CN116299335A - 一种温度不敏感的光扫描组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光扫描技术领域，尤其涉及一种温度不敏感的光扫描组件，包括：光相控阵芯片和第一温度补偿构件，其中，所述第一温度补偿构件包括：第一左侧玻璃挡板、第一右侧玻璃挡板和第一基槽，所述第一基槽的左右平面存在第一特定夹角θ，所述第一基槽的左平面与所述光相控阵芯片的端面平行，所述第一左侧玻璃挡板设置在所述第一基槽的左平面，所述第一右侧玻璃挡板设置在所述第一基槽的右平面，所述第一基槽中填充有第一填充材料，所述第一填充材料具有热光系数；本发明通过一个或多个温度补偿构件进行配合，将温度变化导致的相位变化进行抵消，实现对光扫描角度的偏移进行补偿，结构简单且成本低廉。

Description

一种温度不敏感的光扫描组件

技术领域

本发明涉及光扫描技术领域，尤其涉及一种温度不敏感的光扫描组件。

背景技术

早在几个世纪以前，射频相控阵已广泛应用于雷达探测和无线通信中。由于红外光的频率比射频电磁波高几个数量级，使用红外光的光相控阵比射频相控阵具有更高的探测精度；另一方面，与传统的机械式或者微机电式光扫描组件相比，光相控阵可以提供一种非机械式、高速精确的光束扫描。光相控阵所提供的光束扫描能力是未来全固态激光雷达最理想的解决方案之一。

虽然，光相控阵的能力强大，但是其技术难度高、成本昂贵。由于其利用相位控制来实现光扫描，而光学材料的相位会随温度会发生变化，因此通常需要对相控阵芯片进行温度控制。温度变化会导致光学元件的折射率或尺寸发生变化，从而引起光路长度、波前形状、光扫描角度、相位差等光学参数的变化。这会使得光学系统的精度和稳定性降低，特别是对于需要高精度的光学系统，温度变化的影响更加显著，这样会提高基于光相控阵的激光雷达系统复杂度和成本。

鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决上述技术问题，是本技术领域待解决的难题。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是光相控阵实现光扫描时，光学材料的相位会随温度会发生变化，导致光学元件的折射率或尺寸发生变化，从而引起光相控阵芯片的光扫描角度会随温度的变化的问题。

为了解决上述技术问题：

本发明实施例提供一种温度不敏感的光扫描组件，包括：

光相控阵芯片1和第一温度补偿构件2，其中，所述第一温度补偿构件2包括：第一左侧玻璃挡板21、第一右侧玻璃挡板22和第一基槽23，所述第一基槽23的左右平面存在第一特定夹角θ，所述第一左侧玻璃挡板21设置在所述第一基槽23的左平面，所述第一右侧玻璃挡板22设置在所述第一基槽23的右平面，所述第一基槽23中填充有第一填充材料3，所述第一填充材料3的热光系数与所述光相控阵芯片1的热光系数随温度的变化趋势相反；

所述第一温度补偿构件2用于补偿所述光相控阵芯片1随温度变化所产生的角度偏移。

优选的，所述光相控阵芯片1包括：输入波导11、自由平板波导12和阵列波导光栅13，所述输入波导11、所述自由平板波导12和所述阵列波导光栅13通过工艺设置在衬底上，所述阵列波导光栅13具有正热光系数，所述输入波导11与自由平板波导12的一端连接，所述自由平板波导12的另一端与所述阵列波导光栅13连接。

优选的，所述阵列波导光栅13包括多根波导，相邻波导具有固定的长度差Δl，所述波导延伸至衬底的端面7停止，所述端面7为平面，相邻波导在端面7具有固定间距d。

优选的，当需要消除一阶温度漂移系数对折射率的影响时，所述第一特定夹角θ与波长λ满足以下公式：

其中，Δl_p为相邻阵列波导输出的光束在第一温度补偿构件2的长度差；所述第一填充材料3在波长λ下的有效折射率为n_p；所述第一基槽23的热膨胀系数为α_j；所述衬底的热膨胀系数为α_c；所述阵列波导光栅13的一阶热光系数为A₁；所述第一填充材料3的一阶热光系数为A₂，n_c为光束在阵列波导13中的有效折射率，d为相邻阵列波导13在端面7上具有的固定间距。

