CN116908814B - 激光雷达及可移动设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光雷达及可移动设备。该激光雷达包括：光源模组，用于生成第一光束；第一光芯片，包括第一包层与设于第一包层的滤波模块，滤波模块用于接收第一光束并滤波，以得到线宽较第一光束更窄的第二光束；以及第二光芯片，包括第二包层、收发波导模组以及光电探测模组，收发波导模组与光电探测模组均设于第二包层，收发波导模组包括发射波导以及至少一个接收波导，探测光为第二光束的至少部分，接收波导用于接收回波光，回波光为目标物体反射探测光形成，光电探测模组用于接收本振光与经由接收波导输出的回波光进行相干探测。本申请提供的方案，能够降低激光雷达对探测光功率的要求，降低系统功耗，提升可靠性。

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，尤其涉及激光雷达及可移动设备。

背景技术

激光雷达是广泛用于自动驾驶场景中的核心传感器之一，可以用于收集外部环境的三维信息。激光雷达按照探测机制，主要可以分成飞行时间（ToF）和调频连续波(FMCW)这两种激光雷达。FMCW激光雷达采用相干接收的方式，在接收端通过回波光与本振光进行相干探测，可以有效地减少外界环境光对激光雷达性能的干扰，提升激光雷达测距性能。同时，FMCW激光雷达在提供了空间坐标信息以外，还可以额外提供测速信息，因此被认为是下一代主流的激光雷达技术。

发明内容

相关技术中，在光集成芯片实现收发一体功能的FMCW激光雷达中，光源模组生成的源光信号进入光集成芯片，并通过光集成芯片实现探测光的发射与回波光的接收；其中，源光信号耦合进入光集成芯片，并在光集成芯片传输的过程中，光信号的能量损耗较高。因此，FMCW激光雷达对光源模组的光功率的要求也较高，导致FMCW激光雷达的整机功耗较大。

本申请提供一种激光雷达及可移动设备，旨在改善相关技术中FMCW激光雷达对光源模组的光功率的要求较高的现状。

本申请第一方面提供一种激光雷达，所述激光雷达为调频连续波激光雷达，所述激光雷达包括：

光源模组，用于生成第一光束；

第一光芯片，包括第一包层与设于所述第一包层的滤波模块，所述滤波模块用于接收所述第一光束并滤波，以得到线宽较第一光束更窄的第二光束；以及

第二光芯片，包括第二包层、收发波导模组以及光电探测模组，所述收发波导模组与所述光电探测模组均设于所述第二包层，所述收发波导模组包括发射波导以及至少一个接收波导，所述发射波导用于传输并出射探测光，以探测目标物体，所述探测光为所述第二光束的至少部分，所述接收波导用于接收回波光，所述回波光为所述目标物体反射所述探测光形成，所述光电探测模组用于接收本振光与经由所述接收波导输出的回波光进行相干探测。

一种实施方式中，所述滤波模块包括微环谐振器。

一种实施方式中，所述微环谐振器包括第一信道波导、第二信道波导与微环波导，所述第一信道波导与所述第二信道波导之间相对设置，所述微环波导设于所述第一信道波导与所述第二信道波导之间，所述第一信道波导用于接收所述第一光束，所述第二信道波导用于输出所述第二光束。

一种实施方式中，所述光源模组包括激光器，所述激光器的线宽介于100kHz~1MHz之间；

所述滤波模块包括微环谐振器，所述微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间。

一种实施方式中，所述第二光芯片包括第一分光模组；

所述第一分光模组包括第一输入端、第一输出端与至少一个第二输出端，所述第一分光模组用于经由所述第一分光模组的第一输入端接收所述第二光束的至少部分，并分束为至少包括经由所述第一分光模组的第一输出端输出的探测光，以及经由所述第一分光模组的第二输出端输出的本振光；

所述第一分光模组的第一输出端与所述发射波导连接，所述第一分光模组的第二输出端与所述光电探测模组连接。

一种实施方式中，所述第二光芯片还包括：

第一模斑转换器；

所述第一模斑转换器设于所述第一分光模组的输入端的上游，用于接收所述第二光束的至少部分，以使所述第二光束的至少部分进入所述第二光芯片传输。

一种实施方式中，所述收发波导模组包括至少两接收波导，各所述接收波导之间沿所述第二方向间隔设置，且位于所述发射波导的同一侧；

所述光电探测模组包括至少两个光电探测模块，所述光电探测模块、所述第一分光模组的第二输出端与所述接收波导一一对应连接，所述光电探测模块用于接收所述本振光以及经由所述接收波导输出的回波光。

一种实施方式中，所述光电探测模块包括：

光混频器，分别与所述第一分光模组的第二输出端及所述接收波导连接，用于接收所述本振光以及所述回波光；以及

第一平衡光电探测器，与所述光混频器连接。

一种实施方式中，所述第二光芯片包括至少两个收发波导模组以及至少两个光电探测模组；

所述发射波导沿第一方向延伸，沿所述第二光芯片的厚度方向观察，同一收发波导模组中的所述接收波导与所述发射波导之间沿第二方向间隔设置，各所述收发波导模组之间沿所述第二方向错开设置，所述第一方向、所述第二方向与所述厚度方向中的任意两者垂直；

