CN116736265B - 光芯片、fmcw激光雷达及可移动设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了光芯片、FMCW激光雷达及可移动设备。该光芯片包括包层、偏振分束模块、第一光开关模块、第一收发波导模块与第一光电探测模块。偏振分束模块具有第一端口、第二端口与第三端口。第一光开关模块具有第一输入端口与多个第一输出端口，第一输入端口与第二端口连接。第一收发波导模块包括多个第一收发波导，每一第一收发波导与一第一输出端口对应连接。第一收发波导用于传输并出射探测光，以及用于接收并传输回波光，偏振分束模块还用于经由第二端口接收回波光，并经由第三端口输出回波光的至少部分。第一光电探测模块用于接收本振光及经由第三端口输出的回波光。该光芯片可改善FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

Description

光芯片、FMCW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，尤其涉及一种光芯片、FMCW激光雷达及可移动设备。

背景技术

调频连续波（Frequency Modulation Continuous Wave，FMCW）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。

相关技术中，FMCW激光雷达包括壳体、光源模组、光芯片、扫描模组以及光电探测模组。其中，光源模组用于生成探测光与本振光，探测光用于探测目标物体，本振光则用于作为本地参考。光芯片用于接收探测光并出射，以使探测光射向扫描模组，以及用于接收回波光，以使回波光向光电探测模组传输；光芯片的设置旨在使发射探测光与接收回波光的波导满足距离较近的条件，从而可以省去传统的用于将探测光路与回波光路分开的偏振分光棱镜等光路分离元件。扫描模组的扫描部件可以相对于壳体转动，进而可以通过反射经由光芯片输出的探测光的方式而形成对探测光的扫描，以在FMCW激光雷达之外形成特定的探测视场；一般地，扫描模组包括两个扫描器件，如多面转镜和振镜，多面转镜用于实现水平方向的扫描，振镜则用于实现垂直方向的扫描。光电探测模组用于接收上述本振光以及回波光。

发明内容

相关技术中FMCW激光雷达采用振镜与多面转镜共同配合实现扫描的方式结构复杂，且多个扫描器件的设置容易使得FMCW激光雷达的可靠性降低。

本申请实施例提供了一种光芯片、FMCW激光雷达及可移动设备，以改善当前FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

第一方面，本申请实施例提供了一种光芯片，该光芯片包括包层、偏振分束模块、第一光开关模块、第一收发波导模块与第一光电探测模块。偏振分束模块嵌设于所述包层，具有第一端口、第二端口与第三端口，所述偏振分束模块用于经由所述第一端口接收探测光，并经由所述第二端口输出所述探测光。第一光开关模块具有第一输入端口与多个第一输出端口，所述第一输入端口与所述第二端口连接。第一收发波导模块包括多个第一收发波导，每一所述第一收发波导与一所述第一输出端口对应连接，所述第一收发波导沿第一方向延伸，所述第一收发波导用于传输并出射所述探测光，以探测目标物体，以及用于接收并传输回波光，各所述第一收发波导之间沿第二方向间隔排布，所述偏振分束模块还用于经由所述第二端口接收所述回波光，并经由所述第三端口输出所述回波光的至少部分，所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向中任意两个相互垂直。第一光电探测模块，与所述第三端口连接，用于接收本振光以及经由所述第三端口输出的回波光。

在一些实施例中，所述偏振分束模块包括偏振分束旋转器。

在一些实施例中，所述第一光开关模块包括第一光开关与第二光开关。所述第一光开关具有一个输入端与多个输出端，所述第一光开关的输入端为所述第一输入端口。所述第二光开关具有一个输入端与多个输出端，所述第一光开关的每一输出端连接有一个所述第二光开关的输入端，所述第二光开关的输出端为所述第一输出端口。

在一些实施例中，所述第一光电探测模块包括第一光混频器与第一平衡光电探测器。所述第一光混频器与所述第三端口连接，所述第一光混频器用于接收所述本振光与经由所述第三端口输出的回波光。所述第一平衡光电探测器与所述第一光混频器连接。

在一些实施例中，还包括分光模块。所述分光模块用于接收经由所述光芯片之外的光源模组生成的光信号，并分束为至少包括所述探测光与至少一束所述本振光。所述偏振分束模块及所述光电探测模块均与所述分光模块连接。

在一些实施例中，还包括第二收发波导模块、第二光开关模块与第二光电探测模块。第二收发波导模块，包括多个第二收发波导，每一个所述第二收发波导与一个所述第一收发波导对应且沿所述厚度方向间隔设置，所述第二收发波导用于接收并传输所述回波光，各所述第二收发波导之间沿所述第二方向间隔排布。第二光开关模块具有多个第二输入端口与一个第二输出端口，每一个所述第二输入端口对应连接一个所述第二收发波导。第二光电探测模块用于接收本振光以及经由所述第二光开关模块的第二输出端口输出的回波光。

在一些实施例中，所述第二光开关模块包括多个第三光开关与第四光开关。所述第三光开关具有多个输入端与一个输出端，所述第三光开关的每一个输入端为所述第二输入端口。所述第四光开关具有多个输入端与一个输出端，所述第四光开关的每一个输入端连接有一个所述第三光开关的输出端，所述第四光开关的输出端为所述第二输出端口。

在一些实施例中，还包括层间转换器。所述第二光电探测模块、所述第一光电探测模块、所述偏振分束模块、所述第一光开关模块与所述第一收发波导模块沿所述厚度方向位于所述光芯片的同一层。所述层间转换器分别与所述第二输出端口以及所述第二光电探测模块连接，用于将所述第二输出端口输出的回波光耦合至所述第二光电探测模块。