优选的，所述光扫描组件还包括第二温度补偿构件4，所述第二温度补偿构件4包括：第二左侧玻璃挡板41、第二右侧玻璃挡板42和第二基槽43，所述第二基槽43的左右平面存在第二特定夹角γ，所述第二左侧玻璃挡板41设置在所述第二基槽43的左平面，所述第二右侧玻璃挡板42设置在所述第二基槽43的左平面，所述第二基槽43中填充有所述第二填充材料5，所述第二填充材料5具有负热光系数。

优选的，当需要消除二阶温度漂移系数对折射率的影响时，所述第一特定夹角θ、所述第二特定夹角γ与波长λ满足以下公式：

其中，所述阵列波导光栅13的二阶正热光系数为B₁；所述第一填充材料3的二阶负热光系数为B₂；所述第二填充材料5的二阶负热光系数为B₃；所述第二填充材料5的一阶负热光系数为A₃；所述第二基槽43的热膨胀系数为α_j2；d为相邻阵列波导13在端面7上具有的固定间距；n_c为光束在阵列波导13中的有效折射率；Δl_p1为相邻阵列波导输出的光束在第一温度补偿构件2的长度差；所述第一填充材料3在波长λ下的有效折射率为n_p1；Δl_p2为相邻阵列波导输出的光束在第二温度补偿构件4的长度差；n_p1为第一温度补偿构件2的有效折射率；n_p2为第二温度补偿构件4的有效折射率；所述阵列波导光栅13的一阶热光系数为A₁；所述第一填充材料3的一阶热光系数为A₂；第二填充材料5的一阶热光系数为A₃；第一基槽23的热膨胀系数为α_j1；第二基槽43的热膨胀系数为α_j2；相邻波导具有固定的长度差Δl。

优选的，波长为λ的光束在离开端面7时，输出光与端面法线的夹角为α，α与波长λ的关系如下：n_c·Δl+d·sinα＝m·λ，其中n_c为波长λ在阵列波导光栅13中的有效折射率，m为正整数。

优选的，所述第一特定夹角θ的角度小于45°，所述第二特定夹角γ小于45°。

优选的，光扫描组件还包括柱面透镜6，所述柱面透镜6将经过所述第一温度补偿构件2的发散光进行准直，所述柱面透镜6将经过所述第二温度补偿构件4的发散光进行准直。

优选的，所述第一填充材料3和所述第二填充材料5均具有负热光系数，所述光相控阵芯片1具有正热光系数。

本发明所采取的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的一种温度不敏感的光扫描组件，通过一个或多个温度补偿构件进行配合，带有特定角度基槽内填充有与光相控阵芯片1的热光系数随温度的变化趋势相反的材料，可以补偿由于温度引起的扫描角度的偏移，同时还可以将光相控阵芯片光程差随温度的变化量抵消掉，实现温度不敏感的光束扫描角度控制，实现对光扫描角度的偏移进行补偿，结构简单且成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明实施例1提供的一种温度不敏感的光扫描组件的示意图；

图2是本发明实施例1提供的一种温度不敏感的光扫描组件的第一温度补偿构件示意图；

图3是本发明实施例2提供的一种温度不敏感的光扫描组件的示意图；

图4是本发明实施例1提供的一种温度不敏感的光扫描组件的波长为λ光路在第一温度补偿构件的示意图；

图5是本发明实施例1提供的一种温度不敏感的光扫描组件的温度变化时光路在第一温度补偿构件的示意图；

图6是本发明实施例2提供的一种温度不敏感的光扫描组件的波长为λ光路经过第一温度补偿构件和第二温度补偿构件的示意图；

图7是本发明实施例2提供的一种温度不敏感的光扫描组件的温度变化时光路在第二温度补偿构件的示意图；

图8是本发明实施例1提供的一种温度不敏感的光扫描组件的柱面透镜的示意图。

在附图中，相同的附图标记用来表示相同的部件或结构，其中：

1、光相控阵芯片；11、输入波导；12、自由平板波导；13、阵列波导光栅；2、第一温度补偿构件；21、第一左侧玻璃挡板；22、第一右侧玻璃挡板；23、第一基槽；3、第一填充材料；4、第二温度补偿构件；41、第二左侧玻璃挡板；42、第二右侧玻璃挡板；43、第二基槽；5、第二填充材料；6、柱面透镜；7、端面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

