%、0.3%、0.6%、0.8%、1%等等，对此不作限定。举例来说，若发射波导模块321与接收波导模块322之间的耦合比例α为1%，则发射波导模块321内传输的光信号中，仅1%的光信号能够耦合进入接收波导模块322。

以上是对接收波导模块322的详述，接下来，对本申请实施例中发射波导模块321的构造作具体说明。发射波导模块321的实现方式实则也是多样的，其既可以采用单根波导出射探测光的方案，也可以采用多根波导出射探测光的方案；前者的方案较为常规，以下针对后者的技术方案作详细说明。

请参阅图26，若发射波导模块321包括至少两发射波导，至少两发射波导中，最靠近接收波导模块322的一发射波导具有上述第一耦合区域3211。

进一步地，请参阅图27，至少两发射波导包括第一发射波导3212与至少一第二发射波导3213。其中，第一发射波导3212具有沿延伸方向相对的入射端3212m与出射端3212n，入射端3212m用于接收探测光信号。沿厚度方向z观察，第二发射波导3213与第一发射波导3212沿第二方向y相对设置，第一发射波导3212与第二发射波导3213被配置为可使第一发射波导3212中的探测光耦合进入第二发射波导3213，以使发射波导模块321经由至少两发射波导共同输出一束探测光。即，本实施例的发射波导模块321可以实现单波导输入多波导输出。值得一提的是，鉴于应用场景的多样性，硅光芯片300可能通过第一发射波导3212直接接收光源模组输出的探测光信号，即第一发射波导3212是单独的一条波导结构，此时入射端3212m为在单条波导结构中的端部位置；光芯片也可能通过第一发射波导3212间接接收光源模块输出的探测光，例如第一发射波导3212的上游还连接有其他波导结构，即发射波导是整条波导结构中间的一部分。

其中，第二发射波导3213与第一发射波导3212相对设置可以为：第二发射波导3213的延伸方向与第一发射波导3212的延伸方向大致相同，且二者大致在与第一发射波导3212的延伸方向相垂直的方向（上述第二方向y）排布以彼此相对设置。

可以理解的是，发射波导模块321配置为经由至少两个发射波导输出探测光，可以为，发射波导模块321配置为经由第一发射波导3212及第二发射波导3213共同输出一束探测光信号，也可以为，发射波导模块321配置为经由两个以上的第二发射波导3213共同输出一束探测光信号，本申请对此不作限定。

本实施例中以发射波导模块321配置为经由第一发射波导3212及第二发射波导3213共同输出一束探测光信号为例进行示例性说明。此时，第二发射波导3213的数量可以具体为一个第二发射波导3213、两个第二发射波导3213、三个第二发射波导3213等等，本申请对此不作限定。若，探测光信号由一个第一发射波导3212及两个以上的第二发射波导3213输出发射波导模块321，两个以上的第二发射波导3213可以绕第一发射波导3212的延伸方向呈圆周阵列分布于第一发射波导3212的外围，使得第一发射波导3212传输的探测光能够更加平缓地耦合进入外围的第二发射波导3213。

上述两个以上发射波导可以包括第一发射波导3212及至少一个的第二发射波导3213。请继续参阅图27及图28，第一发射波导3212包括第一输入部32121与第一耦合部32122。沿图示第一方向x，第一输入部32121位于第一耦合部32122的上游，并超出第二发射波导3213设置。第一输入部32121背离第一耦合部32122的一端为上述入射端3212m，该第一输入部32121用于经由上述入射端3212m接收探测光，以使探测光进入第一发射波导3212并沿其传播。值得说明的是，本申请文件中所述的“第一方向x”为，第一发射波导3212自入射端3212m延伸至出射端3212n所确定的延伸方向。

沿上述第一方向x，第一耦合部32122则是位于第一输入部32121的下游，以传输经由上述第一输入部32121进入第一发射波导3212中的探测光信号。相应地，第二发射波导3213包括第二耦合部32131，沿厚度方向z观察，第二耦合部32131与第一耦合部32122沿第二方向y相对设置，上述第一耦合部32122与该第二耦合部32131被配置为可使第一耦合部32122中的探测光耦合进入第二耦合部32131。本实施例中，沿上述第一方向x，第一耦合部32122截面轮廓逐渐收缩，例如第一耦合部32122的宽度逐渐减小；第二耦合部32131的截面轮廓保持恒定。如此，第一耦合部32122与第二耦合部32131共同构成一个可以实现光耦合的模块，光在第一耦合部32122中传输的过程中，会向第二耦合部32131发生外溢。具体来说，通过第一耦合部32122沿上述第一方向x上的截面轮廓限缩使得第一耦合部32122内的探测光能够外溢，并且外溢的探测光能够进入到第二发射波导3213内，进而实现探测光由多个发射波导输出。由于探测光由原本在一个发射波导中传输，变成由第一发射波导3212和第二发射波导3213传输，因此探测光的模场尺寸将变大；而根据发散角θ与光束出射的模场半径ω0大致满足以下公式（1）可知，探测光的模场增大可以实现出射光束的发散角的减小，进而有利于提升激光雷达探测时的分辨率。

