CN116908815B - 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，第一光束包括第一光信号与第二光信号，所述第一光信号与所述第二光信号的波长及扫频波形不同；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；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，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，光电探测模块用于接收与探测光对应的本振光与经由接收波导输出的回波光以进行相干探测。本申请提供的方案，能够降低系统功耗，提升系统可靠性。

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，在接收端通过信号光与本振光进行平衡探测的方式，可以有效地减少外界环境光对激光雷达性能的干扰，提升激光雷达的测距性能。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。

对于FMCW激光雷达而言，如果要获取距离与速度这两个信息，需要用到两段不同的扫频波形才能实现解算。例如，相关技术中，FMCW激光雷达大多采用单激光器的方案进行探测；这种方案需要利用在本振光（回波光）在时域上错开的两段不同的扫频波形才能实现。例如，激光器发射的激光为三角波扫频的激光信号，此时需要利用本振光上扫的部分与回波光上扫的部分的拍频信号的频率，以及，本振光下扫的部分与回波光下扫的部分的拍频信号的频率，基于这两个频率才能解算出目标物体相对于FMCW激光雷达的距离与速度。然而，基于这种方式确定距离与速度的方式效率较慢。

相关技术中，调频连续波激光雷达采用单波长进行调频，需要利用该单个波长的扫频信号的上下扫频所对应的拍频信号进行距离与速度的解算，即需要两半扫频周期（上和下）来实现，存在解算速度慢的问题。而若采用2个不同波长的激光器同时扫频的方案能够实现在单个半扫频周期即实现速度与距离的解算，但这种架构方案比较复杂，如果用一个光放大器对单个激光器生成的信号进行放大，则光放大器的数量需要翻倍；而这使得激光雷达的功耗很高，多通道探测的激光雷达这一问题则更为明显。

发明内容

本申请旨在提供激光雷达及可移动设备，以改善相关技术中采用双激光器探测的激光雷达功耗较高的现状。

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，所述第一光束包括第一光信号与第二光信号，所述第一光信号与所述第二光信号的波长及扫频波形不同；

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，并对所述第一光信号与所述第二光信号滤波，以得到包括线宽更窄的第一光信号以及线宽更窄的第二光信号的第二光束；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，且包括所述第一光信号的至少部分与所述第二光信号的至少部分，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与所述探测光对应的本振光与经由所述接收波导输出的回波光以进行相干探测。

一种实施方式中，所述滤波模块包括：

第一微环谐振器，包括第一信道波导、第二信道波导与第一微环波导，所述第一信道波导与所述第二信道波导之间相对设置，所述第一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滤波后的第一光信号；以及

第二微环谐振器，包括第三信道波导、第四信道波导与第二微环波导，所述第三信道波导与所述第四信道波导之间相对设置，所述第二微环波导设于所述第三信道波导与所述第四信道波导之间，所述第三信道波导与所述第一信道波导连接，并位于所述第一信道波导的下游，以接收所述第一光束中位于所述第一微环谐振器的线宽之外的信号，所述第四信道波导用于输出滤波后的第二光信号；

其中，所述第一微环谐振器的线宽的中心频率按照所述第一光信号的扫频波形扫频，所述第二微环谐振器的线宽的中心频率按照所述第二光信号的扫频波形扫频。

一种实施方式中，沿所述滤波后的第二光信号的传输方向，所述第四信道波导连接于所述第二信道波导的上游。

一种实施方式中，所述光源模组出射的第一光束中，第一光信号的线宽介于100kHz~1MHz 之间，第二光信号的线宽介于100kHz~1MHz 之间；

所述第一微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间，所述第二微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间。

一种实施方式中，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输出端输出的探测光，以及经由所述第二输出端输出的本振光；

所述第一输出端与所述发射波导连接，所述第二输出端与所述光电探测模组连接。

一种实施方式中，第一波长解复用器，与所述第二输出端相连，用于接收所述本振光并分波，以得到与第一波长的第一本振光和第二波长的第二本振光；

第二波长解复用器，与所述接收波导连接，用于对所述接收波导输出的回波光分波，以得到第一波长的第一回波光和第二波长的第二回波光；

第一光电探测模块，用于接收所述第一本振光以及所述第一回波光；以及

第二光电探测模块，用于接收所述第二本振光以及所述第二回波光。

一种实施方式中，所述第一光电探测模块包括第一光混频器与第一光电平衡探测器，所述第一光混频器分别与所述第一波长解复用器及所述第二波长解复用器连接，用于接收所述第一本振光与第一回波光，所述第一光电平衡探测器与所述第一光混频器连接；