为了解决现有技术中，利用光相控阵实现光扫描时，扫描角度受温度影响较大，难以控制光扫描角度，从而导致光学性能下降的技术问题，本实施例1提供一种温度不敏感的光扫描组件，如图1所示，包括：光相控阵芯片1和第一温度补偿构件2，其中，所述第一温度补偿构件2包括：第一左侧玻璃挡板21、第一右侧玻璃挡板22和第一基槽23，所述第一基槽23的左右平面存在第一特定夹角θ，所述第一左侧玻璃挡板21设置在所述第一基槽23的左平面，所述第一右侧玻璃挡板22设置在所述第一基槽23的右平面，所述第一基槽23中填充有第一填充材料3，所述第一填充材料3的热光系数与所述光相控阵芯片1的热光系数随温度的变化趋势相反。

在实际应用场景下，第一基槽23的左平面与所述光相控阵芯片1的端面7可以相互平行，也可以不平行，主要是相互平行时，便于设计第一特定夹角θ。

举例而言，当所述光相控阵芯片1具有正热光系数时，所述第一填充材料3具有负热光系数；当所述光相控阵芯片1具有负热光系数时，所述第一填充材料3具有正热光系数。

在本实施例中，如图8所示，所述光扫描组件还包括柱面透镜6，柱面透镜6设置在所述第一温度补偿构件2的出光侧，柱面透镜6将经过所述第一温度补偿构件2的发散光进行准直。

其中，所述光相控阵芯片1将输入光束根据波长沿不同的方向发送，所述第一温度补偿构件2用于补偿所述光相控阵芯片1随温度变化所产生的角度偏移，所述第一基槽23的第一特定夹角θ可以通过切割加工而成，所述第一基槽23的左右平面需要进行抛光处理。

在实际应用场景下，如图2所示，所述第一左侧玻璃挡板21和所述第一右侧玻璃挡板22粘接在所述第一基槽23的两侧面，所述第一基槽23上设置有容纳部(未标示)，所述第一填充材料3填充在所述容纳部内。

为了提高透光率，所述第一左侧玻璃挡板21和所述第一右侧玻璃挡板22上可以镀设透光膜。

在本实施例中，所述光相控阵芯片1包括：输入波导11、自由平板波导12和阵列波导光栅13，所述输入波导11、所述自由平板波导12和所述阵列波导光栅13通过工艺设置在衬底上，所述阵列波导光栅13与所述第一填充材料3的热光系数随温度的变化趋势相反，所述输入波导11与自由平板波导12的一端连接，所述自由平板波导12的另一端与所述阵列波导光栅13连接；每根光波导的长度分别为l₁，…，l_i，…，l_n，即l_i+1-l_i＝Δl，相邻波导具有固定的长度差Δl，所述波导延伸至衬底的端面7停止，所述端面7为平面，相邻波导在端面7具有固定间距d。其中，当温度变化时，Δl不是定值，会随温度发生变化，具体变化跟材料基底的热膨胀系数相关。

在实际应用场景下，外界温度变化时，光束离开阵列波导光栅的角度会变化，角度偏移，光程差也会发生改变。光相控阵芯片1的阵列波导光栅13具有正热光系数，第一基槽23内的第一填充材料3具有负热光系数，衬底和第一填充材料3的热光系数的属性正好相反，可以补偿温度所引起的角度变化，从而补偿由于角度偏移引起的光程差。

其中，热光系数指的是光学材料的折射率随温度的变化率，热光系数又叫折射率的温度系数，由于材料折射率会随温度变化，不同材料的折射率温度系数(热光系数)不一样。正热光系数指的是随着温度升高，光在介质中传播速度加快，导致介质的折射率下降的现象，负热光系数指的是介质的折射率随温度升高而降低，这种现象被称为负热光效应。

