CN117083549A - 光子集成电路、光检测和测距系统以及具有光子集成电路、光检测和测距系统的交通工具 - Google Patents

光子集成电路、光检测和测距系统以及具有光子集成电路、光检测和测距系统的交通工具 Download PDF

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R·弗里德曼
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Abstract

提供了一种光子集成电路，该光子集成电路具有多个光路，每个光路被配置成用于将从至少一个光接收输入接收到的光分支到第一光路部分和第二光路部分，以将在接收输入处接收到的光的至少一部分的偏振转变成第一线性偏振的光和与第一偏振正交的第二线性偏振的光；其中，第一光路部分被配置成用于将第一线性偏振的光发射到外部；其中，第二光路部分被配置成用于使用第一光路的具有第二线性偏振的光和从外部接收到的具有第二线性偏振的光来确定干涉信号。

Description

光子集成电路、光检测和测距系统以及具有光子集成电路、光 检测和测距系统的交通工具
技术领域
本公开总体上涉及光检测和测距系统的领域。
背景技术
由于光检测和测距(light detection and ranging,LIDAR)固有的抗光干扰能力以及用于既检测到目标的距离又检测到目标的距离速率(目标的相对速度)的能力，相干的光检测和测距(LIDAR)对于自主交通工具而言是所期望的。尽管存在这些属性，相干LIDAR系统仍然必须提供远距离检测能力(>200米)和高数据速率(>1M像素/秒)，以及高光学分辨率(>100垂直像素)，以便在商业上可行。不幸地，相干LIDAR的性能受到检测过程中飞行时间(time-of-flight,TOF)限制和由于散斑而引起的波动(Swerling II)目标效应的负面影响。
TOF限制约束了由有限的光速所施加的相干LIDAR系统的数据速率和对解决多普勒模糊性的多个啁啾的需要。例如，对于300米的最大距离而言，单个光学通道(激光束)的数据速率被限制为0.25M像素/秒。由于散斑，目标在相干LIDAR系统中会出现波动，并且高概率检测所需的信噪比(signal-to-noise-ratio,SNR)可以比非波动目标大10dB以上。在不进行缓解的情况下，与非相干系统相比，10dB SNR惩罚会使相干LIDAR的检测距离减少1/3。
在相干LIDAR中缓解散斑以及重新获得测距性能的关键在于，在视场的每次扫描期间对每个场景像素获得多次测量，并且然后非相干地整合它们以缓解目标的波动。缺点在于，数据速率进一步减少1/2或更多，这取决于要被整合的测量的数量。
对于相干LIDAR而言，光子集成电路(Photonic Integrated Circuit,PIC)由于可能具有低成本和对高容量的可扩展性而是所期望的。然而，由于PIC限制(大小、产量、成本)，垂直通道(分辨率元素)的数量是有限的(大约10个)并且不容易扩展。进一步地，LIDAR的目标中的大多数在发射光被反射时不会维持该发射光的圆偏振状态，由此减少了收集到的信号。
通常，具有分离的发射器/接收器(transmitter/receiver,Tx/Rx)PIC的双基地(bistatic)相干LIDAR被使用。在双基地相干LIDAR中，四分之一波片(quarter waveplate,QWP)可用于在目标处产生右旋圆偏振(right-hand-circular-polarization,RHP)或左旋圆偏振(left-hand-circular-polarization,LHP)的圆偏振光。如果目标在反射时维持偏振，则旋向性将会改变。通过改变圆偏振的旋向性(RHP到LHP或LHP到RHP)，PIC能够在接收(Rx)信号与发射(Tx)信号之间进行区分。然而，与用于Tx和Rx的单个PIC相比，具有分离的发射器/接收器(Tx/Rx)PIC的双基地相干LIDAR更大、具有更多组件、并且更难以对齐和组装成可靠的封装。
替代地，具有单个发射器/接收器(Tx/Rx)PIC的单基地(monostatic)相干LIDAR可以被提供。具有单个发射器/接收器(Tx/Rx)PIC的单基地相干LIDAR通常会受到较大的干扰以及较低的(公共)发射通道和接收通道的隔离，由此降低了LIDAR的性能。
可以提供基于分离的Rx或Tx光学器件和/或光学路径的解决方案，其中，与Tx光束相比，Rx以不同的视角、偏移、焦点或视场(field of view,FOV)盯着目标。由于Tx模式与Rx模式之间的不匹配，这些解决方案在效率和距离上较差，而这对于相干接收器而言至关重要。
附图说明
在附图中，贯穿不同的视图，同类的附图标记总体上指代相同部分。附图不一定是按比例的，相反，重点通常被放在图示出本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本发明的各方面，其中：
图1图示出具有LIDAR的交通工具的示意图；
图2图示出LIDAR的示意图；
图3图示出PIC的示意图；
图4图示出LIDAR系统的示意图；并且
图5到图8B图示出LIDAR系统的偏振分集光学器件的示意图。
具体实施方式
以下详细描述中对所附附图进行参考，所附附图通过图示的方式示出了可在其中实施本发明的具体细节和方面。
本文中使用术语“作为示例”以意指“用作示例、实例或说明”。在本文中被描述为“作为示例”的任何方面或设计不一定被解释为相对于其他方面或设计为优选的或有优势的。