在一些实施例中，所述光芯片包括多个第二收发波导模块、多个第二光开关模块与多个第二光电探测模块。各所述第二收发波导模块沿所述厚度方向间隔排布，所述第二收发波导模块、所述第二光开关模块与所述第二光电探测模块之间一一对应。

在一些实施例中，所述光芯片包括多个偏振分束模块、多个第一光开关模块与多个第一收发波导模块。各所述第一收发波导模块之间沿所述第二方向间隔排布，所述偏振分束模块、所述第一光开关模块与所述第一收发波导模块之间一一对应。

在一些实施例中，包括四个以上第一收发波导，所述四个以上第一收发波导包括第一预设波导、第二预设波导、第三预设波导以及第四预设波导，所述第一预设波导与所述第二预设波导为沿所述第二方向位于最外侧的两第一收发波导，其余的所述第一收发波导位于所述第一预设波导与所述第二预设波导之间，所述第三预设波导与所述第四预设波导位于所述第一预设波导与所述第二预设波导之间，所述第三预设波导较所述第四预设波导更靠近所述第一预设波导。沿所述第二方向，自所述第三预设波导至所述第四预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第一间距，自所述第一预设波导至所述第三预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第二间距，自所述第二预设波导至所述第四预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第三间距，所述第一间距小于第二间距，所述第一间距小于第三间距。

第二方面，本申请实施例还提供另一种光芯片，该光芯片包括包层、第一光开关模块、多个偏振分束模块、第一收发波导模块、第三光开关模块与第一光电探测模块。第一光开关模块嵌设于所述包层，具有第一输入端口与多个第一输出端口，所述第一输入端口用于接收探测光。多个偏振分束模块，嵌设于所述包层，所述偏振分束模块具有第一端口、第二端口与第三端口，每一偏振分束模块的第一端口连接于一个所述第一输出端口，所述偏振分束模块用于经由所述第一端口接收探测光，并经由所述第二端口输出所述探测光。第一收发波导模块，包括多个第一收发波导，每一所述第一收发波导与一个所述偏振分束模块的第二端口对应连接，所述第一收发波导沿第一方向延伸，所述第一收发波导用于传输并出射所述探测光，以探测目标物体，所述第一收发波导还用于接收并传输回波光，所述偏振分束模块用于经由所述第二端口接收所述回波光，并经由所述第三端口输出所述回波光的至少部分，各所述第一收发波导沿第二方向间隔排布，所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向中任意两个相互垂直。第三光开关模块，具有多个第三输入端口与一个第三输出端口，每一所述第三输入端口对应连接一所述偏振分束模块的第三端口。第一光电探测模块，与所述第三输出端口连接，用于接收本振光以及经由所述第三输出端口输出的回波光。

第三方面，本申请实施例还提供一种激光雷达。该激光雷达包括壳体、光源模组、上述的光芯片以及一维扫描模组。光源模组收容于所述壳体，其用于生成光信号。光芯片收容于所述壳体，所述光芯片用于接收所述光信号。一维扫描模组收容于所述壳体，其用于接收并反射经由所述第一收发波导输出的探测光信号，所述一维扫描模组可相对于所述壳体转动。

在一些实施例中，所述一维扫描模组为多面转镜。

第四方面，本申请实施例提供了一种可移动设备，该可移动设备包括可移动的主体以及上述的激光雷达。

本申请的技术方案具有以下技术效果：

本申请实施例提供的光芯片包括包层、偏振分束模块、第一光开关模块、第一收发波导模块与第一光电探测模块。其中，第一光开关模块具有第一输入端口与多个第一输出端口，每一个输出端口与一个第一收发波导对应连接；第一收发波导用于传输探测光并出射，以探测目标物体，以及用于接收并传输回波光。

与相关技术中需要采用振镜加多面振镜两个扫描器件来实现二维扫描的方式相比，本申请实施例提供的光芯片可以通过第一光开关模块使探测光按照预设顺序依次经由各第一收发波导出射，以实现探测光在图示第二方向上的扫描，从而使FMCW激光雷达可以省去一个扫描器件。因此，本申请实施例提供的光芯片应用于FMCW激光雷达时，可以改善当前FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

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是本申请其中一些实施例提供的光芯片的示意图；

图2是图1中光芯片的靠近第一收发波导模块的侧面的示意图；

图3是本申请另一些实施提供的光芯片的示意图；

图4是图3中光芯片的靠近第一收发波导模块的侧面的示意图；

图5是本申请又一些实施例提供光芯片的靠近第一收发波导模块的侧面的示意图；

图6是本申请再一些实施例提供光芯片的靠近第一收发波导模块的侧面的示意图；

图7是本申请其中一些实施例提供的FMCW激光雷达的示意图；

图8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；

200、光芯片；210、包层；220、偏振分束模块；230、第一光开关模块；240、第一收发波导模块；250、第一光电探测模块；260、分光模块；270、第二收发波导模块；280、第二光开关模块；290、第二光电探测模块；220a、第一端口；220b、第二端口；220c、第三端口；231、第一光开关；232、第二光开关；241、第一收发波导；251、第一光混频器；252、第一平衡光电探测器；261、非线性校准模块；271、第二收发波导；281、第三光开关；282、第四光开关；291、第二光混频器；292、第二平衡光电探测器；293、层间转换器；

300、一维扫描模组；

2、可移动设备；21、主体。

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。

相关技术中FMCW激光雷达的扫描模组采用振镜与多面转镜共同配合的方案，其整体结构复杂，且多个扫描器件的设置容易使得激光雷达的可靠性降低。

本申请实施例旨在提供一种光芯片、FMCW激光雷达及可移动设备，以改善当前FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