θ=λ/(πω0) （1）

在一些实施例中，沿垂直于硅光芯片300的方向观察，沿上述第一方向x，第一耦合部32122的宽度可以由b0逐渐减小变为b1，其中，b0>b1，0.5μm ≤ b0 ≤1.2μm，0.2μm ≤b1 ≤0.9μm。沿上述第一方向x，第二耦合部32131的宽度则可以保持不变；具体地，第二耦合部32131的宽度可以为a0，0.1μm ≤ a0 ≤0.4μm。

至于沿第一方向x，第一耦合部32122与第二耦合部32131之间的间距情况，该间距可以保持不变。具体地，沿第一方向x上，第一耦合部32122与第二耦合部32131之间的间距可以保持在g1，其中， 0.2μm ≤ g1 ≤1.2μm；以一方面满足制造工艺，另一方面使第一耦合部32122与第二耦合部32131之间可以发生光耦合效应。需要说明的是，本申请文件中所述的第一耦合部32122与第二耦合部32131之间的间距意为：第一耦合部32122的中心线与第二耦合部32131的中心线之间的间距。其中，本申请文件中所述的某部件的中心线满足，该中心线的延伸方向与该部件的延伸方向一致，且该部件于该中心线两侧的宽度相同。

请参阅图27，位于第一发射波导3212与接收波导模块322之间的一第二发射波导3213具有第一耦合区域3211，具体地，该第二发射波导3213的第二耦合部32131处具有第一耦合区域3211。

本实施例中，第一发射波导3212还包括第一输出部32123，沿上述第一方向x，第一输出部32123位于第一耦合部32122的下游；第二发射波导3213还包括与第一输出部32123相对设置的第二输出部32132，沿第一方向x，第二输出部32132位于第二耦合部32131的下游。其中，发射波导模块321配置为经由第一输出部32123及第二输出部32132输出探测光。本实施例中，发射波导模块321包括一个第一发射波导3212及两个第二发射波导3213，两个第二发射波导3213分别位于第一发射波导3212的相对的两侧，探测光信号由一个第一发射波导3212及两个第二发射波导3213输出。可选地，两个第二发射波导3213可以沿第一发射波导3212的宽度方向分别位于第一发射波导3212的相对的两侧，以能够减小发射波导模块321的出射光束沿第一发射波导3212的宽度方向的发散角；当然，在其他实施例中，各发射波导之间排布的方向也可以不与第一发射波导3212的宽度方向一致。此外，即使本实施例是以发射波导模块321经由第一输出部32123与第二输出部32132输出探测光为例进行说明，但应当理解，本申请并不局限于此，只要保证是经由第一发射波导3212与第二发射波导3213共同输出探测光即可；例如，在本申请的其他实施例中，发射波导模块321也可以经由上述第一耦合部32122与第二耦合部32131输出探测光。

可选地，沿第一方向x，第一输出部32123的宽度可以保持不变；沿第一方向x，第二输出部32132的宽度可以保持不变。例如，沿第一方向x上，第一输出部32123的宽度保持为b2，第二输出部32132的宽度保持为a1，其中，0.1 μm ≤ b2 ≤ 0.35μm，0.1 μm ≤ a1 ≤0.35μm。

至于沿第一方向x，第二输出部32132与第一输出部32123之间的间距情况，该间距可以均逐渐增大，以能够进一步地扩大出射探测光的模场尺寸，进而缩小探测光出射后的发散角，提升激光雷达探测时的分辨率。其中，沿第一方向x，第二输出部32132与第一输出部32123之间的间距可以以固定斜率平稳增大，也可以以变化斜率增大，对此不作限定。本申请实施例中，沿第一方向x上，第二输出部32132与第一输出部32123之间的间距变化率由小变大再变小，即，沿第一方向x上，第二输出部32132与第一输出部32123之间的间距首先较小幅度增大，而后较大幅度增大，之后再较小幅增大，以保证第一输出部32123与其上游部位直接平缓连接，从而能够在减少探测光损耗的前提下实现出射光束的模场扩大，同时保证经由第一输出部32123输出的探测光信号的传输方向与经由第二输出部32132输出的探测光信号的传输方向一致，以及，使第一输出部32123整体延伸形状变化平缓。需要说明的是，本申请文件中所述的第二输出部32132与第一输出部32123之间的间距意为：第二输出部32132的中心线与第一输出部32123的中心线之间的间距。