在实际过程中，如需要使用一定波长范围的光束进行光扫描，光相控阵芯片1会发射不同波长的光，温度变化对不同波长的光的光程差的影响程度不相同，并不能通过一个温度补偿构件对所有波长的光进行光程差的补偿，在本实施例中，取波长范围的中间值λ为基准进行计算，以确定第一特定夹角θ的大小，之所以取波长范围内的中间值λ，是为了保证能够尽量对更多的波长进行补偿。可调谐激光器输出波长为λ的光束从输入波导11输入，所述自由平板波导12将光束传输给阵列波导光栅13，当光束进入阵列波导光栅13时，由于波导的光程不同，会发生光的衍射现象，不同波长的光束会在光栅中产生不同的相位差，从而使得不同波长的光束被分离成不同的方向；当温度升高时，阵列波导光栅13的折射率增大，光扫描角度会发生偏移。

在本实施例中，为了实现第一温度补偿构件2对光扫描角度的补偿，当只需要消除一阶温度漂移系数对折射率的影响时，所述第一特定夹角θ与波长λ满足以下公式：

其中，Δl_p为光束在第一温度补偿构件2的光程差；所述第一填充材料3在波长λ下的有效折射率为n_p；所述第一基槽23的热膨胀系数为α_j；所述衬底的热膨胀系数为α_c；所述阵列波导光栅13的一阶热光系数为A₁；所述第一填充材料3的一阶热光系数为A₂，n_c为光束在阵列波导13中的有效折射率，d为相邻阵列波导13在端面7上具有的固定间距，m为正整数，Δl_p为相邻阵列波导输出的光束在第一温度补偿构件2的光路长度差，Δl是相邻波导具有的固定的长度差，所述第一特定夹角θ的角度小于45°。其中，光程差包含折射率和长度差两个部分，光程差：n*dL，n是折射率，dL为相邻光路的长度差。

为了简化计算，第一基槽23的左平面与所述光相控阵芯片1的端面7相互平行，在以设定温度下，控制波长λ的光垂直离开端面7，在上述公式中，α与波长λ的关系如下，n_c·Δl+d·sinα＝m·λ，当波长为λ的光束离开端面7时，输出光与端面法线的夹角α为零(即，在本实施例中，是以垂直离开端面7的光为基准计算第一特定夹角θ的)。

在实际过程中，为了实现温度补偿构件对光扫描角度的补偿，如图4所示，当波长为λ的光束垂直进入第一温度补偿构件2时，光束会经过具有负热光系数的第一填充材料3，在第一填充材料3受温度影响时，其材料的折射率随环境温度的变化与具有正热光系数的衬底的折射率随温度的变化正好相反，波长为λ的光束在第一温度补偿构件2发生折射，最后光束射向柱面透镜6，所述柱面透镜6将经过所述第一温度补偿构件2的发散光进行准直。

举例而言，当温度升高时，所述阵列波导光栅13的折射率会提高，光束经过介质界面时会更加向法线方向弯曲，扫描角度会发生偏移，光束在光相控阵芯片1的光程差也会发生变化；当第一温度补偿构件2接收光束，温度升高时，具有负热光系数的第一填充材料3的折射率会降低，与光相控阵芯片1的折射率变化相互抵消，光束的扫描角度会得到补偿。

为了保证能够尽量对更多的波长进行补偿，如图4所示，以波长λ为的光束为准(垂直离开端面7的波长为λ的光束垂直入射第一温度补偿构件2)，推导可得Δl_p＝d·tanθ，其中Δl_p为光束在第一温度补偿构件2的光程差；将波长为λ的光束代入公式推出第一特定夹角θ的值；设置有第一特定夹角θ的第一温度补偿构件2，即可使得光扫描组件在不同温度下的折射率变化互相抵消。

在实际应用场景下，第一特定夹角θ已经是定值，温度变化时光束在所述第一温度补偿构件2内的光路相同，详见下文阐述：

如图5所示，以所述光相控阵芯片1具有正热光系数、第一填充材料3具有负热光系数为例进行解释说明，在温度开始提高时，所述阵列波导光栅13的折射率增加，光扫描角度开始偏移，其中，低温下，入射至第一温度补偿构件2的入射角为α；常温下，入射至第一温度补偿构件2的入射角为β；高温下，入射至第一温度补偿构件2的入射角为δ，则δ<β<α；随着温度升高，所述第一温度补偿构件2内填充的第一填充材料3的折射率在温度影响下减小，以低温下第一填充材料3的折射率为n1，常温下第一填充材料3的折射率为n2，高温下第一填充材料3的折射率为n3为例，则n3<n2<n1，第一填充材料3的折射率的变化可以补偿光扫描角度变化，在不同的温度下光束在第一温度补偿构件2的折射角ε不变，使得温度变化时光束在第一温度补偿构件2内的光路不变，光束从第一温度补偿构件2的出射角度保持一致；只要通过上述公式计算出合适的第一特定夹角θ，可以通过带有负热光系数的第一温度补偿构件2实现温度不敏感的光束控制。