说明性地，提供了相干双基地光检测和测距(LIDAR)系统的单个光子集成电路(PIC)实现方式，其包括在PIC与透镜之间的光学路径中的偏振分集光学器件。一般而言，LIDAR系统的Rx通道和Tx通道共享相同的光学路径，但具有相反的传播方向。偏振分集光学器件改变PIC与透镜之间的LIDAR光路的接收(Rx)通道和发射(Tx)通道的独立偏振状态。此外，偏振分集光学器件可能会引入发散光束(例如，PIC与透镜之间的光路)的光束波前误差(也称为像差)。像差可能会降低信号收集效率，并且使发射和接收光束的光学质量降级，从而使得更加难以在Rx通道与Tx通道之间进行区分。由此，最小化像差的、适当设计的偏振分集光学器件可以提供(分离的)Tx通道与Rx通道的改进的隔离。以此方式，高光学分辨率、高数据速率和长距离检测可以被提供。换句话说，具有分离的发射通道和接收通道的单个Tx/Rx PIC与偏振分集光学器件进行组合，以实现双基地相干LIDAR。以这种方式，具有高光学分辨率、高数据速率和长距离检测的(双基地)相干LIDAR可以用更少的零件、更容易的对齐和组装来实现。
图1图示出具有集成在其中的LIDAR系统200的交通工具600的示意图，作为示例。交通工具600可以是无人驾驶交通工具(例如，无人驾驶飞行器或无人驾驶汽车)。交通工具600可以是自主交通工具。在此，LIDAR系统200可用于控制交通工具600的行进方向。作为示例，LIDAR系统200可以被配置成用于交通工具600外部的障碍物检测。替代地或附加地，交通工具600可能要求驾驶员来控制交通工具600的行进方向。LIDAR系统200可以是驾驶助手。作为示例，LIDAR系统200可以被配置成用于障碍物检测(例如，确定交通工具600外部的障碍物(目标210)的距离和/或方向以及相对速度)。LIDAR系统200可以被配置成用于沿着一个或多个光路140-i(其中i是1与N之间的整数)从LIDAR系统200的一个或多个输出Tx发射光114，并且用于在LIDAR系统200的一个或多个光输入Rx中接收从目标210反射的光122(也参见图3和图4)。替代地，LIDAR系统200可以是光谱仪或显微镜或可以是光谱仪或显微镜的一部分。
图2图示出双基地LIDAR系统200的示意图。LIDAR系统200包括光子集成电路(PIC)100。LIDAR系统200可以进一步包括光栅结构206与LIDAR系统200的外部之间的光路中的扫描镜404。LIDAR系统200可以进一步包括光栅结构206与扫描镜404和/或LIDAR系统200的外部之间的光路中的四分之一波片(QWP)402。
透镜204可以被布置在PIC 100与光栅结构206之间，并且偏振分集光学器件300被布置在PIC 100与透镜204之间。
下文更详细地描述了偏振分集光学器件300，参见例如图5至图8B。
光栅结构206可以是透射光栅、反射光栅或棱镜。
透镜204可以是会聚透镜204、准直透镜204或发散透镜中的任一种。
光栅结构206可以被光学地布置成用于将光从PIC 100的输出Tx引导至LIDAR系统200的外部以及从LIDAR系统200的外部引导至多个光学光电检测器结构112。
使用多(multiple,M)波长激光源202和光栅结构206，对于给定的PIC 100而言，LIDAR通道的数量可以增加M倍，以实现所期望的高数量(>100)的垂直分辨率元素或像素。因此，实现了高性能的相干LIDAR系统200。
一个或多个输出Tx可以例如通过光栅结构206和/或透镜结构204沿着一个或多个光路140-N将电磁辐射(例如，紫外光、可见光、红外辐射、太赫兹辐射或微波辐射(贯穿本说明书被表示为“光”))发射到目标210的不同部分(例如，同时或随后)，如图4中所图示。以此方式，由PIC 100的输出Tx发射的光对目标210的不同部分(不是同一像素)和/或不同的目标210同时进行采样。由此，从目标210反射且由不同光路的光电检测器结构112检测到的光122包含同时与目标的不同部分(不是同一像素)和/或不同目标相关的信息。换句话说，多个光路140-N使用光栅206将光发射到空间的不同方向中。目标210将光122反射回来并且在相同的光路中接收光122直到透镜204之后，并且然后，偏振分集光学器件300沿着到Rx的不同的路径发射光122。以此方式，所发射的光与目标210的信息之间的映射可以被启用。作为示例，LIDAR系统200的采样率可以被增加，并且由此分辨率可以被增加，同时至少维持或减少噪声影响。
光子集成电路100可以包括多个光路140-N。由此，作为示例，可以提供并行操作的多个(>10个)垂直光学通道。因此，可以启用高(>1M像素/秒)的整体数据速率或有效数据速率。增加垂直分辨率元素的数量的PIC通道的数量(或通过使用更少或更小的PIC来降低成本)是容易扩展的。在硅PIC上实现的相干LIDAR将(独特地)启用由客户对自主交通工具应用所需的高性能和更低的价格。
如图2中进一步所图示，LIDAR系统200可以包括多个光源(也被表示为(相干)电磁辐射源)202，每个光源被配置成用于发射具有与其他光源202的波长/频率不同的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5/频率的电磁辐射。替代地或附加地，LIDAR系统200可以包括被配置成用于发射不同/多个波长/频率的电磁辐射的一个或多个光源。光学滤波器(例如，低通、高通、带通或陷波滤波器)可以选择单个光源的多个波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5/频率中的波长/频率。以此方式，通过在PIC 100/PIC 100的波导结构中使用空间上平行的光学通道的波长复用，缓解了由于波动的目标和TOF限制引起的不利影响，由此使得能够实现具有高光学分辨率、高数据速率和长距离检测的相干LIDAR。
在图2中进一步图示出的是从至少一个输入104到多个输出Tx的光路的分支。分支可以通过多个光学放大器108(例如，SOA)、多个分光器110和多个波导结构124(图2中的实线)来实现。