请参阅图1与图2，其分别示出了本申请其中一实施例提供的光芯片200的示意图以及该光芯片200的靠近第一收发波导模块240的侧面的示意图，该光芯片200包括包层210、偏振分束模块220、第一光开关模块230、第一收发波导模块240与第一光电探测模块250。其中，包层210是承载其余结构的基体。偏振分束模块220嵌设于包层210，其具有第一端口220a、第二端口220b与第三端口220c；偏振分束模块220用于经由第一端口220a接收探测光，并经由第二端口220b输出探测光。第一光开关模块230具有第一输入端口与多个第一输出端口，第一输入端口与上述第二端口220b连接。第一收发波导模块240包括多个第一收发波导241；第一收发波导241沿图示第一方向X延伸，每一第一收发波导241与第一光开关模块230的一个第一输出端口对应连接，各第一收发波导241之间沿图示第二方向Y间隔排布。其中，第一方向X、第二方向Y与光芯片200的厚度方向Z之中的任意两者均相互垂直。第一收发波导241用于传输探测光并出射，以探测目标物体，以及用于接收并传输回波光。上述偏振分束模块220还用于经由第二端口220b接收回波光，并经由第三端口输出回波光的至少部分。第一光电探测模块250与偏振分束模块220的第三端口220c连接，其用于接收本振光以及经由第三端口220c输出的回波光。需要说明的是，本申请文件中所述的“探测光”意为用于探测目标物体的光信号，其是由FMCW激光雷达中的光源模组生成光信号的至少部分，光芯片200所传输的探测光可以是直接由光源模组生成，也可以是在接收到光源模组生成的光信号之后，在光芯片200上对该光信号分束得到；本申请文件中所述的“回波光”意为，由目标物体反射探测光而形成的光束，其由目标物体指向FMCW激光雷达。接下来，以该光芯片200应用于FMCW激光雷达为例，对该光芯片200的具体结构作出说明。

对于上述包层210，请参阅图1，其是构成光芯片200的主体结构之一，亦是上述偏振分束模块220、第一光开关模块230、第一收发波导模块240与第一光电探测模块250等结构所依附的结构。本实施例中，包层210可以由二氧化硅制成；当然，在其他实施例中，包层210亦可以由其他材料支撑，如氮氧化硅等。

对于上述偏振分束模块220，请继续参阅图1，偏振分束模块220嵌设于包层210，其用于实现探测光光路与回波光的光路的分离，即是实现探测光的光路与回波光的光路的分离。偏振分束模块220具有第一端口220a、第二端口220b与第三端口220c，第二端口220b为偏振分束模块220汇集的一端的端口，第一端口220a与第三端口220c则为分束的一端的端口。当光信号从偏振分束模块220的第二端口220b入射时，光信号中的横电模分量与横磁模分量中的一个将从第一端口220a出射，另一个将从第三端口220c出射。本实施例中，第一端口220a用于接收探测光，第二端口220b与第一光开关模块230连接，第三端口220c则与第一光电探测模块250连接。则当第一端口220a接收到探测光时，探测光将由第二端口220b输出，并进入上述第一光开关模块230；当第二端口220b接收到回波光时，回波光中横电模分量与横磁模分量中的一个将从第三端口220c输入，并进入上述第一光电探测模块250。

本实施例中，偏振分束模块220包括偏振分束旋转器。以光芯片200用于接收横电模光信号，该偏振分束旋转器用于输入与输出横电模光信号为例，再次对光信号在该偏振分束旋转器处的传播过程作简要说明。当第一端口220a接收到横电模的探测光时，探测光将保持横电模的状态由第二端口220b输出，并进入上述第一光开关模块230。当第二端口220b接收到偏振方向不一的回波光时，即回波光中存在横电模分量与横磁模分量时，横电模分量与横磁模分量将偏振分束，原本的横电模分量将从第一端口220a输出，原本的横磁模分量将进行偏振旋转，并以横电模状态的形式从第三端口220c输出，并进入上述第一光电探测模块250。偏振分束模块220为偏振分束旋转器的设置可以使得回波光中最终流向第一光电探测模块250的那一部分与探测光的偏振方向一致，即有利于保证第一光电探测模块250接收的回波光与本振光偏振方向相同；其中，本振光与探测光可以是由同一束光信号分束得到，而不必对本振光的偏振方向进行特殊配置，有利于简化激光雷达的整体架构。可以理解的是，即使本实施例中是以偏振分束模块220为偏振分束旋转器为例进行说明，但应当理解，本申请并不局限于此；在本申请的其他实施例中，偏振分束模块220还可以为其他可以通过偏振分光形式来实现探测光与回波光的光路分离的任意结构。例如，在本申请其他的一些实施例中，偏振分束模块220还可以为偏振分束器。

对于上述第一光开关模块230，请继续参阅图1，第一光开关模块230包括至少一个光开关，该第一光开关模块230包括第一输入端口与多个第一输出端口。其中，第一输入端口为第一光开关模块230汇集的一端的端口，其与上述第二端口220b连接；第一输出端口则为第一光开关模块230分束的一端的端口，其与上述第一收发波导模块240连接。第一光开关模块230用于经由第一输入端口接收到探测光，并适时地选择各第一输出端口中的一个与第一输入端口道通，以使探测光可经由该第一输出端口通过。

本实施例中，第一光开关模块230包括第一光开关231与第二光开关232。第一光开关具有一个输入端与两个输出端，该第一光开关231的输入端与上述第二端口连接，其为第一光开关模块230的第一输入端口；第一光开关231的每一个输出端则连接有一个第二光开关232。第二光开关232亦具有一个输入端与两个输出端，上述第一光开关231的每一个输出端连接有一个第二光开关的输入端；第二光开关232的输出端则与上述第一收发波导模块240连接，其为第一光开关模块230的第一输出端口。