补偿结构件中的聚合物材料具有负热光系数，当温度升高时，其折射率降低，当光束经过该补偿结构件时，相邻光路的光程差随温度升高而变小；而光相控阵芯片的材质通常具有正热光系数，当温度升高时，其折射率升高，当光束经过光相控阵芯片时，相邻光路的光程差随温度升高而变大。光束经过补偿结构件和光相控阵芯片时，相邻光路光程差随温度的变化量相互抵消或者变化量大大降低。光程差不变，光束的角度就不会发生变化。从而实现温度不敏感的光束扫描角度控制。

在可选的实施中，第一填充材料3为硅酮树脂，硅酮树脂具有一阶热光系数为A₂。

在本实施例中，通过一个温度补偿构件进行配合，带有特定角度基槽内填充有与光相控阵芯片1的热光系数随温度的变化趋势相反的材料，可以补偿由于温度引起的扫描角度的偏移，同时还可以将光相控阵芯片光程差随温度的变化量抵消掉，实现温度不敏感的光束扫描角度控制，实现对光扫描角度的偏移进行补偿，结构简单且成本低廉。

实施例2:

在实施例1中，温度补偿结构只能补偿一阶温度漂移系数的影响，不能消除二阶温度漂移系数的影响；这样，在温度变化较大的情况下，光学系统仍然会发生漂移。为了解决前述问题，本实施例采用第二温度补偿构件消除二阶温度漂移系数的方法可以更好地保证光学系统的稳定性；这是因为，二阶温度漂移系数的影响通常更显著，尤其是在温度变化较大的情况下。采用温度补偿结构消除二阶温度漂移系数的方法，可以在更广泛的温度范围内保持光学系统的稳定性和高精度性能，同时还可以降低系统的成本和复杂度。

在实施例1的基础上，相比与实施例1，本发明实施例2还提供了另一种温度不敏感的光扫描组件，可以补偿并消除光扫描角度的二阶温度漂移系数，使光扫描组件具有更高的温度不敏感性，如图3所示，包括：光相控阵芯片1、第一温度补偿构件2和第二温度补偿构件4；

其中，所述第一温度补偿构件2包括：第一左侧玻璃挡板21、第一右侧玻璃挡板22和第一基槽23，所述第一基槽23的左右平面存在第一特定夹角θ，所述第一基槽23的左平面与所述光相控阵芯片1的端面7平行，所述第一左侧玻璃挡板21设置在所述第一基槽23的左平面，所述第一右侧玻璃挡板22设置在所述第一基槽23的右平面，所述第一基槽23中填充有第一填充材料3，所述第一填充材料3的热光系数与所述光相控阵芯片1的热光系数随温度的变化趋势相反；所述第一温度补偿构件2用于补偿所述光相控阵芯片1随温度变化所产生的光程差。

所述第二温度补偿构件4包括：第二左侧玻璃挡板41、第二右侧玻璃挡板42和第二基槽43，所述第二基槽43的左右平面存在第二特定夹角γ，所述第二左侧玻璃挡板41设置在所述第二基槽43的左平面，所述第二右侧玻璃挡板42设置在所述第二基槽43的右平面，所述第二基槽43中填充有所述第二填充材料5，所述第二填充材料5与所述光相控阵芯片1的热光系数随温度的变化趋势相反。

在实际应用场景下，所述第二基槽43的左平面与所述光相控阵芯片1的端面7可以平行，也可以不平行，不过二者平行时，可以更方便的计算第二特定夹角γ。

所述光相控阵芯片1包括：输入波导11、自由平板波导12和阵列波导光栅13，所述输入波导11、所述自由平板波导12和所述阵列波导光栅13通过工艺设置在衬底上，所述阵列波导光栅13与所述第一填充材料3的热光系数随温度的变化趋势相反，所述输入波导11与自由平板波导12的一端连接，所述自由平板波导12的另一端与所述阵列波导光栅13连接。