所述光电探测模组与所述收发波导模组一一对应设置；

所述激光雷达还包括至少两个反射模组，每一反射模组对应一所述收发波导模组，所述反射模组与所述收发波导模组之间沿所述第一方向相对设置，各所述反射模组之间沿所述第一方向错开设置。

一种实施方式中，所述第一光芯片包括第二分光模组，所述第二分光模组包括第二输入端与至少两个第四输出端，所述第二分光模组的第二输入端与所述滤波模块连接；

所述第一光芯片用于经由所述第二分光模组的第二输入端以接收所述第二光束，并分束为经由所述第四输出端输出的第三光束；

每一所述收发波导模组对应一所述第三光束。

一种实施方式中，还包括至少两个光放大模组，所述光放大模组设于所述第一光芯片与所述第二光芯片之间，所述光放大模组用于接收所述第三光束并进行放大，以使放大后的第三光束进入所述第二光芯片，每一所述光放大模组对应一所述第三光束。

一种实施方式中，所述第一光芯片还包括：

第二模斑转换器，设于所述滤波模块的输入端的上游，用于接收所述第一光束，以将所述第一光束耦合进入第一光芯片传输；

至少两个第三模斑转换器，设于所述第二分光模组的第四输出端的下游，用于将所述第二光束耦合输出至所述第一光芯片之外。

一种实施方式中，所述光源模组包括：

激光器，用于生成所述第一光束；

光隔离器，设于所述激光器与所述第一光芯片之间；

第一透镜，设于所述激光器与所述光隔离器之间，用于接收所述第一光束并聚焦，以使聚焦后的第一光束进入所述光隔离器；以及

第二透镜，设于所述光隔离器与第一光芯片之间，用于接收经由所述光隔离器输出的第一光束并聚焦，以使聚焦后的第一光束进入所述第一光芯片。

一种实施方式中，还包括：

壳体；所述光源模组、所述第一光芯片、所述第二光芯片及所述反射模组均设于所述壳体内。

本申请第二方面提供一种可移动设备，包括可移动的主体以及如上第一方面所述的激光雷达，所述激光雷达搭载于所述主体。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实施例提供的方案，通过在第一光芯片中设置滤波模块，滤波模块能接收所述第一光束并滤波，得到线宽较第一光束更窄的第二光束，因此可以显著降低第一光束的线宽，并基于降低线宽后的第二光束进行探测，可以降低激光雷达对发射光功率的要求，即可以降低系统功耗，提升可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细地描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请其中一实施例提供的激光雷达的示意图；

图2是本申请其中一实施例提供的单通道激光雷达的示意图；

图3是本申请其中一实施例提供的多通道激光雷达的示意图；

图4是本申请其中一实施例提供的单通道激光雷达的第一光芯片的示意图；

图5是本申请其中一实施例提供的多通道激光雷达的第一光芯片的示意图；

图6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：

100、光源模组；110、激光器；120、第一透镜；130、光隔离器；140、第二透镜；

200、第一光芯片；201、第一包层；210、滤波模块； 211、微环谐振器；2111、第一信道波导；2112、第二信道波导；2113、微环波导；220、第二分光模组；221、第四分光器；230、第二模斑转换器；240、第三模斑转换器；

300、光放大模组；310、第一透镜组；320、光放大器；330、第二透镜组；

400、第二光芯片；401、第二包层；410、第一模斑转换器；420、第一分光模组；421、第一分光器；422、第二分光器；430、光电探测模组；431、光混频器；432、第一平衡光电探测器；440、收发波导模组；441、发射波导；442、接收波导；450、非线性校准模块；451、光迟延线；452、3db耦合器；453、第二平衡光电探测器；460、反射模组；461反射镜。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1和图2，本申请提供的激光雷达为调频连续波激光雷达，激光雷达包括光源模组100、第一光芯片200与第二光芯片400。其中，光源模组100用于生成第一光束，以使激光雷达可基于该第一光束进行相干探测。第一光芯片200包括第一包层201与设于第一包层201的滤波模块210，滤波模块210用于接收第一光束并滤波，以得到线宽较第一光束更窄的第二光束。第二光芯片400包括第二包层401、收发波导模组440以及光电探测模组430，收发波导模组440与光电探测模组430均设于第二包层401。收发波导模组440包括发射波导441以及至少一个接收波导442，发射波导441用于传输并出射探测光，以探测目标物体，探测光为第二光束的至少部分；接收波导442用于接收回波光，回波光为目标物体反射探测光形成。光电探测模组430用于接收本振光与经由接收波导442输出的回波光进行相干探测。

发明人发现，对于基于相干探测的FMCW激光雷达而言，用于探测目标物体的光束的线宽对测距能力具有影响，当光束的线宽减小时，相同光功率的光束的探测性能将更高；换而言之，当光束的线宽减小时，通过使用更窄线宽的光束，即可以通过更低的光功率达到相同探测性能。本实施例提供的方案，在第一光芯片200中设置滤波模块210，滤波模块210能接收第一光束并滤波，得到线宽较第一光束更窄的第二光束，因此可以显著降低第一光束的线宽，并基于降低线宽后的第二光束进行探测，进而可以降低激光雷达对探测光功率的要求，即可以降低系统功耗，提升系统可靠性。