光接收输入104可以包括光学耦合器，该光学耦合器被配置成用于将半导体光子衬底外部的电磁辐射源(例如，外部电磁辐射源)的电磁辐射120与至少一个分光器光学互连。
波导结构124可以是条形线或微条形线的形式。然而，波导结构124也可以被配置为平面波导。波导结构124可以被配置成用于将从耦合到输入104的光源发射的电磁辐射引导至输出Tx。波导结构124可以由半导体光子衬底102的材料形成。波导结构124可以与彼此光学隔离。作为示例，至少一个波导结构124可以由半导体光子衬底102形成。
在图2和图3中进一步图示出的是在光路140-i中分别使用经平衡的光电检测器结构对作为光电检测器结构112。光电检测器结构112可降低电子噪声对检测到的信号的影响。在图2中进一步图示出、并且在图3中更详细地图示出的是分别使用来自分束器110的光的一部分作为光路中的光电检测器结构112的输入信号。此处，输入信号可用作本地振荡器(local oscillator,LO)以用于确定从PIC 100的Tx端口发射的光114与从光电检测器结构112处的Rx端口接收到的光122之间的差异。对于每个光路140-i，发射光114的时间波动可以在接收光122中单独地考虑，由此允许LIDAR系统200检测和辨别接收光的光学频率。
不同光路的光电检测器结构112可以彼此光学隔离和/或可以是彼此独立可寻址的。换句话说，不同光路的光电检测器结构112可被配置成用于彼此独立地检测来自PIC100外部的光。
光子集成电路100可以包括半导体光子衬底102。半导体光子衬底102可以具有在其中集成的至少一个光接收输入104和至少一个分光器106，以将在至少一个光接收输入104处接收到的光分支到例如多个光路140-N中的第一光路140-1和第二光路140-2(也参见图4)。
半导体光子衬底102可以由半导体材料(例如，硅)制成。半导体光子衬底102可以是(例如，至少用于多个光路的)共同衬底。术语“在其中集成的”可以被理解为由衬底的材料形成，并且由此，可以与其中元件在衬底的顶部上形成、被布置在衬底的顶部上或被定位在衬底的顶部上的情况不同。术语“位于……附近”可以被解释为在同一(共同的)半导体光子衬底102中形成或在同一(共同的)半导体光子衬底102上形成。
至少一个分光器106可以被配置成用于将在至少一个光接收输入104处接收到的光分支到多个光路140-N。在多个光路140-N中的每个光路中，光子集成电路100可以包括用于放大光路中的光以提供放大的光的至少一个放大器结构108。多个光路中的每个光路可以包括被配置成用于输出来自光子集成电路100的放大的光的至少一个光输出Tx。多个光路中的每个光路可以包括被配置成用于从光子集成电路100外部接收光122的至少一个光电检测器结构112。至少一个光电检测器结构112可被定位在至少一个光输出Tx附近。至少一个光电检测器结构112可被定位在至少一个光输出Tx附近(例如，被集成在共同的半导体光子衬底102中)。至少一个光输出Tx和至少一个光电检测器结构112可被布置在光子集成电路100的同一侧上。至少一个光电检测器结构112可包括光电二极管和光束组合器(也表示为光学组合器、光束组合器或光学混合器)。光束组合结构被配置成用于将至少两个单独的光束合并成单个光束。光束组合结构可包括第一输入和第二输入。
第一输入可以耦合到分光器结构，并且第二输入可以耦合到PIC 100的输入以从PIC 100外部接收光。替代地，第二输入可以耦合到PIC 100的另一光路以从PIC 100的另一光路接收光。
在平衡的光电二极管对被使用的情况下，光束组合结构的输出可以有效地被光学地拆分(例如，拆分成两个单独的光束)。
图3图示出PIC 100的一部分的示意性俯视图。说明性地，PIC 100包括具有在其中集成的多个光路140-i(其中i是1至N中的任一个并且N是表示PIC的通道数量的整数)的半导体光子衬底102。每个光路140-i包括至少一个分光器结构、光电检测器结构112、第一波导结构124-1、第二波导结构124-2和第三波导结构124-3。
说明性地，波导结构124将具有任意偏振(例如，线性偏振)的光116传送到分光器结构。分光器结构被配置成用于将在接收输入处接收到的光部分地拆分成第一线性偏振的光和第二线性偏振的光。作为示例，分光器110将第一线性偏振的光或第二线性偏振的光中的一者中的光朝向PIC 100的输出Tx进行传送，并且分光器110将具有另一线性偏振的光朝向光电检测器结构进行传送。作为示例，第一偏振可以平行于衬底102的表面被定向，并且第二偏振可以垂直于衬底102的表面被定向。然而，定向的相反情况或任何其他定向也是可能的，只要第一线性偏振和第二线性偏振彼此垂直。进一步地，在分光器结构的输入处的光116和从Tx端口输出的光可以具有相同的线性偏振，并且由此，朝向光电检测器结构的光可以具有与分光器结构的输入处的光的偏振正交的、以及与Tx端口输出的光的偏振正交的线性偏振。替代地，在分光器结构的输入处的光116和传送到光电检测器结构的光可以具有相同的线性偏振，并且由此，从Tx端口输出的光可以具有与分光器结构的输入处的光的偏振正交的、以及与传送到光电检测器结构并且由光电检测器结构接收到的光的偏振正交的线性偏振。替代地，从分光器结构接收到的光的线性偏振的定向可以与第一线性偏振的定向和第二线性偏振的定向不同。
说明性地，分光器结构可以是包括一个或多个光学组件的光学功能系统。单独的一个光学组件或者两个或更多个光学组件一起将在分光器结构的接收输入处接收到的光改变成第一光路部分和第二光路部分。第一光路部分和第二光路部分中的每一者都支持线性偏振光。然而，第一光路部分的线性偏振光与第二光路部分的光正交偏振。