在实际应用场景下，所述第一左侧玻璃挡板41和所述第二右侧玻璃挡板42粘接在所述第二基槽43的两侧面，所述第二基槽43上设置有容纳部(未标示)，所述第一填充材料3填充在所述容纳部内。

为了提高透光率，所述第二左侧玻璃挡板41和所述第二右侧玻璃挡板42上可以镀设透光膜。光相控阵芯片1的阵列波导光栅13具有正热光系数，第一填充材料3和第二填充材料5具有负热光系数，阵列波导光栅13和填充材料的热光系数的属性正好相反，可以补偿温度所引起的角度变化。

在本实施例中，所述光扫描组件还包括柱面透镜6，柱面透镜6设置在所述第二温度补偿构件4的出光侧，柱面透镜6将经过所述第二温度补偿构件4的发散光进行准直。

为了消除光扫描角度的二阶温度漂移系数，所述光相控阵芯片1将输入光束根据波长沿不同的方向发送，所述第一温度补偿构件2用于补偿所述光相控阵芯片1的一阶温度漂移系数，所述第二温度补偿构件4用于补偿所述光相控阵芯片1的二阶温度漂移系数，柱面透镜6将经过所述第二温度补偿构件4的发散光进行准直，所述第一温度补偿构件2和第二温度补偿构件4的结构类似。

为了实现将输入光束根据波长沿不同的方向发送，所述阵列波导光栅13包括多根波导，相邻波导具有固定的长度差Δl，所述波导延伸至衬底的端面7停止，所述端面7为平面，相邻波导在端面7具有固定间距d。

其中，如需要使用一定波长范围的光束进行光扫描，取波长范围的中间值λ(为了保证能够尽量对更多的波长进行补偿)，可调谐激光器输出波长为λ的光束从输入波导11输入，所述自由平板波导12将光束传输给阵列波导光栅13，当光束进入阵列波导光栅13时，由于波导的光程不同，会发生光的衍射现象，不同波长的光束会在光栅中产生不同的相位差，从而使得不同波长的光束被分离成不同的方向；当温度升高时，阵列波导光栅13的折射率增大，光扫描角度会发生偏移。

为了消除二阶温度漂移系数对光扫描的影响，所述第一特定夹角θ、所述第二特定夹角γ与波长λ满足以下公式：

其中，所述阵列波导光栅13的二阶正热光系数为B₁；所述第一填充材料3的二阶负热光系数为B₂；所述第二填充材料5的二阶负热光系数为B₃；所述第二填充材料5的一阶负热光系数为A₃；所述第二基槽43的热膨胀系数为α_j2；d为相邻阵列波导13在端面7上具有的固定间距；n_c为光束在阵列波导13中的有效折射率；Δl_p1为相邻阵列波导输出的光束在第一温度补偿构件2的光路长度差；所述第一填充材料3在波长λ下的有效折射率为n_p1；Δl_p2为相邻阵列波导输出的光束在第二温度补偿构件4的光路长度差；n_p1为第一温度补偿构件2的有效折射率；n_p2为第二温度补偿构件4的有效折射率；所述阵列波导光栅13的一阶热光系数为A₁；所述第一填充材料3的一阶热光系数为A₂；第二填充材料5的一阶热光系数为A₃；第一基槽23的热膨胀系数为α_j1；第二基槽43的热膨胀系数为α_j2；相邻波导具有固定的长度差Δl，在上述公式中，α与波长λ的关系如下，n_c·Δl+d·sinα＝m·λ，当波长为λ的光束离开端面7时，输出光与端面法线的夹角α为零(即，在本实施例中，是以垂直离开端面7的光为基准计算第一特定夹角为θ和第二特定夹角γ的)。