接下来，依次对上述光源模组100、第一光芯片200以及第二光芯片400作详细说明。

以下先以单通道激光雷达为例介绍本申请的光源模组100、第一光芯片200以及第二光芯片400。

参见图1、图2及图4，一些实施例中，光源模组100包括激光器110与光隔离器130。激光器110用于生成第一光束，以使激光雷达可以基于该第一光束进行探测。光隔离器130设于激光器110与第一光芯片200之间，光隔离器130能够防止反射回来的光进入激光器110，影响激光器正常工作。较优地，光源模组100还包括第一透镜120和第二透镜140。其中，第一透镜120设于激光器110与光隔离器130之间，其用于接收第一光束并聚焦，以使聚焦后的第一光束进入光隔离器130，以提升第一光束进入光隔离器130的耦合效率。第二透镜140设于光隔离器130与第一光芯片200之间，其用于接收经由光隔离器130输出的第一光束并聚焦，以使聚焦后的第一光束进入第一光芯片200，以提升第一光束进入第一光芯片200的耦合效率。

第一光芯片200包括第一包层201与滤波模块210。第一包层201为第一光芯片200的主体部分，其是设置滤波模块210的基体。滤波模块210则是设于第一包层201中，用于接收上述光源模组100输出的第一光束，并进行滤波以得到线宽压缩后的第二光束。例如，在一些实施例中，滤波模块210包括微环谐振器211。具体地，微环谐振器211包括第一信道波导2111、第二信道波导2112与微环波导2113。第一信道波导2111与第二信道波导2112均沿第一方向X延伸，两者之间沿与第一方向X垂直的第二方向Y相对设置；微环波导2113呈封闭的环状，并设于第一信道波导2111与第二信道波导2112之间。第一信道波导2111用于接收上述第一光束，第一光束在微环谐振器211的线宽内的部分将耦合进入微环波导2113，第二信道波导2112则用于输出滤波后的第二光束。

参见图4，一些实施例中，第一光芯片200还包括第二模斑转换器230和第三模斑转换器240。第二模斑转换器230设于滤波模块210的输入端的上游，其用于接收第一光束，以将第一光束耦合进入第一光芯片200传输；第三模斑转换器240设于滤波模块210的输出端的下游，其用于将第二光束耦合输出至第一光芯片200之外。

其中，第一光芯片200可以是平面光波导芯片，或者，基于SiN和/或Si的光芯片，因此可以在第一光芯片200中成型出低损耗、高质量因子的谐振腔，进而产生更窄线宽的调频信号。由于第一光芯片200的波导材料存在一定的热光效应和电光效应，即折射率会随着温度或者施加的电压产生变化；因此，滤波模块210还可以包括用于调节微环谐振器211的温度或向微环谐振器211施加电压的调节模块，通过改变微环谐振器211的温度或电压，以改变微环谐振器211的折射率，进而使微环谐振器211的滤波波长也相应变化，那么激光雷达的频率也产生变化。

一些实施例中，激光器110的线宽介于100kHz~1MHz之间；微环谐振器211的线宽介于1kHz~10kHz之间。如此，即使激光器110生成的第一光束线宽较宽，该激光雷达也可以通过微环谐振器211压缩第一光束的线宽，以通过线宽较窄的第二光束进行探测，从而实现上述技术效果。这里需要说明的是，本申请中的某参数介于A~B之间，是指该参数位于以A、B为端点的闭区间内。此外，应当理解，即使本实施例是以滤波模块210为微环谐振器211为例进行说明，但在本申请的其他实施例中，滤波模块210也可以是其他任意能够实现光信号滤波的模块。

本实施例中，激光器110产生的第一光束为调频信号，并通过非线性校准模块450进行非线性度校准，在调频信号的调频带宽和调频周期已知的情况下，微环谐振器211可以按照同样的规律（相同的调频波形），对滤波波长进行同样周期的调谐，以保证在相同时刻，激光器110中心波长和微环谐振器211的中心波长对准，进而使得第二光束的功率最大。当然，这里需要说明的是，在实际应用中，激光器110与滤波模块210的配合是非常灵活的；例如，在其他的一些实施例中，激光器110线宽比微环谐振器211的线宽大很多，那么激光器110只产生固定波长的光信号，不进行调频，而是通过对微环谐振器211施加按照一定周期、一定幅度变化的驱动电压，使得微环谐振器211的滤波波长也可以按照一定周期进行线性变化，那么就可以产生更窄线宽的调频信号。

参见图2和图4，在单通道激光雷达中，第二光芯片400包括第二包层401、第一分光模组420、收发波导模组440与光电探测模组430，第一分光模组420、收发波导模组440与光电探测模组430均设于第二包层401。

其中，第二包层401为第二光芯片400的主体部分，其实设置上述其余模块的基体。

第一分光模组420为用于接收上述第二光束的至少部分，并进行分光以得到探测光与本振光的模组。第一分光模组420包括第一输入端、第一输出端与至少一个第二输出端，第一分光模组420用于经由第一分光模组420的第一输入端接收第二光束的至少部分，并分束为至少包括经由第一输出端输出的探测光，以及经由第二输出端输出的本振光。第一分光模组420的第一输出端与收发波导模组440的发射波导441连接，以使该探测光经由发射波导441出射，第一分光模组420的第二输出端与光电探测模组430连接，以使本振光进入光电探测模组430。本实施例中，本振光从第二光束中提取，不再需要单独一路的本振光，可以降低第二光芯片400封装难度，降低物料成本。