作为示例，分光器结构可以包括分光器110和偏振旋转器700。分光器110和偏振旋转器700可以被配置为分离的组件。替代地，分光器110和偏振旋转器700可以(例如，基于全内反射、双折射、法拉第旋转或其组合)被集成或由单个光学组件形成。
分光器110可以被配置成用于将从至少一个光接收输入(在图3中SOA 108充当输入)接收到的光116分支到第一光路部分和第二光路部分。光接收输入(108)可以被配置成用于(至少间接地)耦合到至少一个相干电磁辐射源202。
偏振旋转器700(例如，沿着第一光路部分光学地布置在分光器110与输出Tx之间)被配置成用于在输出Tx发射光114之前将光的偏振或至少一部分从第一线性偏振转变成第二线性偏振。第二线性偏振与第一偏振正交。作为示例，偏振旋转器可以是法拉第旋转器、双折射结构或全内反射结构。偏振旋转器700可以被布置在第一波导结构124-1之前、被布置在第一波导结构124-1之后、沿着第一波导结构124-1被布置或被集成在第一波导结构124-1中。替代地或附加地，偏振旋转器700可以被布置在第二波导结构124-2之前、被布置在第二波导结构124-2之后、沿着第二波导结构124-2被布置或被集成在第二波导结构124-2中，并且由此被布置在第二光路部分中或至少部分地被布置在第二光路部分中。替代地或附加地，偏振旋转器700可以被布置在第三波导结构124-3之前、被布置在第三波导结构124-3之后、沿着第三波导结构124-3被布置或被集成在第三波导结构124-3中，并且由此被布置在第三光路部分中或至少部分地被布置在第三光路部分中。换句话说，偏振旋转器700可以被布置或被集成在光路的一个或多个光路部分中。作为示例，偏振旋转器700可以被布置在第一光路部分和第三光路部分中或在第一光路部分和第三光路部分中形成(例如，被布置在第一波导结构124-1和第三波导结构124-3之前、被布置在第一波导结构124-1和第三波导结构124-3之后、沿着第一波导结构124-1和第三波导结构124-3被布置或被集成在第一波导结构124-1和第三波导结构124-3中)。
说明性地，光电检测器结构可以是包括一个或多个光学组件的光学功能系统。单独的一个光学组件或者两个或更多个光学组件一起被配置成用于从分光器结构接收(例如，通过第二波导结构124-2的)光(也表示为第二光路部分的光)并且从PIC 100的外部接收(例如，通过第三波导结构124-3的)光(也表示为第三光路部分的光)，并且将这些光合并(也表示为组合)成单个合并的光束，或者例如在使用平衡的光电二极管对的情况下将这些光合并成具有已知相位关系的两个或更多个合并光束。第二光路部分的光和第三光路部分的光是相干的并且具有匹配的模式，并且由此可能会干涉。第三光路部分的光可能会与第二光路部分的光相关。合并的光束包括LIDAR系统的所期望的信息。合并的光束可以包括时间相关的干涉图案形式的所期望的信息。
作为示例，光电检测器结构112可以包括光束组合结构(未图示出)，该光束组合结构具有光电检测器结构112的第一输入和第二输入，该光束组合结构被配置成用于将在光电检测器结构112的第一输入处接收到的第二波导结构124-2的光和在光电检测器结构112的第二输入处接收到的第三波导结构124-3的光合并成单个合并的光束。第二波导结构124-2中的光和第三波导结构124-3中的光可以是相干的并且具有匹配的模式，并且由此可能会在光束组合结构中彼此干涉。以此方式，耦合到光束组合结构的光电检测器结构112的光电二极管可以确定与干涉信号相对应的信号。干涉信号可以包括与经扫描的目标210(参见图1)的结构相对应的时间相关的强度波动。替代地，多个光路中的另一光路可以在光电检测器结构的第二输入处提供光。
第一光路部分可以进一步包括第一波导结构124-1和PIC 100的输出Tx。第一波导结构124-1可以被配置成用于引导第一线性偏振的光。PIC 100的输出Tx(也表示为Tx)可以被配置成用于将光发射到PIC 100的外部。
第二光路部分可以进一步包括第二波导结构124-2和光电检测器结构112。第二波导结构124-2可以被配置成用于引导第二线性偏振的光。作为示例，第二波导结构124-2将分光器结构的分光器110与光电检测器结构112的第一输入光学耦合。以此方式，来自分光器110的光可以充当用于光电检测器结构112的本地振荡器(LO)信号。
光电检测器结构112可以进一步包括被配置成用于(例如，从PIC 100的外部)接收具有第二线性偏振的光的第二输入。
每个光路140-i可以进一步包括第三光路部分。第三光路部分可以进一步包括PIC100的输入、以及第三波导结构124-3，其中输入被配置成用于从PIC 100的外部接收光，并且其中第三波导结构124-3被配置成用于引导第二线性偏振的光。第三波导结构124-3将第三光路部分的输入与光电检测器结构112的第二输入光学耦合。替代地或附加地，光电检测器结构112可以包括光束组合结构(未图示出)，该光束组合结构具有光电检测器结构112的第一输入和第二输入，该光束组合结构被配置成用于将在光电检测器结构112的第一输入处接收到的第二波导结构124-2的光和在光电检测器结构112的第二输入处接收到的第三波导结构124-3的光合并成单个光束。第二波导结构124-2中的光和第三波导结构124-3中的光可以是相干的并且由此可能会在光束组合结构中彼此干涉。以此方式，光电检测器结构112的光电二极管可以确定与干涉信号相对应的信号。
作为示例，第一波导结构124-1可以被配置成具有与第一波导结构124-1中的光的传播方向垂直的第一纵横比，例如，第一波导结构124-1可以具有比高度更大的宽度。第二波导结构124-2可以被配置成具有与第二波导结构124-2中的光的传播方向垂直的第二纵横比。第二纵横比可以与第一纵横比大约相反，例如，第二波导结构124-2可以具有比宽度更大的高度。