所述第二光电探测模块包括第二光混频器与第二光电平衡探测器，所述第二光混频器分别与所述第一波长解复用器及所述第二波长解复用器连接，用于接收所述第二本振光与第二回波光，所述第二光电平衡探测器与所述第二光混频器连接。

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第一光电探测模块以及至少两个第二光电探测模块，

所述第一光电探测模块、所述第二输出端与所述接收波导一一对应；

所述第二光电探测模块、所述第二输出端与所述接收波导一一对应。

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，所述第一光芯片还包括第二分光模组，所述第二分光模组包括第二输入端与至少两个第三输出端，所述第二输入端与所述滤波模块连接；

所述第二分光模组用于经由所述第二输入端以接收所述第二光束，并分束为经由所述第三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，所述探测光为所述第三光束的至少部分。

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，第一激光器，用于生成具有第一波长的第一光信号；

第二激光器，用于生成具有第二波长的第二光信号；以及

波长复用器，用于接收所述第一光信号和所述第二光信号并复用，以输出合波后的所述第一光束。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请技术方案通过第一光芯片的滤波模块压缩第一光信号与第二光信号的线宽，使得第一光信号与第二光信号能够通过较低的功能即可实现较好的探测性能；同时，通过同一个光放大模组对滤波后的第一光束或第二光束的部分进行放大，即能够达到探测要求。因此，本申请实施例提供的激光雷达可以改善相关技术中采用双激光器探测的激光雷达功耗较高的现状。

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、第一激光器；120、第二激光器；130、波长复用器；

200、第一光芯片；201、第一包层；210、滤波模块；220、第二分光模组；230、第二模斑转换器；211、第一微环谐振器；2111、第一信道波导；2112、第二信道波导；2113、第一微环波导；212、第二微环谐振器；2121、第三信道波导；2122、第四信道波导；2123、第二微环波导；221、第四分光器；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、第一光电探测模块；432、第二光电探测模块；4311、第一光混频器；4321、第二光混频器；4312、第一平衡光电探测器；4322、第二平衡光电探测器；4331、第一波长解复用器；4332、第二波长解复用器；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；460、反射模组；461反射镜；451、光延迟线；452、3db耦合器；4531、第三平衡光电探测器；4532、第四平衡光电探测器；4541、第三波长解复用器；4542、第四波长解复用器。

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。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

参见图1，本申请实施例提供的激光雷达，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100、第一光芯片200及第二光芯片400。

光源模组100用于生成第一光束，所述第一光束包括第一光信号与第二光信号，所述第一光信号与所述第二光信号的波长及扫频波形不同。

第一光芯片200包括第一包层201与设于所述第一包层的滤波模块210，所述滤波模块210用于接收所述第一光束，并对所述第一光信号与所述第二光信号滤波，以得到包括线宽更窄的第一光信号以及线宽更窄的第二光信号的第二光束。

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。所述收发波导模组440与所述光电探测模组430均设于所述第二包层401，所述收发波导模组440包括发射波导441以及至少一个接收波导442，所述发射波导441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，且包括所述第一光信号的至少部分与所述第二光信号的至少部分，所述接收波导442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430用于接收与所述探测光对应的本振光与经由所述接收波导输出的回波光以进行相干探测。

发明人发现，对于基于相干探测的具有两个波长的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包括第一激光器110、第二激光器120及波长复用器130。第一激光器110用于生成具有第一波长的第一光信号；第二激光器120则用于生成具有第二波长的第二光信号，该第一光信号与第二光信号的波长与扫频波形均不相同。该设置旨在避免第一光信号与第二光信号在合波的状态下即发生相干，导致不能基于第一光信号得到相应的拍频信号，以及基于第二光信号得到相应的拍频信号。此外，第一光信号与第二光信号的扫频波形不同则有利于在同一时刻基于第一光信号对应的拍频信号的频率，与第二光信号对应的拍频信号的频率解算目标物体相对于FMCW激光雷达的距离与速度，而不必像单激光器一样需要结合时域上错开且扫频波形不同的两段扫频信号。本实施例中，在时域上的同一个扫频周期中，第一光信号是扫频波形为上下扫频的三角波扫频信号，第二光信号是扫频波形为下上扫频的三角波扫频信号，即第一光信号与第二光信号的扫频波形的相位相差180度。可以理解的是，在本申请的其他实施例中，第一光信号与第二光信号亦可以是其他形式的扫频波形，只要两者不同即可，本申请对此不作具体限定。例如，在其他的一些实施例中，第一光信号是扫频方向朝上的锯齿波扫频信号，第二光信号是扫频方向朝下的锯齿波扫频信号。又例如，第一光信号与第二光信号均是扫频波形为上下扫频的三角波扫频信号，但二者的扫频斜率大小有所不同。波长复用器130是能够将不同波长的信号进行复用的器件，其用于接收不同波长的第一探测光和第二探测光，并复用到一个通道里面形成合波后的第一光束，以使激光雷达可以基于该第一光束进行探测。