应当理解，即使本实施例是以第一光开关231与第二光开关232均为1×2光开关为例进行说明，但本申请并不局限于此，只要保证第一光开关模块230具有第一输入端口与多个第一输出端口，以能够适时地将第一输入端口与各第一输出端口中的一个连通，进而使该两个端口之间可实现光信号互通即可。例如，在本申请其他的一些实施例中，第一光开关231与第二光开关232中的任意一个还可以是1×3或1×4光开关；又例如，在本申请其他的另一些实施例中，第一光开关模块230还可以是仅包括第一光开关231，该第一光开关231可以是1×2光开关或1×3光开关等。

对于上述第一收发波导模块240，请继续参阅图1，其亦嵌设于包层210，第一收发波导模块240用于传输并出射探测光，以探测目标物体，以及用于接收并传输回波光。第一收发波导模块240包括多个第一收发波导241。具体地，第一收发波导241沿图示第一方向X延伸，其与上述第一输出端口一一对应连接，以用于接收传输并出射经由第一输出端口输出的探测光。当然，第一收发波导241也用于接收目标物体反射回来的回波光，以使回波光经由其向对应的第一输出端口传输。各第一收发波导241之间沿图示第二方向Y间隔排布，以形成波导阵列。

对于上述第一光电探测模块250，请继续参阅图1，该第一光电探测模块250设于包层210，其一方面用于接收该FMCW激光雷达的本振光，另一方面与第一光开关模块230的第三端口220c连接，以用于接收经由上述第一收发波导模块240所输出的回波光。如此，本振光与回波光会在第一光电探测模块250处发生拍频而生成拍频光信号；第一光电探测模块250还用于将拍频信号光转换为相应的电信号。其中，本振光的形成方式很多，本申请文件将在说明第一光电探测模块250之后文对本振光的一些实施方式，以及相应的光芯片200构造进行说明。

本实施例中，第一光电探测模块250与上述第一收发波导模块240一一对应，其与上述第一光开关模块230的第三端口220c连接，以接收一路上述回波光与一路本振光。本实施例中，该第一光电探测模块250进一步包括第一光混频器251与第一平衡光电探测器252。第一光混频器251具有两输入端口，其一输入端口用于接收上述本振光，其另一输入端口与上述第一光开关模块230的第三端口220c连接，以用于接收上述第一收发波导模块240所输出的回波光；如此，本振光与回波光可在其内发生拍频，以得到两拍频光信号，即第一拍频光信号与第二拍频光信号。可选地，第一光混频器为180度光混频器，其输出的两拍频光信号之间相位差180度。第一平衡光电探测器252与第一光混频器251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第一光电探测模块250包括第一光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，只要保证第一光电探测模块250可以接收上述本振光与回波光，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，第一光电探测模块250包括光电探测器；该光电探测器用于接收上述本振光与回波光，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，对本申请其中一些实施例中本振光的生成方式，以及光芯片200的相应构造进行说明。

在一些实施例中，该光芯片200还包括设于包层210的分光模块260，该分光模块260用于接收经由光芯片200之外的光源模组生成的光信号，并分束为至少包括探测光与至少一束本振光。上述偏振分束模块220与该分光模块260的一个输出端连接，以接收探测光；上述第一光电探测模块250与该分光模块260的另一个输出端连接，以用于接收本振光。本实施例中，分光模块260包括一个分光器；当然，在其他实施例中，分光模块260也可以是包括多个级联的分光器，只要保证其具有一个输入端，以接收上述光源模组生成的光信号，以及具有多个输出端，以至少输出探测光与至少一束本振光即可。

在另一些实施例中，该光芯片200也可以不包括上述分光模块260；相应地，FMCW激光雷达内部的光源模组在光芯片200之外即分别生成探测光与本振光，偏振分束模块220配置为通过光芯片200上的一个收光口接收上述探测光，第一光电探测模块250则配置为通过光芯片200上的另一个收光口接收上述本振光。

值得一提的是，本申请文件中所述的“本振光”是指，FMCW激光雷达中用于作为本地参考的光信号，其与探测光具有相同的时频特征，即本振光与探测光扫频的中心频率、周期、带宽与相位等信息一致；如前文所述，两者可以是在光芯片200上由同一束光分束得到，也可以是在光芯片200外由同一束光分束得到，还可以是由不同光源生成得到。

此外，在一些实施例中，光芯片200还可以包括非线性校准模块261。该非线性校准模块261设于包层210，并与上述分光模块260的输出端连接，其用于校准光源模组生成的光信号的非线性度。具体地，非线性校准模块261包括分光器、延迟线与光电探测组件。分光器的输入端与上述分光模块260的输出端连接，以接收光源模组生成的光信号的部分光信号，即校准光，并分束为第一校准信号与第二校准信号。分光器的一个输出端与光电探测组件连接，另一个输出端通过延迟线与光电探测组件连接，以使光电探测组件接收的第一校准信号与第二校准信号之间在时域上错开。光电探测组件用于接收第一校准信号与第二校准信号，并生成用于相应的拍频信号。光电探测组件可以采用与上述第一光电探测组件基本相同的结构，在此不再赘述。