图4图示出LIDAR系统200的示意性俯视图。LIDAR系统200包括PIC 100和至少一个电磁辐射源202，该至少一个电磁辐射源202耦合到至少一个光接收输入104并且被配置成用于发射相干电磁辐射λ1、λ2、λ3、λ4、λ5。透镜204可以被光学地布置成用于将光114从PIC100的输出(TX)引导至LIDAR系统200的外部，如图1中所图示。偏振分集光学器件300可以光学地布置在PIC 100与透镜204之间。偏振分集光学器件300可以被配置成用于将偏振沿光路从第一线性偏振转变成第二线性偏振，如图5至图8B中进一步详细图示。
作为示例，偏振分集光学器件300可以包括偏振光束位移器302和法拉第旋转器304。偏振光束位移器302可以包括双折射晶体，该双折射晶体以其光学轴线相对于传入光路的光学轴线倾斜地被布置。通过这样做，耦合效率可以被增加并且像差可以被减少。作为示例，偏振光束位移器302的光学轴线可以被布置成相对于传入光路的光学轴线成低于10°而不是默认值45°的角度。然而，具体的倾斜角取决于沿光路的其他光学组件的光学特性。倾斜角可以通过数值方法来确定。
偏振分集光学器件300可以进一步包括四分之一波片或半波片306。偏振分集光学器件300可以进一步包括双折射板308。偏振分集光学器件300可以进一步包括位移结构(例如，沿着光路的凹部308或突出部)，该位移结构被配置成用于关于将光发射到PIC 100外部的输出而在空间上对用于从PIC 100的外部接收光的输入进行位移。以此方式，光学路径长度差异可以被调节或被考虑。
电磁辐射源202被配置成用于作为连续波激光器和/或脉冲激光器进行操作。
进一步地，光栅结构206可以被光学地布置成用于将光从透镜204引导至LIDAR系统200的外部。扫描镜404可以被布置在光栅结构206与LIDAR系统200外部之间的光路中。扫描镜404可以被配置成可移动的以用于扫描LIDAR系统200的环境。替代地或附加地，光栅结构206可以被配置成可移动的反射光栅。
进一步地，四分之一波片402或半波片可以被布置在光栅结构206与扫描镜之间的光路中。
LIDAR系统200可以进一步包括控制器。控制器可以被配置成用于控制电磁辐射源202将第一电磁辐射通过PIC 100的第一光路发射到LIDAR系统200的外部，并且将第二电磁辐射通过PIC 100的第二光路发射到LIDAR系统200的外部，并且用于控制第一光电检测器结构112检测从LIDAR系统200的外部通过PIC 100的第一光路的第三光路部分接收到的第一接收电磁辐射，并且用于控制第二光电检测器结构112检测从LIDAR系统200的外部通过PIC 100的第二光路的第三光路部分的第二电磁辐射。
作为示例，LIDAR系统200可包括被布置在光栅结构206与光子集成电路100之间的光路中的透镜204。透镜204可以被配置成用于通过光栅结构206将光子集成电路100的多个光路140-N的光引导至LIDAR系统200的外部的不同方向中。换句话说，透镜204可以被配置成和/或可以被提供成使得来自多个光路140-N的输出Tx的光在(平面)光栅结构206上具有不同的倾斜角度。然而，单个光学元件可以集成透镜204的功能和光栅结构206的功能。光栅结构206可以被配置成用于以第一角度引导或重定向第一波长的电磁辐射以及以第二角度引导或重定向第二波长的电磁辐射。由此，取决于光的波长(频率)，光可以在空间中以不同的方向被发射。不同波长的光可以同时被发射(例如，光路可以被复用)或者随后被发射。作为示例，第二波长λ2的光可以在等待要在光电检测器结构112处被接收的第一波长λ1的光的同时的时间段中被发射。以此方式，对目标或自由空间的不同部分进行扫描、感测或采样可以同时被实现，并且由此LIDAR系统200的分辨率可以被提高。
图5至图8B图示出相干双基地LIDAR系统200(例如，如图1至图4中所图示)的偏振分集光学器件300。进一步地，图5至图8A图示出偏振分集光学器件300的示意性俯视图，并且图8B图示出图8A中图示出的偏振分集光学器件300的侧视图。
所图示的偏振分集光学器件300的Tx通道和Rx通道可以包括偏振光束位移器(polarizing beam displacer,PBD)302、法拉第旋转器(Faraday Rotator,FR)304、半波片(Half Wave Plate,HWP)306、四分之一波片(QWP)、双折射板308和/或凹部310以改变焦平面。这些光学组件302、304、306、310可以被光学地布置在输出Tx与透镜204之间(参见图2)。进一步所图示的是沿着光路的电磁辐射的偏振方向。
PBD 302、FR 304、HWP 306和/或双折射板308可以被配置成商业上可获得的光学组件。然而，光学组件可以被光学地布置成使得耦合效率最大化。作为示例，光学轴线可以关于中心轴线倾斜。
法拉第旋转器(FR)306不会改变原生线性偏振，例如，不会将线性偏振改变为圆偏振。然而，FR 304可能会引入45度偏振阻滞。FR 304可以贯穿光路140-1实现单个线性偏振。目标210倾向于反射线性偏振，并且由此，FR 304可以改进在光电检测器结构112处接收到的信号。
与HWP 306耦合的FR 304可能会引起到正交偏振的完全转变(由光路140-i右端处的箭头所图示)。以此方式，Tx通道和Rx通道的分离被实现。换句话说，Tx通道和Rx通道的分离可以由FR 304实现。FR 304引入45度旋转。在没有HWP 306的情况下也会发生偏振旋转。HWP 306允许控制被输出到透镜204或Rx端口的偏振状态。由140-i右端处的箭头所示出的偏振状态对于光栅206的设计可能是有利的。
进一步地，以此方式，PIC通道的数量可以被增加，并且由此垂直分辨率元件的数量可以被增加。替代地，使用更少或更小的、但具有与现有技术的PIC相当的垂直分辨率的PIC，并且以此方式，每个PIC的成本可以被减少。