一些实施例中，第一分光模组420包括第一分光器421。该第一分光器421具有上述的第一输入端、第一输出端与至少一个第二输出端。可以理解的是，在本申请的其他实施例中，第一分光模组420也可以是包括多个级联的第一分光器421，只要保证该第一分光模组420具有上述第一输入端、第一输出端与至少一个第二输出端，以实现上述功能即可。

参见图2，本实施例的激光雷达还包括第一模斑转换器410，设于第一分光模组420的第一输入端的上游，第一模斑转换器410用于接收第二光束的至少部分，以使第二光束的至少部分进入第二光芯片400传输。第一模斑转换器410用于将接收到的第二光束传输至第一分光模组420，能够改善模场匹配程度，减小模式失配损耗。第一模斑转换器410可以是锥形波导，悬臂梁波导，多层波导等结构。

收发波导模组440包括发射波导441与至少两接收波导442。其中，发射波导441沿图示第一方向X延伸，其与上述第一输出端连接，以用于探测光的出射。沿第二光芯片的厚度方向观察，接收波导442与发射波导441之间沿图示第二方向Y间隔设置，各接收波导442之间亦沿第二方向Y间隔设置，且位于发射波导441的同一侧。其中，第一方向X、第二方向Y与厚度方向中的任意两者垂直。在实际应用时，在激光雷达运行过程中，扫描器件会产生运动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441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，产生了激光雷达的走离效应 (walk-off效应)。本实施例通过在一个收发波导模组440中设置至少两个接收波导442(如可以是2个、3个、4个等等)，例如图2中一个收发波导模组440包括一个发射波导441和两个接收波导442，两个接收波导442与发射波导441在第二方向Y上间隔设置，如此设置可以提升收发波导模组440接收回波光的区域，进而提升整体的探测距离。

光电探测模组430包括至少两个光电探测模块，光电探测模块分别与上述第二输出端及接收波导连接，光电探测模块、第二输出端与接收波导442一一对应连接，光电探测模块用于接收本振光以及经由接收波导442输出的回波光。光电探测模块包括光混频器431和第一平衡光电探测器432，光混频器431分别与第二输出端及接收波导442连接，用于接收本振光以及回波光，第一平衡光电探测器432与光混频器431连接。需要说明的是，即使本实施例是以光电探测模块与上述第二输出端以获取本振光为例进行说明，但光电探测模块获取本振光的方式实则是多样的；例如，在本申请的其他实施例中，也可以是在第二光芯片400之外，即基于第二光束分束得到探测光与本振光，该探测光与本振光各自通过相应的耦合器耦合进入第二光芯片400，探测光向发射波导441传输，本振光则向光电探测模块传输。

本实施例中，激光雷达还包括光放大模组300，光放大模组300设于第一光芯片200与第二光芯片400之间，光放大模组300用于接收第二光束并进行放大，以使放大后的第二光束进入第二光芯片400。本实施例中，光放大模组300包括光放大器320；具体地，该光放大器为半导体光放大器（semiconductor optical amplifier，SOA），当然，在本申请的其他实施例中，该光放大器亦可以是光纤放大器等其他任意可以实现光功率放大的器件。进一步地，该光放大模组300还包括第一透镜组310和第二透镜组330，第一透镜组310和第二透镜组330分别设于光放大模组300的入射端和出射端。

第一透镜组310能够改善第二光束与光放大器 510之间的耦合效率。第一透镜组310可以为单个透镜或者多个透镜的组合，当第一透镜组310为多个透镜的组合时，利于提升耦合容差。第二透镜组330能够改善光放大器510输出第二光束与第二光芯片400的耦合效率，能够显著改善发射效率，提升测距能力。第二透镜组330可以为单个透镜或者多个透镜的组合，当第二透镜组330为多个透镜的组合时，利于提升耦合容差。本实施例中，光放大模组300通过第二透镜组330与第二光芯片400耦合，因此能够降低光放大模组300与第二光芯片400之间的耦合损耗，提升发射效率和测距能力。

参见图2，一些实施例中，第二光芯片400还包括非线性校准模块450；第二光芯片400中的一个第一分光模组420还包括第三输出端，该第一分光模组420用于接收第二光束的至少部分，以分束为至少包括经由第一分光模组420的第一输出端输出的探测光、经由第一分光模组420的第二输出端输出的本振光与经由第三输出端输出的校准光。非线性校准模块450包括第二分光器4224、光迟延线451、3dB耦合器452及第二平衡光电探测器453。第二分光器422与上述第三输出端连接，其用于将接收自第一分光模组420输出的4的校准光，并分束为第一校准信号与第二校准信号。3dB耦合器452用于接收该第一校准信号与第二校准信号，并使两者进行拍频；其中，第二分光器422的至少一个输出端连接有光迟延线451，以使进入3dB耦合器452的第一校准信号与第二校准信号的光程不同。第二平衡光电探测器453与3dB耦合器452连接，其用于对3dB耦合器452输出的光信号进行平衡探测。

一些实施例中，激光雷达还包括收发镜头及光束扫描模组。光束扫描模组用于实现探测光的整形、准直和扫描。光束扫描模组可以是振镜、转镜、MEMS微振镜等，也可以是振镜、转镜、MEMS微振镜的组合。