接下来，结合图1对该光芯片200的具体原理作简要说明。

光芯片200通过分光模块260接收光芯片200之外的光源模组生成的光信号，并分束为探测光、本振光与校准光。

其中，探测光先经由偏振分束模块220的第一端口220a与第二端口220b，并向第一光开关模块230传输。第一光开关模块230按照预设顺序选择各第一输出端口依次导通；当某个第一输出端口导通时，探测光经由该第一输出端口，以及对应的第一收发波导241出射至光芯片200外部，以探测目标物体；由目标物体反射探测光形成的回波光则回到该第一收发波导241，并依次经过第一光开关模块230、偏振分束模块220，从偏振分束模块220的第三端口220c输出并向第一光电探测模块250传输。由于探测光按照上述预设顺序依次经由各第一收发波导出射，因此可以实现探测光在图示第二方向Y上的扫描。需要说明的是，本申请文件中所述的“预设顺序”意为，预先配置好的将第一光开关模块中各第一输出端口与第一输入端口导通的顺序，例如图1中各第一收发波导自上而下依次导通的顺序。

其中，本振光向第一光电探测模块250传输。如此，本振光与回波光将在第一光电探测模块250处拍频，并最终生成上述探测用拍频信号。

其中，校准光向非线性校准模块261传输。校准光在分光器处分为第一校准信号与第二校准信号，该第一校准信号未经由延迟线而直接向光电探测组件传输，第二校准信号经由延迟线延迟后向光电探测组件传输。该第一校准信号与第二校准信号将在光电探测组件处拍频，并最终生成上述校准用拍频信号。

综上所述，本申请实施例提供的光芯片200包括包层210、偏振分束模块220、第一光开关模块230、第一收发波导模块240与第一光电探测模块250。其中，第一光开关模块230具有第一输入端口与多个第一输出端口，每一输出端口与第一收发波导241对应连接；第一收发波导241用于传输探测光并出射，以探测目标物体，以及用于接收并传输回波光。

与相关技术中需要采用振镜加多面振镜两个扫描器件来实现二维扫描的方式相比，本申请实施例提供的光芯片200可以通过第一光开关模块230使探测光按照预设顺序依次经由各第一收发波导241出射，以实现探测光在图示第二方向Y上的扫描，从而使FMCW激光雷达可以省去一个扫描器件。因此，本申请实施例提供的光芯片200应用于FMCW激光雷达时，可以改善当前FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

值得一提的是，由于FMCW激光雷达内部仍包括一维扫描模组（图中未示出），该一维扫描模组会接收并反射由光芯片200输出的探测光；一维扫描模组是可相对于光芯片200转动的，因此出射至FMCW激光雷达外部的探测光会形成一个探测视场。由于光芯片200本身可以实现上述第二方向Y上的扫描，第一收发波导241延伸的方向为第一方向X，因此一维扫描模组的扫描方向将配置为分别与上述第一方向X及第二方向Y垂直的方向，即光芯片200的厚度方向Z。然而，也正因为一维扫描模组是可动元件，回波光在回到一维扫描模组时，一维扫描模组已经偏转了一个角度，从而使得回波光落在光芯片200的位置不同于第一收发波导241原本的出光位置，即回波光的光斑相较于探测光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，光信号的飞行时间/距离越大，偏移的距离亦越大；偏移的方向则是与一维扫描模组的扫描方向相关的，本实施例中，一维扫描模组的扫描方向对应上述厚度方向Z，则偏移的方向亦为上述厚度方向Z。为便于后文说明，以下将上述效应称为FMCW激光雷达的走离效应。

为克服上述不足，在本申请的另一些实施例中，该光芯片200还包括第二收发波导模块、第二光开关模块与第二光电探测模块。具体地，请参阅图3与图4，其分别示出了本申请另一些实施提供的光芯片200的示意图以及该光芯片200的靠近第一收发波导模块240的侧面的示意图，接下来，结合图3与图4依次对第二收发波导模块270、第二光开关模块280与第二光电探测模块290的构造作具体说明。

其中，第二收发波导模块270与上述第一收发波导模块240之间沿上述厚度方向Z间隔排布，即两者分别设于光芯片200的不同层。与上述第一收发波导模块240相似，该第二收发波导模块270也包括多个第二收发波导271。第二收发波导271沿图示第一方向X延伸，其用于接收并传输回波光；每一个第二收发波导271与一个第一收发波导241对应且沿厚度方向Z间隔设置，各第二收发波导271之间则沿第二方向Y间隔排布。沿厚度方向Z对应的第一收发波导241与第二收发波导271共同构成了回波光的接收模块；当目标物体距离FMCW激光雷达较近时，上述走离效应使得回波光落在光芯片200上的位置相对于探测光出光时的位置具有较小的偏移，回波光将由第一收发波导241接收，并依次经过该第一收发波导241、第一光开关模块230以及偏振分束模块220，最终进入第一光电探测模块250。当目标物体距离FMCW激光雷达较远时，上述走离效应使得回波光落在光芯片200上的位置相对于探测光出光时的位置具有较大的偏移，此时第一收发波导241不能接收到回波光，或者接收到的回波光的光功率极低；相应地，回波光则是由第二收发波导271接收，并将依次经过该第二收发波导271以及第二光开关模块280，最终进入第二光电探测模块290。

第二光开关模块280与上述第一光开关模块230的结构相似，其具有多个第二输入端口与一个第二输出端口。由于回波光路与探测光路的方向相反，上述第一输出端为第一光开关模块230的分束的一端的端口，其构成了第二光开关模块280的回波光的入射端，第一输入端则为第二光开关模块280的汇集的一端的端口，其构成了第二光开关模块280的回波光的出射端。同理地，第二输入端口为第二光开关模块280的分束的一端的端口，第二输入端口与第二收发波导271一一对应连接，其用于接收回波光；第二输出端口则为第二光开关模块280汇集的端口，其用于输出回波光。第二光开关模块280用于按照预设顺序选择性得使一个第二输入端口与第二输出端口导通，以使与该第二输入端口连接的第二收发波导接收到的回波光通过第二光开关模块280。