由凹部310和/或双折射板308形成的不同焦平面(凹入)处的TX/RX端口的PBD 302光学轴线定向和放置(例如，空间位置)可以针对由PBD 302引入的Rx通道和Tx通道的像差和不同光路进行补偿。
对于给定的PIC 100，LIDAR通道的数量可以增加M倍以通过使用多(M)波长激光源和衍射光栅206(参见图2至图4)以及单基地Tx/Rx PIC 100来实现期望的大量(>100)垂直分辨率元件或像素，如图3所示。然而，现有技术的单基地Tx/Rx PIC可能会受到光路140-i的(共享的)Tx和Rx光路部分的较大干扰和较低隔离，并且由此会比如图5至图8B中所图示的双基地LIDAR具有降低的LIDAR性能，其中Tx和Rx光路是分离的。
当使用线偏振光而不是圆偏振光来询问场景(例如，图1中所图示)时，如图5至图8B中所图示的双基地相干LIDAR系统潜在地示出优越的性能。通过将FR 304并入输出Tx与透镜302(参见图2或图4)之间的光路140-i(也表示为光学路径或光具组)中，线性偏振可以在各个方面中被实现。
如果FR 304用在PIC 100与光栅206之间(参见图2或图4)，则光栅206支持单个可用偏振可能是足够的。由此，可以针对单个偏振来设计更高性能的光栅206。
以此方式，Tx路径和Rx路径的光学隔离可以被增加，并且沿Tx路径的相干光与沿Rx路径的相干光的干扰可以被减少。同时，可以维持高耦合效率，并且因此可以实现具有高光学分辨率、高数据速率和远距离检测能力的高性能相干LIDAR。
说明性地，如图2中所图示的双基地单个PIC 100可以通过将光路140-i的Tx通道和Rx通道至少分段地拆分成分离的光学路径(也表示为光学电路)、以及添加偏振分集光学器件来实现。作为示例，来自PIC的Tx通道的线性偏振光被传送通过PBD 302和FR 304(例如，偏振分集光学器件300)、准直透镜204、衍射光栅206和光束转向光学器件(例如，扫描镜404)，并且最终到目标210(也参见图1和图2)。
当从目标210散射时，光束转向光学器件404、衍射光栅206和准直透镜204收集返回光122(也表示为从目标210反射的光122或沿Rx通道的光)。光束转向光学器件404、衍射光栅206和准直透镜204将光122指引回到偏振分集光学器件300中。偏振分集光学器件300旋转光的偏振并在空间上对返回光束122进行位移，以及将返回光束122例如通过第三波导结构部分124-3聚焦到PIC 100的Rx通道中(例如，聚焦到光电检测器结构112上)。
详细地，图5示出了合并PBD 302和FR 304的偏振分集光学器件300的示例。然而，对沿Tx路径和Rx路径的光应用不同偏振变换的其他配置(诸如四分之一波片(QWP))也可能适合作为偏振分集光学器件。对于沿Tx路径和Rx路径的光的偏振状态，通过偏振分集光学器件300的光学路径长度可能不同，并且因此聚焦误差可能会发生。如图6中所图示，双折射板308可以补偿该光学路径长度差。替代地或附加地，如图7中所图示的凹部310、或突出部(未图示出)可以补偿光学路径长度差。凹部310可以是关于光电检测器结构112的第一输入和第二输入沿光路140-i在Rx端口与Tx端口之间的空间位移。
除了由于两个偏振的不同焦点位置导致的聚焦误差之外，偏振分集光学器件300还可以在发散/聚焦光束的路径中添加显著的路径长度，并且可以引入Rx/Tx发散/聚焦光束的光学像差。这些像差可能包括球面像差、像散、彗差等。利用偏振分集光学器件300，沿着Tx路径的光114会具有第一像差，并且沿着Rx路径的光122会具有与第一像差不同的第二像差。说明性地，偏振分集光学器件300可以被配置成用于最小化第一像差与第二像差之间的差(也表示为像差差)。以此方式，从PIC 100的Tx端口到目标210以及从目标210到PIC100的Rx端口的光电检测器结构112的光束组合器的第一输入和第二输入处的光的耦合效率被优化。作为示例，如上文所提及，优化PBD 302的光学轴线减少了这些像差差并改进了耦合效率。
图8A示出了另一方面的俯视图，并且图8B示出了图8A的侧视图，其中移位光束中的有意像散(例如，不同偏振轴线中的不同焦点)被用于针对由PBD 302引起的像散像差进行补偿。替代地或附加地，PBD 302可以将晶体光学轴线旋转到最佳角度以最小化添加的光学像差，并且以此方式可以优化耦合效率。
对于一个或多个方面而言，前述图中的一个或多个图中所阐述的组件中的至少一个组件可以被配置成用于执行下面的示例部分中所阐述的一个或多个操作、技术、过程和/或方法。
示例
本文中阐述的示例是说明性的且不是穷尽性的。
示例1可以是光子集成电路，该光子集成电路可以包括半导体光子衬底，该半导体光子衬底具有在其中集成的多个光路。每个光路可以包括分光器结构，该分光器结构被配置成用于将接收到的相干光分支到第一光路部分和第二光路部分。分光器结构可以被配置成用于将接收到的相干光的至少一部分的偏振转变成第一线性偏振的光和与第一偏振正交的第二线性偏振的光。第一光路部分可以包括第一波导结构，该第一波导结构被配置成用于将第一线性偏振的光从分光器结构引导到光子集成电路的输出、到光子集成电路的外部。第二光路部分可以包括第二波导结构和光电检测器结构，该第二波导结构被配置成用于将第二线性偏振的光从分光器结构引导至光电检测器结构的第一输入中，其中光电检测器结构被配置成用于经由光电检测器结构的第二输入从光子集成电路的光路外部接收具有第二线性偏振的光，光电检测器结构进一步被配置成用于确定在第一输入处接收到的光与在第二输入处接收到的光的干涉信号。