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。

参见图4，所述滤波模块210包括第一微环谐振器211和第二微环谐振器212。第一微环谐振器211用于对第一光束中的第一光信号进行滤波，其包括第一信道波导2111、第二信道波导2112与第一微环波导2113。所述第一信道波导2111与所述第二信道波导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。所述第一微环波导2113呈封闭的环状，并设于所述第一信道波导2111与所述第二信道波导2112之间。所述第一信道波导2111用于接收所述第一光束，所述第二信道波导2112用于输出滤波后的第一光信号。

第二微环谐振器212用于对第一光束中的第二光信号进行滤波，其包括第三信道波导2121、第四信道波导2122与第二微环波导2123。所述第三信道波导2121与所述第四信道波导2122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。所述第二微环波导2123呈封闭的环状，并设于所述第三信道波导2121与所述第四信道波导2122之间。所述第三信道波导2121连接与所述第一信道波导2111连接，并位于所述第一信道波导2111的下游，以接收所述第一光束中位于所述第一微环谐振器211的线宽之外的信号。所述第四信道波导2122则用于输出滤波后的第二光信号。本实施例中，沿滤波后的第二光信号的传输方向，第四信道波导2122连接于第二信道波导2112的上游，如此滤波后的第一信号与第二信号均将经由第二信道波导输出，而不必再通过另设合波器进行合波。当然，在本申请的其他实施例中，第二信道波导与第二信道波导也可以不直接连接，而是均连接于同一合波器的输入端，以实现合波。

本实施例中，所述第一微环谐振器211的线宽的中心频率按照所述第一光信号的扫频波形扫频，以适应性跟随第一光信号中心频率，并对第一光信号进行滤波。所述第二微环谐振器212的线宽的中心频率按照所述第二光信号的扫频波形扫频，以适应性跟随第二光信号中心频率，并对第二光信号进行滤波。第一微环谐振器211和第二微环谐振器212的滤波波长均可以进行独立调谐，从而能够独立地对第一光信号和第二光信号的波长进行调谐。

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设于所述滤波模块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设于所述滤波模块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第一微环谐振器211和第二微环谐振器212的温度或向第一微环谐振器211和第二微环谐振器212施加电压的调节模块，通过改变第一微环谐振器211和第二微环谐振器212的温度或电压，以改变第一微环谐振器211和第二微环谐振器212的折射率，进而使第一微环谐振器211和第二微环谐振器212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，所述光源模组出射的第一光束中，第一光信号的线宽介于100kHz~1MHz 之间，第二光信号的线宽介于100kHz~1MHz 之间；

所述第一微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间，所述第二微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间。如此，即使光源模组生成的第一光束线宽较宽，该激光雷达也可以通过第一微环谐振器211和第二微环谐振器212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，本申请中所述的某参数介于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，光源模组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，第一微环谐振器211和第二微环谐振器212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，第一激光器110的中心波长和第一微环谐振器211的中心波长对准，第二激光器120的中心波长和第二微环谐振器212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，第一激光器110和第二激光器120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，第一激光器110的线宽比第一微环谐振器211的线宽大很多，或者第二激光器120的线宽比第二微环谐振器212的线宽大很多，那么第一激光器110或者第二激光器120可以只产生固定波长的光信号，不进行调频，而是通过对第一微环谐振器211或者第二微环谐振器212施加按照一定周期、一定幅度变化的驱动电压，使得第一微环谐振器211或者第二微环谐振器212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。

所述第二光芯片包括第一分光模组420，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。该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，设于所述第一分光模组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。具体地，第一模斑转换器410用于将接收到的所述第二光束传输至所述第一分光模组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。

一些实施例中，所述光电探测模组430包括第一波长解复用器4331、第二波长解复用器4332、第一光电探测模块431及第二光电探测模块432。

第一波长解复用器4331与所述第二输出端相连，用于接收所述本振光并分波，以得到与第一波长的第一本振光和第二波长的第二本振光；即是，第一本振光对应第一光信号，第二本振光对应第二光信号。第二波长解复用器4332与所述接收波导442连接，用于对所述接收波导442输出的回波光分波，以得到第一波长的第一回波光和第二波长的第二回波光；即是，第一本振光对应第一光信号，第二本振光对应第二光信号。第一光电探测模块431用于接收所述第一本振光以及所述第一回波光，以使第一本振光与第一回波光在该处拍频，并进行光电转换。第二光电探测模块432用于接收所述第二本振光以及所述第二回波光，以使第二本振光与第二回波光在该处拍频，并进行光电转换。