本实施例中，第二光开关模块280包括第三光开关281与第四光开关282。第三光开关281具有两个输入端与一个输出端，该第三光开关281的输入端与上述第二收发波导271连接，以用于接收经由第二收发波导271输出的回波光；该第三光开关281的输入端为第二光开关模块280的第二输入端口。第四光开关282亦具有两个输入端与一个输出端，第四光开关282的每一个输入端连接有一个第三光开关281的输出端，第四光开关282的输出端则以直接或间接的方式与第二光电探测模块290连接。

应当理解，即使本实施例是以第三光开关281与第四光开关282均为1×2光开关为例进行说明，但本申请并不局限于此，只要保证第二光开关模块280具有多个第二输入端口与一个第二输出端口，以能够适时地将各第二输入端口中的一个与第二输出端口连通，进而使该两个端口之间可实现光信号互通即可。例如，在本申请其他的一些实施例中，第三光开关281与第四光开关282中的任意一个还可以是1×3或1×4光开关；又例如，在本申请其他的另一些实施例中，第二光开关模块280还可以是仅包括第四光开关282，该第四光开关282可以是1×2光开关或1×3光开关等。

第二光电探测模块290用于接收本振光以及经由第二光开关模块280的第二输出端口输出的回波光。第二光电探测模块290可以采用与上述第一光电探测模块250基本相同的结构；例如，第二光电探测模块290包括第二光混频器291与第二平衡光电探测器292。其中，第二光混频器291用于接收本振光以及经由第二光开关模块280的第二输出端口输出的回波光，其可以采用与上述第一光混频器可以相同的结构；第二平衡光电探测器292与第二光混频器291连接，其用于对第二光混频器291输出的两个拍频光信号进行平衡探测，其可以采用与上述第一平衡光电探测器可以相同的结构，在此不再对第二光电探测模块290的工作原理进行赘述。

本实施例中，第二光电探测模块290、第一光电探测模块250、偏振分束模块220、第一光开关模块230与第一收发波导模块240沿上述厚度方向X位于光芯片200的同一层，该设置旨在可以在光芯片200的同一层布置第一光电探测模块250与第二光电探测模块290，从而简化光芯片200的制造工艺。相应地，该光芯片200还包括层间转换器293。具体地，请参阅图3，层间转换器293嵌设于包层210，其分别与第二光开关模块280的第二输出端口以及第二光电探测模块290连接，该层间转换器293用于将第二输出端口输出的回波光耦合至第二光电探测模块。层间转换器293包括第一耦合部（未示出）与第二耦合部（未示出）。第一耦合部、第二光开关模块280以及第二收发波导模块270位于光芯片200的同一层，该第一耦合部与第二光开关模块280的第二输出端口连接。第二耦合部、第二光电探测模块290与第一光电探测模块250位于光芯片200的同一层，该第二耦合部与第二光电探测模块290的一个输入端连接。第一耦合部与第二耦合部配置为通过倏逝波耦合的方式，将第一耦合部传输的回波光耦合进入第二耦合部，进而使回波光可以由第二光电探测模块290接收。

相较于前述实施例，本实施例还另外设置有第二收发波导模块270，上述第一收发波导模块240与该第二收发波导模块270共同构成用于接收回波光的波导阵列。其中，第一收发波导模块240用于接收较近距离目标物体反射探测光而形成的回波光，第二收发波导模块270则用于接收较远距离目标物体反射探测光而形成的回波光。第二收发波导模块270的设置可以一定程度上缓解因上述走离效应引发的回波光光斑偏移，进而导致回波光耦合效率低的问题，使得光芯片200能够接收更远距离的回波光，即有利于提升FMCW激光雷达的测距性能。

值得说明的是，即使上述各实施例均是以光芯片200包括一个偏振分束模块220、一个第一光开关模块230、一个第一收发波导模块240以及一个第一光电探测模块250为例进行说明，但应当理解，本申请并不局限于此。在本申请的其他实施例中，光芯片200亦可以是包括多个偏振分束模块220、多个第一光开关模块230、多个第一收发波导模块240以及多个第一光电探测模块250，各偏振分束模块220、各第一光开关模块230、各第一收发波导模块240以及各第一光电探测模块250之间一一对应，各第一收发波导模块240之间沿第二方向Y间隔排布。例如图5，其示出了包括两个第一收发波导模块240的光芯片200的侧面示意图，在这种情况下，第一收发波导241的数量也会相应增多，第一收发波导241数量的增加可以提升FMCW激光雷达的点云分辨率。这里需要说明的是，与在同一个第一收发波导模块240中不断提升第一收发波导241的数量相比，本实施例通过提升第一收发波导模块240的数量的方式，可以实现各个第一收发波导模块240同时出射探测光，因此在同样的时间内，该实施例提供的光芯片200出射的光束数量也将更多，在相同视场大小的条件下，该实施例提供的光芯片200能够实现更高的帧率。

FMCW激光雷达的中心探测视场的目标物体往往为需要重点关注的目标物体，该区域内目标物体的距离与速度对搭载FMCW激光雷达的可移动设备（如汽车等）具有较强的影响，可移动设备的运动状态规划对该区域内的信息的时效性要求高；相反地，边缘探测视场的目标物体的距离与速度对搭载FMCW激光雷达的可移动设备的影响则较小。基于此以及上述各实施例，本申请对光芯片200作出进一步改进。