作为示例，光子集成电路(PIC)可以包括半导体光子衬底，该半导体光子衬底具有在其中集成的多个光路，每个光路可以包括分光器结构。分光器结构被配置成用于将从至少一个光接收输入接收到的光分支到第一光路部分和第二光路部分。光接收输入可以被配置成用于耦合到至少一个相干电磁辐射源。分光器结构可以被配置成用于将在接收输入处接收到的光的至少一部分的偏振转变成第一线性偏振的光和可以与第一偏振正交的第二线性偏振的光。第一光路部分可以包括第一波导结构和PIC的输出。第一波导结构可以被配置成用于将第一线性偏振的光从分光器结构引导至PIC的输出，并且其中PIC的输出可以被配置成用于将第一线性偏振的光发射到PIC的外部。第二光路部分可以包括第二波导结构和光电检测器结构。光电检测器结构可以包括分别被配置成用于接收具有第二线性偏振的光的第一输入和第二输入。第二波导结构可以被配置成用于引导第二线性偏振的光并且可以被配置成用于将分光器结构与光电检测器结构的第一输入光学耦合。光电检测器结构可以被配置成用于确定在光电检测器结构的第一输入处接收到的光与在光电检测器结构的第二输入处接收到的光的干涉信号。说明性地，光电检测器混合相同偏振的光。偏振旋转器可以被光学地布置在光电检测器结构的前面，以在光束组合结构的第一输入和第二输入处提供光，使得光束组合结构处的光具有相同的偏振方向。
在示例2中，示例1的主题可以可选地包括：光电检测器结构可包括光束组合器和光电二极管，光束组合器被配置成用于将在第一输入处接收到的光与在第二输入处接收到的光进行组合，并且用于将所组合的光提供到光电二极管。作为示例，光电检测器结构可包括光束组合器和光电二极管。光束组合器可包括第一输入、第二输入以及耦合到第一输入和第二输入的输出。输出可以耦合到光电二极管。
在示例3中，示例1或示例2的主题可以可选地包括：分光器结构可包括分光器和光束偏振旋转器，分光器耦合接收输入、第一波导结构和第二波导结构；偏振旋转器光学耦合到第一波导结构或集成在第一波导结构中。作为示例，分光器结构可包括分光器和光束偏振旋转器。分光器可以耦合到接收输入、第一波导结构和第二波导结构。偏振旋转器可以光学地耦合到第一波导结构或集成在第一波导结构中。
在示例4中，示例1至3中的任一项的主题可以可选地包括：每个光路可以进一步包括第三光路部分，该第三光路部分被配置成用于将第二线性偏振的光从光子集成电路的外部引导至第二输入。作为示例，每个光路可以进一步包括第三光路部分。第三光路部分可以包括PIC的输入、以及第三波导结构。输入可以被配置成用于从PIC的外部接收光，并且其中第三波导结构可以被配置成用于引导第二线性偏振的光。第三波导结构将第三光路部分的输入与光电检测器结构的第二输入光学耦合。
在示例5中，示例1至4中的任一项的主题可以可选地包括：第一波导结构可以包括第一纵横比。第二波导结构可包括可与第一纵横比大致相反的第二纵横比。作为示例，第一波导结构可以被配置成具有与在第一波导结构中的光的传播方向垂直的第一纵横比，并且其中第二波导结构可以被配置成具有与在第二波导结构中的光的传播方向垂直的第二纵横比。第二纵横比可以与第一纵横比大约相反。以此方式，第一波导和第二波导被配置成用于支持不同模式的引导光。说明性地，第一波导结构可以具有与传播方向垂直的横截面，该横截面具有比它的高度更大的宽度(第一纵横比)，其中传播方向与该横截面垂直。第二波导结构可以具有与传播方向垂直的横截面，该横截面具有比它的宽度更大的高度(第二纵横比)，其中传播方向与该横截面垂直。然而，第一纵横比和第二纵横比可以取决于要由第一波导结构和第二波导结构引导的光的特定偏振。
在示例6中，示例1至5中的任一项的主题可以可选地包括：半导体光子衬底由半导体材料制成。
示例7是可以包括可包含示例1至6中的任一项的PIC的LIDAR系统。每个光路可以进一步包括第三光路部分，该第三光路部分被配置成用于将第二线性偏振的光从光子集成电路的外部引导至第二输入。光检测和测距系统可以进一步包括：至少一个相干电磁辐射源，该至少一个相干电磁辐射源耦合到光接收输入；透镜，该透镜用于将光从光子集成电路的输出引导至光检测和测距系统的外部；以及光子集成电路与透镜之间的偏振分集光学器件，该偏振分集光学器件被配置成用于将光的偏振从第一线性偏振转变成第二线性偏振。作为示例，PIC可以包括第三光路部分。第三光路部分可以包括PIC的输入、以及第三波导结构。输入可以被配置成用于从PIC的外部接收光，并且其中第三波导结构可以被配置成用于引导第二线性偏振的光。第三波导结构将第三光路部分的输入与光电检测器结构的第二输入光学耦合。LIDAR系统可以进一步包括：至少一个电磁辐射源，该至少一个电磁辐射源耦合到PIC的至少一个光接收输入并且被配置成用于发射相干电磁辐射；透镜，该透镜被光学地布置成用于将光从PIC的输出引导至LIDAR系统的外部；以及光学地布置在PIC与透镜之间的偏振分集光学器件。偏振分集光学器件可以被配置成用于将光的偏振从第一线性偏振转变成第二线性偏振。
在示例8中，示例7的主题可以可选地包括：偏振分集光学器件可被配置成用于将从PIC的第一光路部分的输出发射的光的第一线性偏振转变成从PIC的第三光路部分的输入接收到的第二线性偏振。
在示例9中，示例7或8中的任一项的主题可以可选地包括：偏振分集光学器件可包括偏振光束位移器。
在示例10中，示例7至9中的任一项的主题可以可选地包括：偏振光束位移器的光学轴线可以关于光路的光学中心倾斜。
在示例11中，示例7至10中的任一项的主题可以可选地包括：偏振分集光学器件可包括法拉第旋转器、和四分之一波片或半波片。
在示例12中，示例7至11中的任一项的主题可以可选地包括：偏振分集光学器件可包括双折射板。
在示例13中，示例7至12中的任一项的主题可以可选地包括：偏振分集光学器件可以包括位移结构，该位移结构被配置成用于关于第一光路部分的输出在空间上对第三光路部分的输入进行位移。