在实际过程中，为了实现消除二阶温度漂移系数对光扫描的影响，如图3所示，当波长为λ的光束垂直进入第一温度补偿构件2时，光束会经过具有热光系数的第一填充材料3，在第一填充材料3受温度影响时，会补偿光扫描角度；在光扫描组件的温度变化过大时，光扫描角度仍然会发生漂移，再使光束垂直经过第二温度补偿构件4，光束会经过具有热光系数的第二填充材料5，第一填充材料3和第二填充材料5的折射率随环境温度的变化与具有正热光系数的衬底的折射率随温度的变化正好相反，所述第二温度补偿构件4会对光束的偏移进行修正，最后光束射向柱面透镜6，所述柱面透镜6将经过所述第一温度补偿构件2的发散光进行准直。

举例而言，即当温度升高时，所述阵列波导光栅13的折射率会提高，光束经过介质界面时会更加向法线方向弯曲，扫描角度会发生偏移，光束在光相控阵芯片1的光路也会发生变化；当第一温度补偿构件2接收光束，温度升高时，具有负热光系数的第一填充材料3的折射率会降低，与阵列波导光栅13的折射率变化相互抵消，光束的扫描角度会得到补偿；当温度过高，光束的扫描角度经过第一温度补偿构件2仍然发生偏移，光束垂直射入第二温度补偿构件4，具有负热光系数的第二填充材料5的折射率会降低，进一步抵消光相控阵芯片1折射率的变化。

为了便于计算，如图6所示，以波长λ为的光束为准，垂直离开端面7的波长为λ的光束垂直入射第一温度补偿构件2，光束也垂直入射第二温度补偿构件4，推导可得

其中，Δl_p1为光束在第一温度补偿构件2的光程差；Δl_p2为光束在第一温度补偿构件4的光程差；n_p1为第一温度补偿构件2的有效折射率；d为相邻阵列波导13在端面7上具有的固定间距，Δl_p1和Δl_p2的计算公式与放置角度有关，垂直入射第二温度补偿构件，是简化Δl_p1和Δl_p2计算公式的一个例子(不论光束入射第二温度补偿构件的角度如何，只要满足上述公式，即可计算出特定角度)。

在实际应用场景下，如图7所示，第一特定夹角θ和第二特定夹角γ已经是定值，温度变化过大时光束在所述第二温度补偿构件4内的光路相同，详见下文阐述：

在温度开始提高时，光束入射进入第一温度补偿构件2的角度开始变化，所述阵列波导光栅13的折射率增加，光扫描角度开始偏移，同样所述第一温度补偿构件2内填充的所述第一填充材料3的折射率在温度影响下减小，但是在温度变化较大的情况下，角度从β₁偏移到δ₁，光路在经过所述第一温度补偿构件2仍然会发生漂移，在温度变化影响下光扫描组件各个组件的角度变化不能互相抵消；再让光束入射进入所述第二温度补偿构件4，所述第二温度补偿构件4内填充的第二填充材料5的折射率在温度下影响下也会减小，光束在第二温度补偿构件4的折射角ε₁不会变化，光束在第二温度补偿构件4的光路不变。

在可选的实施中，第一填充材料3为硅酮树脂，硅酮树脂具有一阶热光系数为A₂。第二填充材料5为聚烯烃树脂，其具有二阶负热光系数。

在本实施例中，通过两个温度补偿构件进行配合，带有特定角度基槽内填充有与光相控阵芯片1的热光系数随温度的变化趋势相反的材料，可以补偿由于温度引起的扫描角度的偏移，同时还可以将光相控阵芯片光程差随温度的变化量抵消掉，实现温度不敏感的光束扫描角度控制，实现对光扫描角度的偏移进行补偿，结构简单且成本低廉。

值得说明的是，上述组件之间交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，包括：光相控阵芯片(1)和第一温度补偿构件(2)，其中，所述第一温度补偿构件(2)包括：第一左侧玻璃挡板(21)、第一右侧玻璃挡板(22)和第一基槽(23)，所述第一基槽(23)的左右平面存在第一特定夹角θ，所述第一左侧玻璃挡板(21)设置在所述第一基槽(23)的左平面，所述第一右侧玻璃挡板(22)设置在所述第一基槽(23)的右平面，所述第一基槽(23)中填充有第一填充材料(3)，所述第一填充材料(3)的热光系数与所述光相控阵芯片(1)的热光系数随温度的变化趋势相反；