在一些实施例中，沿第一方向x上，第二输出部32132与第一输出部32123之间的间距由g1逐渐变成g2，其中，g2>g1，1μm ≤ g2 ≤3μm。

可选地，若发射波导模块321包括两个以上的第二发射波导3213，沿第一方向x上，各第二发射波导3213的第二输出部32132与第一输出部32123之间的间距变化规律可以保持一致，使得各第二发射波导3213内的探测光量可以相对均衡，进而降低出射光束所形成的光斑的各个部位的光强差异，提升激光雷达的探测性能。具体地，各第二输出部32132可以于第一输出部32123的外围呈圆周阵列分布，且各第二输出部32132的形状可以大致相同。

本实施例中，第一发射波导3212还可以包括第一传输部32124，沿第一方向x上，第一传输部32124连接于第一耦合部32122，并位于第一耦合部32122的下游；第二发射波导3213还可以包括与第一传输部32124相对设置的第二传输部32133，沿第一方向x，第二传输部32133连接于第二耦合部32131，并位于第二耦合部32131的下游。沿上述第一方向x，第一传输部32124的截面轮廓逐渐收缩，第二传输部32133的截面轮廓逐渐收缩；该设置旨在通过对各发射波导的宽度进行收缩，从而起到使探测光在第一传输部32124和第二传输部32133传输时，进一步扩大探测光的模场尺寸的作用。如此，探测光信号在经过第一耦合部32122时，部分光信号耦合进入第二耦合部32131，探测光信号的模场尺寸初步增大；探测光信号经过第一传输部32124与第二传输部32133时，探测光的模场尺寸进一步增大；探测光信号经过第一输出部32123和第二输出部32132时，探测光信号的模场尺寸更进一步增大；换而言之，探测光信号的模场尺寸经过三次增长，进而可以在出射时具有较大的模场尺寸，以保证出射时的较小的发散角。

沿第一方向x，第一传输部32124的宽度可以以固定变化率平稳减小，也可以以变化斜率减小，对此不作限定。同理，沿第一方向x，第二传输部32133的宽度可以以固定斜率平稳减小，也可以以变化斜率减小，对此不作限定。可选地，沿第一方向x上，第一传输部32124的宽度变化规律与第二传输部32133的宽度变化规律可以大致相同。例如，在一些实施例中，沿第一方向x，第一传输部32124的宽度可以由b1逐渐减小至b2；沿第一方向x，第二传输部32133的宽度可以由a0逐渐减小至使其与第二输出部32132连接的一端的宽度为a1。此处需要说明的是，本实施例中，第一耦合部32122与第一输出部32123之间通过宽度变化的第一传输部32124间接连接，因此上述b2小于b1；当然，在本申请其他的实施例中，若第一耦合部32122与第一输出部32123之间直接连接，则上述b2可以等于b1。同理，本实施例中，第二耦合部32131与第二输出部32132之间通过宽度变化的第二传输部32133间接连接，因此上述a1小于a0；当然，在本申请其他的实施例中，若第二耦合部32131与第二输出部32132之间直接连接，则上述a1可以等于a0。

至于第一传输部32124与第二传输部32133之间的间距情况，其可以是沿上述第一方向x，第一传输部32124与第二传输部32133之间的间距保持不变。具体地，沿第一方向x上，第一传输部32124与第二传输部32133之间的间距可以保持在g1。需要说明的是，本申请文件中所述的第一传输部32124与第二传输部32133之间的间距意为：第一传输部32124的中心线与第二传输部32133的中心线之间的间距。

本实施例中，第一发射波导3212还包括第三耦合部32125；沿第一方向x上，第三耦合部32125连接于第一耦合部32122，并位于第一耦合部32122的上游。相应地，第二发射波导3213还包括与第三耦合部32125相对设置的第四耦合部32134；沿第一方向x，第四耦合部32134连接于第二耦合部，并位于第二耦合部32131的上游；该第三耦合部32125与第四耦合部32134配置为可使第三耦合部32125中的探测光耦合进入第四耦合部32134。本实施例中，沿上述第一方向x，第四耦合部32134与第三耦合部32125之间的间距逐渐减小。例如，沿第一方向x，第三耦合部32125至第四耦合部32134的间距可以逐渐减小为g1。第三耦合部32125与第四耦合部32134之间间距缓慢拉近的设置旨在，使探测光在第三耦合部32125与第四耦合部32134处即开始初步耦合，以克服直接地在第一耦合部32122与第二耦合部32131处开始耦合而引发的耦合损耗较高的不足。