以下再以多通道激光雷达为例介绍本申请的第一光芯片200以及第二光芯片400。

参见图3和图5，在多通道激光雷达中，第一光芯片200还包括第二分光模组220，第二分光模组220包括第二输入端与至少两个第四输出端，第二分光模组220的第二输入端与滤波模块210连接。第一光芯片200用于经由第二分光模组220的第二输入端以接收第二光束，并分束为经由第四输出端输出的第三光束；上述每一收发波导模组440对应一第三光束。本实施例中，第二分光模组220的第四输出端的数量与本实施例激光雷达的通道数相同。

第二分光模组220包括第四分光器221，该第四分光器221具有第二输入端与至少两个第四输出端。

多通道激光雷达中，第二光芯片400包括至少两个收发波导模组440以及至少两个光电探测模组4430；各收发波导模组440之间沿第二方向Y错开设置，光电探测模组430与收发波导模组440一一对应设置，从而构成多个光信号的收发通道。相应地，第二光芯片400还可以包括至少两个第一模斑转换器410与至少两第一分光模组420，每一模斑转换器对应一第一分光模组420、一收发波导模组440与一光电探测模组430。其中一个第一分光模组420连接有上述非线性校准模块450。

此外，激光雷达还包括至少两个光放大模组300，至少两个光放大模组300与至少两个第四输出端一一对应，以使每一光放大模组300接收一第三光束并放大，以使放大后的第三光束进入第二光芯片400。

请继续参见图3，本实施例的激光雷达还包括至少两个反射模组460，反射模组460可以包括反射镜461或全反射介质等任意能够实现光信号反射的结构，反射模组460与收发波导模组440之间一一对应。反射模组460与对应的收发波导模组440之间沿第一方向X相对设置，以用于反射合波探测光，以使合波探测光沿预设方向传输，以及用于接收合波回波光并反射，以使合波回波光进入接收波导442。其中，预设方向与第二光芯片400的厚度方向不垂直；本实施例中，该预设方向与第二光芯片的厚度方向一致。沿第一方向X，各反射模组460之间错开设置，以使各反射模组460反射的合波探测光之间沿第一方向X错开。在应用中，可以基于这一特性将第一方向X配置为激光雷达的垂直方向，相应地，第二方向Y则对应激光雷达的水平方向，且一般地，激光雷达的快轴扫描方向为水平方向,慢轴扫描方向为垂直方向;则快轴扫描引发的走离效应将使合波回波光沿第二方向Y发生偏移，进而可以被收发波导模组440的接收波导442接收，另外，各探测光形成的探测视场可以在激光雷达的垂直方向堆叠，进而可以增大激光雷达的总探测视场。

一些实施例中，激光雷达还包括收发镜头及光束扫描模组。光束扫描模组用于实现探测光的整形、准直和扫描。光束扫描模组可以是振镜、转镜、MEMS微振镜等，也可以是振镜、转镜、MEMS微振镜的组合。收发镜头用于将接收自反射模组460的探测光准直并发射至光束扫描模组，并将接收自光束扫描模组的回波光信号聚焦发射至反射模组460。

第二光芯片400边缘可以设为锯齿状的形状，与多个通道一一对应的至少两个反射镜461与第二光芯片400边缘的距离保持相同。对应于每个通道的发射波导441到反射镜461的距离与反射镜461到收发镜头的距离之和大致等于收发镜头的焦距。如此，各通道的探测光均能够被同一上述收发镜头实现准直。

本实施例的第二光芯片400可以采用CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺进行加工，成本低、可靠性强。光源模组100、第一光芯片200、光放大模组300、第二光芯片400和反射模组460通过封装工艺组装在同一金属的壳体中，封装工艺例如是打线、贴片、耦合、封焊等，壳体设有光输入端和光输出端，光输入端和输出端通过自由空间光的形式与外部相连，使得一个部件同时具有发射、光放大和接收功能，无需其他光纤类器件，集成度高，可靠性很高，容易量产。

此外，本申请还对第二光芯片400作进一步改进。具体地，收发波导模组包括上述发射波导、至少三个接收波导、至少三个偏振分束模块与至少两个合束器。如前文所述，发射波导沿第一方向延伸；接收波导亦沿第一方向延伸，沿第二光芯片的厚度方向观察，接收波导与发射波导之间沿第二方向间隔设置，接收波导具有沿延伸方向相对的接收端与出射端，接收波导用于经由接收端接收回波光，经由出射端输出回波光，各接收波导沿第二方向间隔设置。其中，第一方向、第二方向与厚度方向中的任意两者垂直。偏振分束模块具有第一输入端和两第一输出端，偏振分束模块的第一输入端连接于一接收波导的出射端，偏振分束模块用于对接收波导传输的回波光偏振分光，以使回波光的部分从偏振分束模块的一第一输出端输出，回波光中的剩余部分从偏振分束模块的另一第一输出端输出；每一偏振分束模块对应连接一接收波导。合束器具有两第二输入端与一第二输出端，同一合束器分别连接相邻的两偏振分束模块，合束器的每一第二输入端与一偏振分束模块的第一输出端连接，同一合束器所连接的偏振分束模块的两第一输出端所输出的光信号的偏振方向相同，相邻的两合束器连接相邻的三偏振分束模块。相应地，上述光电探测模组包括至少两个光电探测模块，光电探测模块与合束器一一对应连接，光电探测模块用于接收本振光以及经由合束器输出的光信号。