具体地，请参阅图6，其示出了本申请在一些实施例中的光芯片200的侧面示意图，光芯片200包括四个以上第一收发波导241，各第一收发波导241沿第二方向Y排列。上述四个以上第一收发波导241中包括第一预设波导241a、第二预设波导241b、第三预设波导241c以及第四预设波导241d。其中，第一预设波导241a与第二预设波导241b为沿第二方向Y位于最外侧的两个第一收发波导241，其余的第一收发波导241均位于该第一预设波导241a与第二预设波导241b之间。第三预设波导241c与第四预设波导241d则为位于第一预设波导241a与第二预设波导241b之间的第一收发波导241，第三预设波导241c较第四预设波导241d更靠近第一预设波导241a。沿第二方向Y，自第三预设波导241c至第四预设波导241d，任意相邻的两个第一收发波导241之间的间距为第一间距d1，自第一预设波导241a至第三预设波导241c，任意相邻的两个第一收发波导241之间的间距为第二间距d2，自第二预设波导241b至第四预设波导241d，任意相邻的两个第一收发波导241之间的间距为第三间距d3。该第一间距d1小于第二间距d2与第三间距d3。如此，第三预设波导241c与第四预设波导241d之间的各第一收发波导241出射探测光而形成的点云区域的点云密度将大于其余区域的点云密度。即是，FMCW激光雷达在对应沿第二方向Y的中间区域的分辨率将更高，有利于更为精确地确定中间视场区域的目标物体的状态信息。

关于该光芯片200，最后值得补充说明的是，即使上述各实施例都是以偏振分束模块220连接于第一光开关模块230的第一输入端口为例进行说明，但在本申请的其他实施例中，偏振分束模块220亦可以设于第一光开关模块230的第一输出端口与第一收发波导241之间，相应地，光芯片200将包括多个偏振分束模块220，各偏振分束模块220、各第一输出端口与各第一收发波导之间一一对应；此外，光芯片200还包括连接于第一光开关模块230的第三端口与第一光电探测模块之间的第三光开关模块。

具体地，光芯片200包括包层210、第一光开关模块230、多个偏振分束模块220、第一收发波导模块240、第三光开关模块与第一光电探测模块250。其中，包层210、第一光开关模块230、多个偏振分束模块220、第一收发波导模块240与第一光电探测模块250的结构与上述实施例中对应器件的结构相同，以下对各器件之间的连接关系做简要说明。

第一光开关模块230嵌设于包层，其具有第一输入端口与多个第一输出端口，第一输入端口用于接收探测光。偏振分束模块220嵌设于包层210，其第一端口220a、第二端口220b与第三端口220c。每一偏振分束模块220的第一端口220a连接于第一光开关模块230的一个第一输出端口，偏振分束模块220用于经由第一端口220a接收探测光，并经由第二端口220b输出探测光。第一收发波导模块240包括多个第一收发波导241，每一第一收发波导241与一偏振分束模块220的第二端口220b对应连接；第一收发波导241沿第一方向X延伸，第一收发波导241用于传输并出射探测光，以探测目标物体，第一收发波导241还用于接收并传输回波光。偏振分束模块220还用于经由第二端口220b接收回波光，并经由第三端口220c输出回波光的至少部分，各第一收发波导沿第二方向间隔排布。第三光开关模块则具有多个第三输入端口与一个第三输出端口，每一第三输入端口对应连接一个偏振分束模块220的第三端口220c。第一光电探测模块250则与第三光开关模块的第三输出端口连接，其用于接收本振光以及经由第三输出端口输出的回波光。

本实施例提供的光芯片200同样可以改善当前FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

基于同一发明构思，本申请还提供一种FMCW激光雷达1。请参阅图7，其示出了该FMCW激光雷达1的示意图，该FMCW激光雷达1包括壳体（图中未示出）、光源模组100、光芯片200以及一维扫描模组300。其中，壳体用于收容其他结构，亦是其他结构的安装基体，同时也构成了其他结构的保护结构。光源模组100用于生成光信号。本实施例中，光源模组100包括激光器与光放大器；激光器用于生成光信号，光放大器则用于对上述光信号进行放大。当然，在其他实施例中，光源模组也可以在上述基础上作出适应性调整，例如其还可以包括光隔离器、分光器等结构，本申请对此不作具体限定，只要其能够输出光信号，以能够实现目标物体的探测即可。光芯片200为上述任一实施例中述及的光芯片200，其用于接收与传输光源模组100输出的光信号，并经由第一收发波导模块240出射，以及接收相应的回波光。一维扫描模组300用于接收并反射经由第一收发波导模块240输出的探测光，一维扫描模组300可相对于壳体转动，以使其发射的探测光可在FMCW激光雷达之外形成一个特定的探测视场。当然，一维扫描模组300也用于接收并反射回波光，以使回波光落在光芯片200上。需要注意的是，由于第一收发波导241延伸的方向为第一方向X，光芯片200本身可以通过各第一收发波导241实现上述第二方向Y上的扫描，因此一维扫描模组300应当配置为在分别与上述第一方向X及第二方向Y垂直的方向上实现扫描，即是扫描方向沿光芯片200的厚度方向Z。本实施例中，一维扫描模组300包括多面转镜。该多面转镜为轴线平行于上述第二方向Y的棱柱结构，其具有绕其轴线轴线阵列分布的侧面，该侧面为用于反射探测光和回波光的反射面。多面转镜可以绕其轴线转动，以使上述反射面实现对探测光和回波光的反射扫描。其中，棱柱的轴线是指棱柱上底面的几何中心与下底面的几何中心所确定的直线。可以理解的是，在本申请的其他实施例中，一维扫描模组300亦可以是振镜、机械摆动式反射镜等能够实现一维转动的反射结构。

本申请实施例提供的FMCW激光雷达1包括上述光芯片200与一维扫描模组300，由于利用光芯片200收发的同时，也可以实现在第二方向Y的扫描，因此该FMCW激光雷达1可以改善当前FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