可选地，沿上述第一方向x，第三耦合部32125的宽度可以保持不变。例如，沿第一方向x上，第三耦合部32125的宽度可以保持在b0。沿上述第一方向x，第四耦合部32134的宽度保持不变。例如，沿上述第一方向x，第四耦合部32134的宽度可以保持在a0。其中，第四耦合部32134的宽度可以小于第三耦合部32125的最小宽度。

至于沿上述第一方向x，第三耦合部32125与第四耦合部32134之间的间距变化情况，可以以固定的变化率平稳减小，也可以以变化的变化率减小，对此不作限定。本申请实施例中，沿上述第一方向x，第三耦合部32125与第四耦合部32134之间的间距变化率由小变大再变小，即，沿上述第一方向x，第三耦合部32125与第四耦合部32134之间的间距首先较小幅度减小，而后较大幅度减小，之后较小幅度减小，以能够在上述第一方向x上实现第一发射波导3212与第二发射波导3213的平缓靠近，提升第一发射波导3212与第二发射波导3213之间的耦合效率。

进一步地，在本实施例中，上述第一输入部32121包括相互连接的第一部分32121p及第二部分32121q。沿第一方向x，第一部分32121p具有上述入射端3212m，其经由该入射端3212m接收由光源模块生成的探测光。第二部分32121q连接于第一部分32121p背离入射端3212m的一端，并位于第一耦合部32122的上游，其用于将探测光向第三耦合部32125与第一耦合部32122输送。其中，第一部分32121p的宽度可以保持不变，第二部分32121q的宽度可以逐渐减小；例如，第二部分32121q的宽度可以逐渐减小至使其背离第一部分32121p的一端的宽度为b0。该设置旨在使第一输入部32121在接收探测光信号之后，宽度可以变化至与下游的波导结构一致，以将探测光信号传向下游波导结构；例如，在硅光芯片300中还包括有位于第一输入部32121上游的波导结构，第一部分32121p的宽度与上游的波导结构宽度一致，第二部分32121q背离第一部分32121p的宽度则与下游的波导结构一致，则第一输入部32121能够以较低损耗的方式将探测光耦合进入下游的波导结构。

对于第一发射波导3212而言，其可以沿直线方向延伸，使得第二发射波导3213通过相对于第一发射波导3212弯曲等变化实现第二发射波导3213与第一发射波导3212之间的间距调整，降低发射波导模块321的设计难度，提升生产效率。

以上是对发射波导模块321一些实施例中的结构进行说明，接下来以发射波导模块321包括第一发射波导3212和两分设于第一发射波导3212两侧的第二发射波导3213为例，并结合附图28至图34，对本实施例中硅光芯片300与相关技术中光芯片输出的探测光的发散情况进行说明。

如前文所述，第一发射波导3212可以包括沿第一方向x依次连接的第一输入部32121、第三耦合部32125、第一耦合部32122、第一传输部32124及第一输出部32123，第二发射波导3213可以包括沿第一方向x依次连接的第四耦合部32134、第二耦合部32131、第二传输部32133及第二输出部32132。将第一部分32121p与第二部分32121q之间的界面记作第一界面c、第二部分32121q与第三耦合部32125之间的界面记作第二界面d、第三耦合部32125与第一耦合部32122之间的界面记作第三界面e、第一耦合部32122与第一传输部32124之间的界面记作第四界面f、第一传输部32124与第一输出部32123之间的界面记作第五界面s、第一输出部32123的出射端面记作第六界面t。第四耦合部32134背离第二耦合部32131的端面可以与第二界面d共面，第四耦合部32134与第二耦合部32131之间的界面可以与第三界面e共面，第二耦合部32131与第二传输部32133之间的界面可以与第四界面f共面，第二传输部32133与第二输出部32132之间的界面可以与第五界面s共面，第二输出部32132的出射端面可以与第六界面t共面。

可选地，第一界面c、第二界面d、第三界面e、第四界面f、第五界面s及第六界面t可以相互平行，也可以相交，对此不作限定。

图29示出了发射波导模块321在用于传输探测光信号时的光场传播示意图的灰度图，图30示出了发射波导模块321在用于传输探测光信号时的模式演化示意图的灰度图，其中，第一界面c处的模态记作模式1，第四界面f处的模态记作模式2，第五界面s处的模态记作模式3，第六界面t处的模态记作模式4；由图29和图30可以得知，第一界面c处的模式1为基模，第四界面f处的模式2及第五界面s处的模式3已经逐渐演化成复合波导的基础模式，模式2的模场尺寸相交于模式1增大，模式3的模场尺寸相较于模式2又进一步增大，第六界面t处的模式4的模场尺寸相较于模式3再进一步增大。如此，发射波导模块321探测光最终出射时的模场尺寸，相较于最初接收探测光时的模场尺寸是明显增大的；根据上述发散角与模场尺寸的关系可知，模场尺寸的增大有利于减小出射光束的发散角，进而可以提升激光雷达探测时的分辨率。