当探测光照射到探测目标物体上时会发生漫反射，被透镜收集到并进入第二光芯片的回波光不再是单一偏振，而是会包含两种偏振分量，即横电模（TE）分量与横磁模（TM）分量，TE分量与TM分量的偏振方向垂直。上述各实施例中，一根接收波导连接一个光电探测模块；由于本振光的偏振方向是单一的，因此，上述横电模（TE）分量与横磁模（TM）分量中仅与本振光偏振方向相同的一个能与本振光发生拍频，另一个则不能与本振光发生拍频。本申请实施例中，偏振分束模块在进行偏振分光时可以将回波光中不同偏振分量的光信号分开，此时，需要使得每一合束器的两第二输入端所连接的两个偏振分束模块的第一输入端应输出相同偏振方向的回波光，使得相邻的两个接收波导所出射的同一偏振方向的光信号在合束器处叠加，合束器输出的是单一偏振方向的光信号，其全部能用于与本振光拍频的回波光的能量更高，有利于提升探测结果的可靠性。这里需要补充一提的是，若合束器输出的光信号与本振光偏振方向相同，则可以不对合束器输出的光信号与本振光作处理，两者可以在光电探测模块直接拍频；若合束器输出的光信号与本振光偏振方向不同，则可以对合束器输出的光信号与本振光中的一个进行作偏振旋转处理，以使两者的偏振方向相同，进而可以在光电探测模块进行拍频，或者直接注入与合束器输出的光信号偏振方向相同的本振光，以实现拍频。

需要说明的是，每一偏振分束模块将回波光不同偏振分量的光信号分开后，从偏振分束模块的两个第一输出端输出的光信号的偏振方向可以相同也可以不同。例如，当偏振分束模块采用偏振分束器时，分束后的两个偏振分量的光信号分别维持原本的偏转方向从偏振分束模块的两个第一输出端输出，偏振分束模块的两个第一输出端输出的光信号的偏振方向不同。又例如，当偏振分束模块采用偏振分束旋转器时，分束后两个光信号的其中之一的偏振方向维持不变，而另一个的偏振方向则产生改变，偏振分束模块的两个第一输出端出射的光信号的偏振方向相同。另外，收发波导模组中，连接不同接收波导的偏振分束模块可以采用同一类型，如各偏振分束模块均采用偏振分束器，或均采用偏振分束旋转器；连接不同接收波导的偏振分束模块也可以采用不同类型，如部分偏振分束模块采用偏振分束器，部分采用偏振分束旋转器；本申请在此不作限定。

因此，本申请的技术方案，在第二光芯片的收发波导模组中，每一接收波导的出射端均连接一偏振分束模块，偏振分束模块可以将接收波导出射的回波光分离为两路光信号，并沿不同的传播路径传递。以收发波导模组包括三路接收波导和三个偏振分束模块为例，位于中间的偏振分束模块的两第一输出端分别连接两个合束器的第二输入端，每一合束器的另一第二输入端连接外侧的偏振分束模块的其中一第一输出端；即是，可以通过两个合束器连接三个接收波导，使得任意相邻的两个接收波导均通过偏振分束模块和一分束器连接，从而可以将两个接收波导相同偏振方向的分量的光信号通过合束器合束后出射。以此类推，当接收波导的数量超过三个时，可以对应地调整偏振分束模块和合束器的数量，以满足上述结构即可。

如此设置，既可以通过合束器的配置减少第二光芯片中收发波导模组整体的输出端的数量，进而减少了收发波导模组下游的光电探测模块和电信号处理器件的数量，简化了第二光芯片中收发波导模组下游的结构。另外，基于相关技术中一个接收波导接一个光电探测模块的方案而言，当回波光的光斑同时落在相邻的两接收波导上时，每一根接收波导仅能传输回波光的部分能量至光电探测模块，且每根接收波导中的能量也仅有一个偏振方向的分量能参与拍频；与之相比，本申请实施例提供的第二光芯片，当回波光的光斑同时落在合束器所连接的相邻两接收波导上时，相邻两个接收波导接收的光信号各自偏振分光之后在合束器处进行合束，使得合束器不仅输出单一偏振方向的光信号，而且是耦合了两接收波导中的光信号的分量，其能量将更高，可以提高探测结果的可靠性。并且，回波光中两种偏振方向的分量均可被利用，提高了对回波光的利用效率。

一些实施例中，偏振分束模块为偏振分束器。此时，当偏振分束器接收从接收波导出射的回波光后，会将回波光中的TE分量与TM分量分光，继而分光后的两个分量分别维持原本的偏转方向从偏振分束模块的两个第一输出端输出，使得偏振分束模块的两个第一输出端输出的光信号偏振方向不同。相应地，需要将相邻两个偏振分束器输出相同偏振方向光信号的第一输出端连接于同一合束器，使得两个偏振分束器输出的其中一组相同偏振方向的光信号通过合束器合束叠加，充分利用光信号，提高探测结果的可靠性。而对于每一偏振分束器的另一第一输出端输出的另一偏振分量的光信号，若该偏振分束器并非位于边缘，即该偏振分束器的另一侧还设有另一偏振分束器，则该偏振分束器的另一第一输出端输出的另一偏振分量的光信号可以与该另一偏振分束器输出的相同偏振分量的光信号合束，从而使得两种偏振分量的光信号均可以被充分利用；若该偏振分束器位于边缘，也可以通过另外设置的吸光元件将另一个偏振分量吸收。