所述第一温度补偿构件(2)用于补偿所述光相控阵芯片(1)随温度变化所产生的角度偏移。

2.根据权利要求1所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，所述光相控阵芯片(1)包括：输入波导(11)、自由平板波导(12)和阵列波导光栅(13)，所述输入波导(11)、所述自由平板波导(12)和所述阵列波导光栅(13)通过工艺设置在衬底上，所述阵列波导光栅(13)与所述第一填充材料(3)的热光系数随温度的变化趋势相反，所述自由平板波导(12)的另一端与所述阵列波导光栅(13)连接。

3.根据权利要求2所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，所述阵列波导光栅(13)包括多根波导，相邻波导具有固定的长度差Δl，所述波导延伸至衬底的端面(7)停止，所述端面(7)为平面，相邻波导在端面(7)具有固定间距d。

4.根据权利要求3所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，当需要消除一阶温度漂移系数对折射率的影响时，所述第一特定夹角θ与波长λ满足以下公式：

其中，Δl_p为相邻阵列波导输出的光束在第一温度补偿构件(2)的光路长度差；所述第一填充材料(3)在波长λ下的有效折射率为n_p；所述第一基槽(23)的热膨胀系数为α_j；所述衬底的热膨胀系数为α_c；所述阵列波导光栅(13)的一阶热光系数为A₁；所述第一填充材料(3)的一阶热光系数为A₂，n_c为光束在阵列波导(13)中的有效折射率，d为相邻阵列波导(13)在端面(7)上具有的固定间距。

5.根据权利要求1所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，所述光扫描组件还包括第二温度补偿构件(4)，所述第二温度补偿构件(4)包括：第二左侧玻璃挡板(41)、第二右侧玻璃挡板(42)和第二基槽(43)，所述第二基槽(43)的左右平面存在第二特定夹角γ，所述第二左侧玻璃挡板(41)设置在所述第二基槽(43)的左平面，所述第二右侧玻璃挡板(42)设置在所述第二基槽(43)的右平面，所述第二基槽(43)中填充有所述第二填充材料(5)，所述第二填充材料(5)具有负热光系数。

6.根据权利要求5所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，当需要消除二阶温度漂移系数对折射率的影响时，所述第一特定夹角θ、所述第二特定夹角γ与波长λ满足以下公式：

其中，所述阵列波导光栅(13)的二阶正热光系数为B₁；所述第一填充材料(3)的二阶负热光系数为B₂；所述第二填充材料(5)的二阶负热光系数为B₃；所述第二填充材料(5)的一阶负热光系数为A₃；所述第二基槽(43)的热膨胀系数为α_j2；d为相邻阵列波导(13)在端面(7)上具有的固定间距；n_c为光束在阵列波导(13)中的有效折射率；Δl_p1为相邻阵列波导输出的光束在第一温度补偿构件(2)的光路长度差；所述第一填充材料(3)在波长λ下的有效折射率为n_p1；Δl_p2为相邻阵列波导输出的光束在第二温度补偿构件(4)的光路长度差；n_p1为第一温度补偿构件(2)的有效折射率；n_p2为第二温度补偿构件(4)的有效折射率；所述阵列波导光栅(13)的一阶热光系数为A₁；所述第一填充材料(3)的一阶热光系数为A₂；第二填充材料(5)的一阶热光系数为A₃；第一基槽(23)的热膨胀系数为α_j1；第二基槽(43)的热膨胀系数为α_j2；相邻波导具有固定的长度差Δl。

7.根据权利要求6所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，波长为λ的光束在离开端面(7)时，输出光与端面法线的夹角为α，α与波长λ的关系如下：n_c·Δl+d·sinα＝m·λ，其中n_c为波长λ在阵列波导光栅(13)中的有效折射率，m为正整数。

8.根据权利要求6所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，所述第一特定夹角θ的角度小于45°，所述第二特定夹角γ小于45°。

9.根据权利要求5所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，光扫描组件还包括柱面透镜(6)，所述柱面透镜(6)将经过所述第一温度补偿构件(2)的发散光进行准直，所述柱面透镜(6)将经过所述第二温度补偿构件(4)的发散光进行准直。

10.根据权利要求5所述的温度不敏感的光扫描组件，其特征在于，所述第一填充材料(3)和所述第二填充材料(5)均具有负热光系数，所述光相控阵芯片(1)具有正热光系数。

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