进一步地，请参阅图31和图32，图31示出了相关技术中采用单发射波导（即仅采用第一发射波导3212’）在单输入单输出时的光束传输示意图，图32示出了采用本实施例中的发射波导模块321在单波导输入多波导输出时的光束传输示意图，其中，图32示出的发射波导模块321中用于探测光输入的一发射波导与图31示出的相关技术中的单发射波导采用基本相同的宽度，且图32示出的发射波导模块321与图31示出的单发射波导在相同的基模能量注入时，图31示出的单发射波导对应的出射光束所落在目标物体（如汽车，行人或标定靶）的远场光斑如图33所示，图32示出的发射波导模块321对应的出射光束所落在目标物体的光斑如图34所示，由图33和图34亦可以看出，本申请实施例的发射波导模块321的单波导输入多波导输出，相较于相关技术中单发射波导的单输入单输出而言，出射光束的远场光斑尺寸更小，而这也说明本申请实施例提供的发射波导模块321所输出的探测光的发散角更小，有利于提升激光雷达探测时的分辨率。

请继续参阅图32，扫描模组500位于发射波导模块321的光路下游，其用于接收硅光芯片300出射的探测光，并进行一维或二维的偏转，以使探测光在激光雷达外形成特定的探测视场。由于发射波导模块321的出射光束的发散角减小，因此能够减小出射光束到达扫描模组500时的光斑尺寸，使得小尺寸的扫描模组500即可满足使用需求，有利于激光雷达的小型化且便于集成。其中，扫描模组500可以为振镜和/或转镜等，对此不作限定。

其中，若发射波导模块321包括两个以上的第二发射波导3213，两个以上的第二发射波导3213可以绕第一发射波导3212的延伸方向间隔设置于第一发射波导3212的外围，使得第一发射波导3212的第一耦合部32122传输的探测光能够耦合进入外围的第二发射波导3213的第二耦合部32131。

需要说明的是，上述发射波导模块321的具体结构可以根据所需发散角的大小进行调整；例如，可以根据所需发散角的大小调整发射波导模块321包括的发射波导的数目、第二发射波导3213与第一发射波导3212之间的间距等，对此不作限定。具体地，在第二发射波导3213与第一发射波导3212之间的间距不变的情况下，可以增加发射波导模块321包括的发射波导的数目，以使得发射波导模块321的出射光束的发散角越小。具体地，在发射波导模块321包括的发射波导的数目不变的情况下，可以增大第二发射波导3213与第一发射波导3212之间的间距，以使得发射波导模块321的出射光束的发散角越小。

需要说明的是，可以在发射波导模块321的出射端面镀增透膜，以达到降低出射端面处的反射率的目的，提高光束出射效率。

需要说明的是，本实施例中第一发射波导3212包括第一输入部32121、第三耦合部32125、第一耦合部32122、第一传输部32124与第一输出部32123，但在某些情况下，上述第一输入部32121、第三耦合部32125、第一传输部32124与第一输出部32123中的一个或多个是可以省略的；相应地，第二发射波导3213中的第四耦合部32134、第二传输部32133与第二输出部32132中的一个或多个是可以省略的。例如，在一些实施例中，发射波导模块321可以经由第一耦合部32122接收探测光，并经由第一耦合部32122与第二耦合部32131输出探测光。

综上所述，本申请实施例通过采用一个发射波导输入探测光，多个发射波导输出探测光的方式，使得发射波导模块321出射的探测光的模场尺寸更大，由此使得出射的探测光的发散角更小，进而有利于减小探测光落在目标物体上的光斑尺寸，从而有利于提升探测的分辨率。

另外，以上以接收波导模块322接收回波光的一端与发射波导模块321出射回波光的一端位于硅光芯片300的同一端为例进行说明；但应当理解，在本申请的其他实施例中，上述接收波导模块322接收回波光的一端与发射波导模块321出射回波光的一端也可以位于硅光芯片300的不同端，此时需要另外设置光学器件将发射光路与回波光路分开引导。

关于上述发射波导模块321，值得补充一提的是，即使上述实施例是以该发射波导模块321通过第一发射波导3212和第二发射波导3213共同输出探测光为例进行说明，但本申请并不局限于此，只要保证该发射波导模块321是通过第一发射波导3212接收探测光，并经由至少两个发射波导输出一束探测光即可。

例如，图35和图36示出了本申请其中另一实施例提供的发射波导模块321的示意图，发射波导模块321经由至少两个发射波导输出探测光，具体为，发射波导模块321经由至少两个第二发射波导3213输出探测光。相较于图28所示的实施例中发射波导模块321经由第一发射波导3212及第二发射波导3213输出探测光而言，本实施例中第一发射波导3212不再输出探测光。