另外，需要说明的是，由于偏振分束器具有两个第一输出端，若相邻两个偏振分束器中输出相同偏振方向光信号的第一输出端不相邻时，可以使其中至少一第一输出端与合束器连接的连接波导于光芯片的厚度方向跨越两第一输出端之间的其他结构，通过分层沉积材料的方式成型。优选的如下述实施例中，使得相邻的两个偏振分束器中需要连接至同一分束器的第一输出端沿第一方向y相邻设置，以便于结构成型，在此不做赘述。

可选地，任意相邻的两偏振分束模块之间，偏振分束模块的沿第一方向y位于内侧的两第一输出端所输出的光信号的偏振方向相同。具体地，各个偏振分束模块所接收的回波光中均包括TE分量与TM分量，以两个偏振分束模块中输出相同偏振分量的第一输出端为一组第一输出端，而相邻的两个偏振分束模块中仅使得其中一组第一输出端连接于同一合束器。本实施例中，可以使得相邻的两个偏振分束模块的其中一组输出相同偏振分量的第一输出端相邻设置，并使得该组第一输出端连接于同一合束器，如此设置，第二光芯片中各个用于传输光信号的传输波导和模块不会存在交叉，可以使得各个连接波导和模块成型于同一层级，便于第二光芯片的各个结构成型，降低第二光芯片的结构复杂程度，便于第二光芯片的制作。

可选地，收发波导模组还包括偏振旋转器，任意相邻的两合束器中的一个的输出端连接有偏振旋转器。当采用偏振分束器作为偏振分束模块时，部分偏振分束器的两个第一输出端分别连接于两个合束器，以分别与另一偏振分束器出射的光信号合束；而由于同一偏振分束器的两个输出端出射的光信号偏振方向不同，其所连接的两个合束器出射的合波光的偏振方向也不同，且由于该两个合束器连接于同一偏振分束器，因此两个合束器沿第一方向y彼此相邻设置。本实施例中，使得连接于同一偏振分束器的两个相邻的合束器中，其中之一的第二输出端连接一偏振旋转器，以使得该两个相邻的合束器所在光路均将向相应的光电探测模块输出相同偏振方向的光信号。如此设置，有利于使各合束器所在光路对应的本振光的偏振方向相同，即不必对各条本振光路另作处理，保证了本振光路可以维持较高的一致性，且不必基于相关技术的技术上另作改动。

在另一些实施例中，偏振分束模块为偏振分束旋转器，同一偏振分束模块的两第一输出端所输出的光信号的偏振方向相同。

本实施例中，偏振分束模块为偏振分束旋转器，此时，当偏振分束旋转器接收从接收波导出射的回波光后，会将回波光中不同偏振方向的两个分量分光，继而使得其中一个分量维持原本的偏振方向从其中一第一输出端输出；而另一分量则在偏振旋转成与前述分量偏振方向相同后从另一第一输出端输出。也即，当采用偏振分束旋转器时，偏振分束模块的两个第一输出端输出的光信号偏振方向相同。若各个偏振分束模块均为偏振分束旋转器，理论上同一分束器可以分别与一偏振分束模块的一第一输出端以及另一偏振分束模块的任一第一输出端连接；当然，较优地，同一合束器所连接的两第一输出端同为未进行偏振旋转的第一输出端，或同为进行偏振旋转的第一输出端，这样有利于保证同一合束器所接收的两光信号的相位相同。需要说明的是，当各个偏振分束模块均为偏振分束旋转器时，任意一个合束器的输出端均不必再另外设置偏振旋转器，即能保证各个合束器出射的合波光的偏振方向一致。

参见图6，本申请还提供一种可移动设备1，包括可移动的主体11以及如上任一实施例的激光雷达2，激光雷达2搭载于主体11。该激光雷达2的特征参见以上实施例的描述，此处不再赘述。

在一些实施例中，可移动设备1为汽车，上述主体11为汽车主体，激光雷达2搭载于该汽车主体；可以理解的是，在本申请的其他实施中，可移动设备1还可以为汽车以外的搭载有激光雷达2的装置，如无人机、机器人等等，本申请对此不作限定。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (15)

1.一种激光雷达，所述激光雷达为调频连续波激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：

光源模组，用于生成第一光束；

第一光芯片，包括第一包层与设于所述第一包层的滤波模块，所述滤波模块用于接收所述第一光束并滤波，以得到线宽较第一光束更窄的第二光束；以及

第二光芯片，包括第二包层、收发波导模组以及光电探测模组，所述收发波导模组与所述光电探测模组均设于所述第二包层，所述收发波导模组包括发射波导以及至少一个接收波导，所述发射波导用于传输并出射探测光，以探测目标物体，所述探测光为所述第二光束的至少部分，所述接收波导用于接收回波光，所述回波光为所述目标物体反射所述探测光形成，所述光电探测模组用于接收本振光与经由所述接收波导输出的回波光进行相干探测；

其中，所述收发波导模组包括：

所述发射波导，沿第一方向延伸；

至少三个所述接收波导，所述接收波导沿所述第一方向延伸，沿所述第二光芯片的厚度方向观察，所述接收波导与所述发射波导之间沿第二方向间隔设置，所述接收波导具有沿延伸方向相对的接收端与出射端，所述接收波导用于经由所述接收端接收回波光，经由所述出射端输出所述回波光，各所述接收波导沿所述第二方向间隔设置，所述第一方向、所述第二方向与所述厚度方向中的任意两者垂直；