参见图2，一些实施例中，所述第一光电探测模块431包括第一光混频器4311与第一平衡光电探测器4312。所述第一光混频器4311分别与所述第一波长解复用器4331及所述第二波长解复用器4332连接，用于接收所述第一本振光与第一回波光，以使两者在该处进行拍频；所述第一平衡光电探测器4312与所述第一光混频器4311连接，以对第一光混频器4311输出的光信号进行平衡探测。所述第二光电探测模块432包括第二光混频器4321与第二平衡光电探测器4322。所述第二光混频器4321分别与所述第一波长解复用器4331及所述第二波长解复用器4332连接，用于接收所述第二本振光与第二回波光，以使两者在该处进行拍频；所述第二平衡光电探测器4322与所述第二光混频器4321连接，以对第二光混频器4321输出的光信号进行平衡探测。

需要说明的是，即使本实施例是以第一光电探测模块431及第二光电探测模块432均与上述第二输出端连接以获取本振光为例进行说明，但第一光电探测模块431和第二光电探测模块432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，探测光向发射波导传输，本振光则向光电探测模块传输。

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。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)，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。

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320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。第一透镜组310能够改善光放大器320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。本实施例中，光放大模组300通过第一透镜组310直接与第二光芯片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。

这里值得一提的是，相关技术中采用双激光器配合扫频的方案需要配置两个光放大器，即每个光放大器各自对应一个激光器并进行光功率放大；由于激光器生成的光束的线宽较大，因此每一激光器均需要单独配置一个光放大器进行放大，才能够通过较高光功率进行探测，以达到期望的探测性能；如果两激光器生成的光束合波后再经由同一个光放大器放大，则每种波长的光束的光功率将变为前者的一半，难以满足探测要求。但是，这种采用每个激光器单独配置一个光放大器的架构的功耗较高，尤其是对于多通道激光雷达，光放大器的数量成倍增加，功耗增长尤为明细。并且这种方式也存在以下不足：两激光器生成的光束在放大之后，不论是在第二光芯片之外合波，然后进入第二光芯片，还是各自独立进入第二光芯片，并在第二光芯片上进行合波；合波状态下的光束的能量都很高，具有烧断第二光芯片的波导材料的风险。

与之相比，本申请技术方案通过第一光芯片200的滤波模块210压缩第一光信号与第二光信号的线宽，使得第一光信号与第二光信号能够通过较低的功能即可实现较好的探测性能；同时，通过同一个光放大模组300对滤波后的第一光束或第二光束的部分进行放大，即能够达到探测要求；另外，在第二光芯片400的单条波导上传输的光功率较低，烧断第二光芯片的波导材料的风险较低。

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输出端输出的探测光、经由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422、光延迟线451、两个3dB耦合器452、第三波长解复用器4541、第四波长解复用器4542、第三平衡光电探测器4531及第四平衡光电探测器4532。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输出的校准光，并分束为第一校准信号与第二校准信号。其中，第二分光器422的具有两个输出端，其中一个输出端通过光延迟线451与第三波长解复用器4541连接，另一个输出端与第四波长解复用器4542连接。第三波长解复用器4541用于将第一校准信号分波以得到第一波长的第一参考信号以及第二波长的第二参考信号；第四波长解复用器4542用于将第二校准信号分波以得到第一波长的第三参考信号以及第二波长的第四参考信号。一个3dB耦合器452用于接收第一参考信号与第三参考信号，由于第一参考信号与第三参考信号的光程不同，因此两者在该3dB耦合器452处可以拍频，第三平衡光电探测器4531与该一个3dB耦合器452连接，以实现上述平衡探测功能；另一个3dB耦合器452用于接收第二参考信号与第四参考信号，由于第二参考信号与第四参考信号的光程不同，因此两者在该3dB耦合器452处可以拍频，第四平衡光电探测器4532与该一个3dB耦合器452连接，以实现上述平衡探测功能。该激光雷达可以基于第一参考信号与第三参考信号的拍频频率判断上述第一激光器110的非线性度，基于第二参考信号与第四参考信号的拍频频率判断上述第二激光器120的非线性度。

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5，在多通道激光雷达中，所述第一光芯片200还包括第二分光模组220，所述第二分光模组220包括第二输入端与至少两个第四输出端，所述第二输入端与所述滤波模块210连接；所述第二分光模组220用于经由所述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440对应一所述第三光束，所述探测光为所述第三光束的至少部分。