具体地，本实施例中的发射波导模块321与图28所示的实施例中的发射波导模块321的结构大致相同，区别在于：本实施例中的第一发射波导3212相较于图28所示的实施例中的第一发射波导3212而言不再设置第一输出部32123。如此，沿上述第一方向x，各第二发射波导3213的第二输出部32132超出第一发射波导3212设置；则发射波导模块321可以经由各第二发射波导3213的第二输出部32132输出探测光。

与上述实施例中的发射波导模块321相似，本实施例中的发射波导模块321亦可以增大探测光出射时的模场尺寸，从而减小探测光的发散角，以提升激光雷达探测时的分辨率。

基于同一发明构思，本申请还提供一种可移动设备，该可移动设备包括上述任一实施例提供的激光雷达。其中，可移动设备可以为汽车、无人机、机器人等任意地包括有激光雷达的设备。

由于包括上述激光雷达，因此该可移动设备的集成度也更高。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指至少两个，例如，两个、三个、四个等等。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (22)

1.一种激光雷达，所述激光雷达为FMCW激光雷达，其特征在于，包括：

光源模组，用于产生第一光束；

光放大模组，用于接收所述第一光束，并对所述第一光束进行放大，以输出放大后的第一光束；以及

硅光芯片，所述硅光芯片被配置为通过空间光耦合的方式接收所述放大后的第一光束，所述硅光芯片包括包层、收发波导模组以及光电探测模组，所述收发波导模组嵌设于所述包层，所述收发波导模组包括发射波导模块与接收波导模块，所述发射波导模块用于接收探测光信号，并向所述硅光芯片之外出射所述探测光信号，以探测目标物体，所述探测光信号为所述第一光束的至少部分，所述接收波导模块用于接收回波光信号，所述回波光信号经由目标物体反射所述探测光信号形成，所述光电探测模组用于接收本振光信号与经由所述接收波导模块输出的所述回波光信号。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光源模组包括光源模块与第一光分束模块，所述光源模块用于生成源光信号，所述第一光分束模块用于接收所述源光信号，并分束为包括两第一光束；

所述激光雷达包括两个以上光放大模组，每一光放大模组用于接收一所述第一光束，以输出放大后的第一光束；

所述硅光芯片包括两个以上收发波导模组和两个以上光电探测模组，所述收发波导模组、所述光电探测模组与所述光放大模组一一对应。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光分束模块包括两个以上分光镜，所述两个以上分光镜包括一个以上第一分光镜与第二分光镜，所述一个以上第一分光镜与所述第二分光镜沿预设方向依次排列设置；

所述第一分光镜用于接收上游的光信号，并分束为射向所述光放大模组的所述第一光束与射向下游的所述分光镜的第一分光光束；

所述第二分光镜用于接收相邻的所述第一分光镜所输出的第一分光光束，并反射，以形成射向所述光放大模组的所述第一光束。

4.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光分束模块包括平面光波导芯片，所述平面光波导芯片包括：

第三分光器，用于接收所述光源模块生成的源光信号，并分束为至少包括两个所述第一光束；

第二模斑转换器，位于所述第三分光器的上游，用于接收所述源光信号，并向所述第三分光器传输；以及

第三模斑转换器，位于所述第三分光器的下游，用于接收所述第一光束，并向所述平面光波导芯片之外传输。

5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括第一分光模块，所述第一分光模块与所述光放大模组一一对应，所述第一分光模块用于接收所述光放大模组输出的所述第一光束，并分束为至少包括所述本振光信号与所述探测光信号；

所述发射波导模块与所述第一分光模块连接，以接收所述探测光信号；

所述光电探测模组与所述第一分光模块连接，以接收所述本振光信号。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括非线性校准模块；

各所述第一分光模块中的一个用于接收所述光放大模组输出的所述第一光束，并分束为包括所述本振光信号、所述探测光信号和非线性校准信号；

非线性校准模块包括第二分光器、光延迟线和光电探测组件，所述第二分光器用于接收所述非线性校准信号，并分束为第一校准信号与第二校准信号，所述光电探测组件用于接收所述第一校准信号与所述第二校准信号，所述光电探测组件的至少一输入端经由所述光延迟线与所述第二分光器的一输出端连接，以使所述光电探测组件所接收的所述第一校准信号与所述第二校准信号的光程不同。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光电探测模组包括第一光混频器与第一平衡光电探测器；

所述第一光混频器用于接收所述本振光信号与所述回波光信号，并生成第一拍频光信号与第二拍频光信号；

所述第一平衡光电探测器用于接收所述第一拍频光信号与所述第二拍频光信号，以对所述第一拍频光信号和所述第二拍频光信号进行平衡探测。

8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于：

所述激光雷达还包括第一透镜模块，每一所述第一透镜模块对应一所述光放大模组，所述第一透镜模块包括第一透镜，所述第一透镜位于所述光放大模组的光路上游，所述第一透镜用于对所述第一光束进行聚焦，并向所述光放大模组输出；