基于同一发明构思，本申请还提供一种可移动设备2，具体请参阅图8，其示出了本申请其中一实施例提供的可移动设备2的示意图，该可移动设备包括可移动的主体21，以及上述实施例提供的FMCW激光雷达1。本实施例中，该可移动设备2为汽车，上述主体为汽车的车身，FMCW激光雷达1搭载于与该车身。可以理解的是，在本申请的其他实施例中，该可移动设备还可以为无人机、机器人等任意地包括有FMCW激光雷达的可移动的设备。

由于包括上述FMCW激光雷达1，因此该可移动设备2可以改善当前FMCW激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

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 (13)

1.一种光芯片，其特征在于，包括：

包层；

偏振分束模块，嵌设于所述包层，具有第一端口、第二端口与第三端口，所述偏振分束模块用于经由所述第一端口接收探测光，并经由所述第二端口输出所述探测光；

第一光开关模块，具有第一输入端口与多个第一输出端口，所述第一输入端口与所述第二端口连接；

第一收发波导模块，包括多个第一收发波导，每一所述第一收发波导与一所述第一输出端口对应连接，所述第一收发波导沿第一方向延伸，所述第一收发波导用于传输并出射所述探测光，以探测目标物体，以及用于接收并传输回波光，各所述第一收发波导之间沿第二方向间隔排布，所述偏振分束模块还用于经由所述第二端口接收所述回波光，并经由所述第三端口输出所述回波光的至少部分，所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向中任意两个相互垂直；以及

第一光电探测模块，与所述第三端口连接，用于接收本振光以及经由所述第三端口输出的回波光；

第二收发波导模块，包括多个第二收发波导，每一个所述第二收发波导与一个所述第一收发波导对应且沿所述厚度方向间隔设置，所述第二收发波导用于接收并传输所述回波光，各所述第二收发波导之间沿所述第二方向间隔排布；

第二光开关模块，具有多个第二输入端口与一个第二输出端口，每一个所述第二输入端口对应连接一个所述第二收发波导；以及

第二光电探测模块，用于接收本振光以及经由所述第二光开关模块的第二输出端口输出的回波光。

2.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述偏振分束模块包括偏振分束旋转器。

3.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述第一光开关模块包括第一光开关与第二光开关；

所述第一光开关具有一个输入端与多个输出端，所述第一光开关的输入端为所述第一输入端口；

所述第二光开关具有一个输入端与多个输出端，所述第一光开关的每一输出端连接有一所述第二光开关的输入端，所述第二光开关的输出端为所述第一输出端口。

4.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述第一光电探测模块包括第一光混频器与第一平衡光电探测器；

所述第一光混频器与所述第三端口连接，所述第一光混频器用于接收所述本振光与经由所述第三端口输出的回波光；

所述第一平衡光电探测器与所述第一光混频器连接。

5.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，还包括分光模块；

所述分光模块用于接收经由所述光芯片之外的光源模组生成的光信号，并分束为至少包括所述探测光与至少一束所述本振光；

所述偏振分束模块及所述光电探测模块均与所述分光模块连接。

6.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述第二光开关模块包括多个第三光开关与第四光开关；

所述第三光开关具有多个输入端与一个输出端，所述第三光开关的每一输入端为所述第二输入端口；

所述第四光开关具有多个输入端与一个输出端，所述第四光开关的每一输入端连接有一个所述第三光开关的输出端，所述第四光开关的输出端为所述第二输出端口。

7.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，还包括层间转换器；

所述第二光电探测模块、所述第一光电探测模块、所述偏振分束模块、所述第一光开关模块与所述第一收发波导模块沿所述厚度方向位于所述光芯片的同一层；

所述层间转换器分别与所述第二输出端口以及所述第二光电探测模块连接，用于将所述第二输出端口输出的回波光耦合至所述第二光电探测模块。

8.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述光芯片包括多个第二收发波导模块、多个第二光开关模块与多个第二光电探测模块；

各所述第二收发波导模块沿所述厚度方向间隔排布，所述第二收发波导模块、所述第二光开关模块与所述第二光电探测模块之间一一对应。

9.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述光芯片包括多个偏振分束模块、多个第一光开关模块与多个第一收发波导模块；

各所述第一收发波导模块之间沿所述第二方向间隔排布，所述偏振分束模块、所述第一光开关模块与所述第一收发波导模块之间一一对应。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光芯片，其特征在于，包括四个以上第一收发波导，所述四个以上第一收发波导包括第一预设波导、第二预设波导、第三预设波导以及第四预设波导，所述第一预设波导与所述第二预设波导为沿所述第二方向位于最外侧的两个第一收发波导，其余的所述第一收发波导位于所述第一预设波导与所述第二预设波导之间，所述第三预设波导与所述第四预设波导位于所述第一预设波导与所述第二预设波导之间，所述第三预设波导较所述第四预设波导更靠近所述第一预设波导；

沿所述第二方向，自所述第三预设波导至所述第四预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第一间距，自所述第一预设波导至所述第三预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第二间距，自所述第二预设波导至所述第四预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第三间距，所述第一间距小于第二间距，所述第一间距小于第三间距。

11.一种FMCW激光雷达，其特征在于，包括：

壳体；

光源模组，收容于所述壳体，用于生成光信号；

如权利要求1至10中任一项所述的光芯片，收容于所述壳体，所述光芯片用于接收所述光信号；以及

一维扫描模组，收容于所述壳体，用于接收并反射经由所述第一收发波导输出的探测光信号，所述一维扫描模组可相对于所述壳体转动。

12.根据权利要求11所述的FMCW激光雷达，其特征在于，所述一维扫描模组为多面转镜。

13.一种可移动设备，其特征在于，包括可移动的主体以及如权利要求11或12所述的FMCW激光雷达。