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430。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410对应一第一分光模组420、收发波导模组440与一光电探测模组430。其中一第一分光模组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，以用于反射探测光，以使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；例如，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并发射至反射模组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壳体中，封装工艺例如是打线、贴片、耦合、封焊等，金属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。

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所述的激光雷达2，所述激光雷达2搭载于所述主体。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 (12)

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，所述第一光束包括第一光信号与第二光信号，所述第一光信号与所述第二光信号的波长及扫频波形不同；

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，并对所述第一光信号与所述第二光信号滤波，以得到包括线宽更窄的第一光信号以及线宽更窄的第二光信号的第二光束，所述滤波模块包括调节模块、第一微环谐振器及第二微环谐振器，

所述调节模块用于调节所述第一微环谐振器和第二微环谐振器的温度或向所述第一微环谐振器和第二微环谐振器施加电压，所述调节模块通过改变所述第一微环谐振器和第二微环谐振器的温度或电压，以改变所述第一微环谐振器和第二微环谐振器的折射率；所述第一微环谐振器包括第一信道波导、第二信道波导与第一微环波导，所述第一信道波导与所述第二信道波导之间相对设置，所述第一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滤波后的第一光信号；所述第二微环谐振器包括第三信道波导、第四信道波导与第二微环波导，所述第三信道波导与所述第四信道波导之间相对设置，所述第二微环波导设于所述第三信道波导与所述第四信道波导之间，所述第三信道波导与所述第一信道波导连接，并位于所述第一信道波导的下游，以接收所述第一光束中位于所述第一微环谐振器的线宽之外的信号，所述第四信道波导用于输出滤波后的第二光信号；其中，所述第一微环谐振器的线宽的中心频率按照所述第一光信号的扫频波形扫频，所述第二微环谐振器的线宽的中心频率按照所述第二光信号的扫频波形扫频；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，且包括所述第一光信号的至少部分与所述第二光信号的至少部分，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与所述探测光对应的本振光与经由所述接收波导输出的回波光以进行相干探测。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，沿所述滤波后的第二光信号的传输方向，所述第四信道波导连接于所述第二信道波导的上游。

3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于：

所述光源模组出射的第一光束中，第一光信号的线宽介于100kHz~1MHz 之间，第二光信号的线宽介于100kHz~1MHz 之间；

所述第一微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间，所述第二微环谐振器的线宽介于1kHz~10kHz之间。

4.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输出端输出的探测光，以及经由所述第二输出端输出的本振光；

所述第一输出端与所述发射波导连接，所述第二输出端与所述光电探测模组连接。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述光电探测模组包括：

第一波长解复用器，与所述第二输出端相连，用于接收所述本振光并分波，以得到与第一波长的第一本振光和第二波长的第二本振光；

第二波长解复用器，与所述接收波导连接，用于对所述接收波导输出的回波光分波，以得到第一波长的第一回波光和第二波长的第二回波光；

第一光电探测模块，用于接收所述第一本振光以及所述第一回波光；以及

第二光电探测模块，用于接收所述第二本振光以及所述第二回波光。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，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光电平衡探测器，所述第一光混频器分别与所述第一波长解复用器及所述第二波长解复用器连接，用于接收所述第一本振光与第一回波光，所述第一光电平衡探测器与所述第一光混频器连接；

所述第二光电探测模块包括第二光混频器与第二光电平衡探测器，所述第二光混频器分别与所述第一波长解复用器及所述第二波长解复用器连接，用于接收所述第二本振光与第二回波光，所述第二光电平衡探测器与所述第二光混频器连接。

7.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于：

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第一光电探测模块以及至少两个第二光电探测模块，

所述第一光电探测模块、所述第二输出端与所述接收波导一一对应；

所述第二光电探测模块、所述第二输出端与所述接收波导一一对应。

8.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。

9.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于：

所述第一光芯片还包括第二分光模组，所述第二分光模组包括第二输入端与至少两个第三输出端，所述第二输入端与所述滤波模块连接；

所述第二分光模组用于经由所述第二输入端以接收所述第二光束，并分束为经由所述第三输出端输出的；

每一所述收发波导模组对应一第三光束，所述探测光为所述第三光束的至少部分。

10.根据权利要求9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。

11.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：

第一激光器，用于生成具有第一波长的第一光信号；

第二激光器，用于生成具有第二波长的第二光信号；以及

波长复用器，用于接收所述第一光信号和所述第二光信号并复用，以输出合波后的所述第一光束。

12.一种可移动设备，其特征在于，包括可移动的主体以及如上权利要求1-11中任一项所述的激光雷达，所述激光雷达搭载于所述主体。