所述激光雷达还包括第二透镜模块，每一所述第二透镜模块对应一所述光放大模组，所述第二透镜模块包括第二透镜，所述第二透镜位于所述光放大模组与所述硅光芯片之间，所述第二透镜用于对所述第一光束进行聚焦，并向所述硅光芯片输出。

9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述第二透镜模块包括两个以上所述第二透镜，同一所述第二透镜模块中的各所述第二透镜沿所述第二透镜的光轴方向间隔排列。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述光源模组还用于生成第二光束；

所述光源模组还包括设于所述光源模块与所述第一光分束模块之间的第二光分束模块，所述第二光分束模块用于接收所述源光信号，并分束为射向所述硅光芯片的第二光束以及射向所述第一光分束模块的第二分光光束；

所述第一光分束模块用于接收所述第二分光光束，并分束为包括两个以上所述第一光束；

所述发射波导模块用于接收所述第一光束；

所述硅光芯片还包括第二分光模块，所述第二分光模块用于接收所述第二光束，并分束为至少包括两个以上所述本振光信号；

所述光电探测模组与所述第二分光模块连接，以接收所述本振光信号。

11.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于：

所述发射波导模块沿第一方向延伸，所述第一方向为与所述硅光芯片的厚度方向垂直的方向；

所述接收波导模块接收所述回波光信号的一端与所述发射波导模块出射所述探测光信号的一端位于所述硅光芯片的同一端，沿所述厚度方向观察，所述发射波导模块与所述接收波导模块之间沿第二方向相对设置，所述第二方向、所述第一方向与所述厚度方向之中的任意两个相互垂直；

所述发射波导模块及所述接收波导模块被配置为可使所述发射波导模块传输的光信号耦合进入所述接收波导模块。

12.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述发射波导模块与所述接收波导模块之间的耦合比例为α，所述硅光芯片满足：0.1%≤α≤1%。

13.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述发射波导模块具有第一耦合区域，所述接收波导模块具有第二耦合区域，沿所述厚度方向观察，所述第一耦合区域与所述第二耦合区域沿所述第二方向相对设置；

所述第二耦合区域相对于所述接收波导模块中位于所述第二耦合区域上游的相邻部位朝靠近所述发射波导模块的方向弯曲，以使所述第一耦合区域与所述第二耦合区域被配置为可使所述发射波导模块传输的光信号耦合进入所述接收波导模块。

14.根据权利要求13所述的激光雷达，其特征在于，所述接收波导模块包括至少两接收波导，所述接收波导包括相对设置的第一端部与第二端部，所述第一端部用于接收所述回波光信号，各所述接收波导沿所述第二方向间隔设置；

与所述发射波导模块相邻的接收波导为第一接收波导，所述第一接收波导设有所述第二耦合区域。

15.根据权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述接收波导模块包括至少一个合束器，所述合束器包括两输入端与一输出端；

所述激光雷达满足以下条件的一者：

a）所述接收波导模块包括至少三个接收波导，所述至少一个合束器包括至少一个第一合束器，所述第一合束器的每一所述输入端与第一接收波导之外的所述接收波导连接，所述合束器的输出端连接有第一传输波导；

b）所述接收波导模块包括至少四个接收波导，所述至少一个合束器包括依次串联的第一合束器与至少一个第二合束器，所述第一合束器的每一所述输入端与第一接收波导之外的所述接收波导连接，所述合束器的输出端连接有第一传输波导，所述第二合束器的一所述输入端通过所述第一传输波导与上游的合束器的输出端连接，另一所述输入端与所述第一接收波导之外的一所述接收波导连接，相邻两所述合束器所连接的所述接收波导相邻；

c）所述至少一个合束器包括第一合束器，所述第一合束器的一输入端连接于所述第一接收波导，另一所述输入端连接于与所述第一接收波导相邻的所述接收波导，每个所述合束器的输出端连接有第一传输波导；

d）所述接收波导模块包括至少三个接收波导，所述至少一个合束器包括第一合束器与至少一个第二合束器，所述第一合束器与所述至少一个第二合束器依次串联，所述第一合束器的一输入端连接于所述第一接收波导，另一所述输入端连接于与所述第一接收波导相邻的所述接收波导，所述第二合束器的一所述输入端通过所述第一传输波导与上游的所述合束器连接，所述第二合束器的另一所述输入端与一所述接收波导连接，每个所述合束器的输出端连接有第一传输波导，各所述合束器的输入端所连接的所述接收波导不同，除所述第一接收波导之外，相邻的所述合束器所连接的所述接收波导相邻。