至少三个偏振分束模块，所述偏振分束模块具有第一输入端和两第一输出端，所述第一输入端连接于一所述接收波导的出射端，所述偏振分束模块用于对所述接收波导传输的回波光偏振分光，以使所述回波光的部分从一所述第一输出端输出，所述回波光中的剩余部分从另一所述第一输出端输出，每一所述偏振分束模块对应连接一所述接收波导；以及

至少两合束器，所述合束器具有两第二输入端与一第二输出端，同一所述合束器分别连接相邻的两所述偏振分束模块，每一所述第二输入端与一所述偏振分束模块的第一输出端连接，同一所述合束器所连接的两第一输出端所输出的光信号的偏振方向相同，相邻的两所述合束器连接相邻的三所述偏振分束模块；

所述光电探测模组包括至少两个光电探测模块，所述光电探测模块与所述合束器一一对应连接，所述光电探测模块用于接收所述本振光以及经由所述合束器输出的光信号。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述滤波模块包括微环谐振器。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述微环谐振器包括第一信道波导、第二信道波导与微环波导，所述第一信道波导与所述第二信道波导之间相对设置，所述微环波导设于所述第一信道波导与所述第二信道波导之间，所述第一信道波导用于接收所述第一光束，所述第二信道波导用于输出所述第二光束。

4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于：

所述光源模组包括激光器，所述激光器的线宽介于100kHz~1MHz之间；

所述滤波模块包括微环谐振器，所述微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间。

5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第二光芯片包括第一分光模组；

所述第一分光模组包括第一输入端、第一输出端与至少一个第二输出端，所述第一分光模组用于经由所述第一分光模组的第一输入端接收所述第二光束的至少部分，并分束为至少包括经由所述第一分光模组的第一输出端输出的探测光，以及经由所述第一分光模组的第二输出端输出的本振光；

所述第一分光模组的第一输出端与所述发射波导连接，所述第一分光模组第二输出端与所述光电探测模组连接。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述第二光芯片还包括

第一模斑转换器；

所述第一模斑转换器设于所述第一分光模组的输入端的上游，用于接收所述第二光束的至少部分，以使所述第二光束的至少部分进入所述第二光芯片传输。

7.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，

所述光电探测模组包括至少两个光电探测模块，所述光电探测模块、所述第一分光模组的第二输出端与所述接收波导一一对应连接，所述光电探测模块用于接收所述本振光以及经由所述接收波导输出的回波光。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述光电探测模块包括：

光混频器，分别与所述第一分光模组的第二输出端及所述接收波导连接，用于接收所述本振光以及所述回波光；以及

第一平衡光电探测器，与所述光混频器连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述第二光芯片包括至少两个收发波导模组以及至少两个光电探测模组；

所述发射波导沿第一方向延伸，沿所述第二光芯片的厚度方向观察，同一收发波导模组中的所述接收波导与所述发射波导之间沿第二方向间隔设置，各所述收发波导模组之间沿所述第二方向错开设置，所述第一方向、所述第二方向与所述厚度方向中的任意两者垂直；

所述光电探测模组与所述收发波导模组一一对应设置；

所述激光雷达还包括至少两个反射模组，每一反射模组对应一所述收发波导模组，所述反射模组与所述收发波导模组之间沿所述第一方向相对设置，各所述反射模组之间沿所述第一方向错开设置。

10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光芯片包括第二分光模组，所述第二分光模组包括第二输入端与至少两个第四输出端，所述第二分光模组的第二输入端与所述滤波模块连接；

所述第一光芯片用于经由所述第二分光模组的第二输入端以接收所述第二光束，并分束为经由所述第四输出端输出的第三光束；

每一所述收发波导模组对应一所述第三光束。

11.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，还包括至少两个光放大模组，所述光放大模组设于所述第一光芯片与所述第二光芯片之间，所述光放大模组用于接收所述第三光束并进行放大，以使放大后的第三光束进入所述第二光芯片，每一所述光放大模组对应一所述第三光束。

12.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光芯片还包括：

第二模斑转换器，设于所述滤波模块的输入端的上游，用于接收所述第一光束，以将所述第一光束耦合进入第一光芯片传输；

至少两个第三模斑转换器，设于所述第二分光模组的第四输出端的下游，用于将所述第二光束耦合输出至所述第一光芯片之外。

13.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：

激光器，用于生成所述第一光束；

光隔离器，设于所述激光器与所述第一光芯片之间；

第一透镜，设于所述激光器与所述光隔离器之间，用于接收所述第一光束并聚焦，以使聚焦后的第一光束进入所述光隔离器；以及

第二透镜，设于所述光隔离器与第一光芯片之间，用于接收经由所述光隔离器输出的第一光束并聚焦，以使聚焦后的第一光束进入所述第一光芯片。

14.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，还包括：

壳体；所述光源模组、所述第一光芯片、所述第二光芯片及所述反射模组均设于所述壳体内。

15.一种可移动设备，其特征在于，包括可移动的主体以及如上权利要求1-14中任一项所述的激光雷达，所述激光雷达搭载于所述主体。