16.根据权利要求13所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达满足以下条件的一者：

e）所述接收波导模块包括至少两接收波导以及至少一个合束器，所述接收波导包括相对设置的第一端部与第二端部，所述第一端部用于接收所述回波光信号，各所述接收波导沿所述第二方向间隔设置，与所述发射波导模块相邻的接收波导为第一接收波导，所述合束器包括两输入端与一输出端，所述至少一个合束器包括第一合束器，所述第一合束器的一所述输入端连接于所述第一接收波导，另一所述输入端连接于与所述第一接收波导相邻的所述接收波导，所述第一合束器的输出端连接有第一传输波导，所述第一合束器的输出端所连接的第一传输波导设有所述第二耦合区域；

f）所述接收波导模块包括至少三个接收波导以及至少两个合束器，所述接收波导包括相对设置的第一端部与第二端部，所述第一端部用于接收所述回波光信号，各所述接收波导沿所述第二方向间隔设置，与所述发射波导模块相邻的接收波导为第一接收波导，所述合束器包括两输入端与一输出端，所述至少两个合束器包括依次串联的第一合束器与至少一个第二合束器，所述第一合束器的一所述输入端连接于所述第一接收波导，另一所述输入端连接于与所述第一接收波导相邻的所述接收波导，所述第一合束器的输出端连接有第一传输波导，所述第二合束器的一所述输入端通过所述第一传输波导与上游的所述合束器连接，另一所述输入端与一所述接收波导连接，各所述合束器的输入端所连接的所述接收波导不同，除所述第一接收波导之外，相邻的所述合束器所连接的接收波导相邻，所述第一合束器的输出端所连接的所述第一传输波导设有所述第二耦合区域，和/或，所述第二合束器的输出端所连接的所述第一传输波导设有所述第二耦合区域。

17.根据权利要求15或16所述的激光雷达，其特征在于，所述至少一合束器包括所述第一合束器与所述第二合束器，相邻的两合束器之间，位于下游的所述合束器所连接的接收波导较位于上游的所述合束器所连接的接收波导更远离所述发射波导模块。

18.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于：

所述发射波导模块沿第一方向延伸，所述第一方向为与所述硅光芯片的厚度方向垂直的方向；

所述发射波导模块包括至少两发射波导，各所述发射波导沿第二方向间隔设置，所述第二方向、所述第一方向与所述厚度方向之中的任意两个相互垂直，所述至少两发射波导包括：

第一发射波导，具有相对设置的入射端与出射端，所述入射端用于接收所述探测光信号；及

至少一第二发射波导，沿所述厚度方向观察，所述第二发射波导与所述第一发射波导沿所述第二方向相对设置，所述第一发射波导与所述第二发射波导被配置为可使所述第一发射波导中的探测光信号耦合进入所述第二发射波导，以使所述发射波导模块经由至少两所述发射波导输出所述探测光信号。

19.根据权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，所述第一发射波导包括第一耦合部，所述第二发射波导包括第二耦合部，沿所述厚度方向观察，所述第一耦合部与第二耦合部沿所述第二方向相对设置，所述第一耦合部与第二耦合部被配置为可使所述第一耦合部中的探测光耦合进入所述第二耦合部；

沿所述第一方向，所述第一耦合部的截面轮廓逐渐收缩；

沿所述第一方向，所述第二耦合部的截面轮廓保持恒定。

20.根据权利要求19所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达满足以下条件的一者：

g）所述发射波导模块被配置为经由所述第一发射波导及所述第二发射波导输出所述探测光信号，所述第一发射波导还包括第一输出部，沿所述第一方向，所述第一输出部位于所述第一耦合部的下游，所述第二发射波导还包括与所述第一输出部相对设置的第二输出部，沿所述第一方向，所述第二输出部位于所述第二耦合部的下游，所述发射波导模块被配置为经由所述第一输出部及所述第二输出部输出所述探测光信号，沿所述第一方向，所述第二输出部与所述第一输出部之间的间距逐渐增大；或者，

h）所述至少两发射波导包括至少两个所述第二发射波导，所述发射波导模块被配置为经由各所述第二发射波导输出所述探测光信号，所述第二发射波导还包括第二输出部，沿所述第一方向，所述第二输出部位于所述第二耦合部的下游，并超出所述第一发射波导设置，所述发射波导模块被配置为经由各所述第二输出部输出所述探测光信号，沿所述第一方向，各所述第二输出部之间的间距逐渐增大。

21.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射波导模块包括氮化硅波导，所述接收波导模块包括硅波导。

22.一种可移动设备，其特征在于，包括如权利要求1至21中任一项所述的激光雷达。

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