在示例14中，示例7至13中的任一项的主题可以可选地包括：电磁辐射源可以被配置成作为连续波激光器和/或脉冲激光器进行操作。
在示例15中，示例7至15中的任一项的主题可以可选地包括：LIDAR系统可以进一步包括光栅结构，该光栅结构被配置成用于将光从透镜引导至光检测和测距系统的外部，其中，该光栅结构可以是衍射光栅或反射光栅。作为示例，光栅结构可以被光学地布置成用于将光从透镜引导至LIDAR系统的外部。光栅结构可以是衍射光栅或反射光栅。
在示例16中，示例15的主题可以可选地包括：光栅结构可以被配置成可移动的反射光栅。
在示例17中，示例7至16中的任一项的主题可以可选地包括：LIDAR系统可以进一步包括扫描镜，该扫描镜被布置成用于将光从透镜引导至LIDAR系统的外部。
在示例18中，示例17的任一项的主题可以可选地包括：扫描镜可以被配置成可移动的。
在示例19中，示例7至18中的任一项的主题可以可选地包括：LIDAR系统可以进一步包括光栅结构与扫描镜之间的光路中的四分之一波片。
在示例20中，示例7至19中的任一项的主题可以可选地包括：LIDAR系统可以进一步包括控制器，该控制器被配置成用于控制电磁辐射源以：将第一电磁辐射通过PIC的第一光路发射到LIDAR系统的外部，并且将第二电磁辐射通过PIC的第二光路发射到LIDAR系统的外部；以及用于控制第一光电检测器结构检测来自LIDAR系统外部的、通过PIC的第一光路的第三光路部分接收到的第一接收到的电磁辐射，以及用于控制第二光电检测器结构检测来自LIDAR系统外部的、通过PIC的第二光路的第三光路部分的第二电磁辐射。
示例21是一种交通工具，该交通工具包括LIDAR系统，该LIDAR系统可以包括示例7至20中的任一项的主题。
除非以其他方式明确陈述，否则上述示例中的任一示例可与任何其他示例(或示例的组合)进行组合。一个或多个实现方式的前述描述提供了说明和描述，但并不旨在是穷举的且不旨在将各方面的范围限制于所公开的精确形式。根据以上教导，修改和变型是可能的，或者可从各方面的实施获取。除非以其他方式明确陈述，否则上述示例中的任一示例可与任何其他示例(或示例的组合)进行组合。一个或多个实现方式的前述描述提供了说明和描述，但并不旨在是穷举的且不旨在将各方面的范围限制于所公开的精确形式。根据以上教导，修改和变型是可能的，或者可从各方面的实施获取。
尽管已经参照具体方面具体地示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，可对本发明作出形式上和细节上的各种变化而不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围由所附权利要求表示并且因此旨在涵盖落在权利要求的等效含义和范围内的所有变化。

Claims (23)

1.一种光子集成电路，包括：
半导体光子衬底，所述半导体光子衬底具有在其中集成的多个光路，每个光路包括：
分光器结构，所述分光器结构被配置成用于将接收到的相干光分支到第一光路部分和第二光路部分，以及
其中，所述分光器结构被配置成用于将所述接收到的相干光的至少一部分的偏振转变成第一线性偏振的光和与第一偏振正交的第二线性偏振的光；
其中，所述第一光路部分包括第一波导结构，所述第一波导结构被配置成用于将所述第一线性偏振的光从所述分光器结构引导到所述光子集成电路的输出、到所述光子集成电路的外部；
其中，所述第二光路部分包括第二波导结构和光电检测器结构，所述第二波导结构被配置成用于将所述第二线性偏振的光从所述分光器结构引导至所述光电检测器结构的第一输入中，其中所述光电检测器结构被配置成用于经由所述光电检测器结构的第二输入从所述光子集成电路的光路外部接收具有所述第二线性偏振的光，所述光电检测器结构进一步被配置成用于确定在所述第一输入处接收到的光与在所述第二输入处接收到的光的干涉信号。
2.根据权利要求1所述的光子集成电路，
其中，所述光电检测器结构包括光束组合器和光电二极管，所述光束组合器被配置成用于将在所述第一输入处接收到的光与在所述第二输入处接收到的光进行组合，并且用于将所组合的光提供到所述光电二极管。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光子集成电路，
其中，所述分光器结构包括分光器和光束偏振旋转器，所述分光器耦合所述接收输入、所述第一波导结构和所述第二波导结构；所述偏振旋转器光学耦合到所述第一波导结构或集成在所述第一波导结构中。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光子集成电路，
每个光路进一步包括第三光路部分，所述第三光路部分被配置成用于将所述第二线性偏振的光从所述光子集成电路的外部引导至所述第二输入。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光子集成电路，
所述第一波导结构包括第一纵横比；
所述第二波导结构包括与所述第一纵横比大致相反的第二纵横比。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光子集成电路，
其中，所述半导体光子衬底由半导体材料制成。
7.一种光检测和测距系统，包括：
光子集成电路，所述光子集成电路包括半导体光子衬底，所述半导体光子衬底具有在其中集成的多个光路，每个光路包括：
分光器结构，所述分光器结构被配置成用于将接收到的相干光分支到第一光路部分和第二光路部分，以及
其中，所述分光器结构被配置成用于将所述接收到的相干光的至少一部分的偏振转变成第一线性偏振的光和与第一偏振正交的第二线性偏振的光；
其中，所述第一光路部分包括第一波导结构，所述第一波导结构被配置成用于将所述第一线性偏振的光从所述分光器结构引导到所述光子集成电路的输出、到所述光子集成电路的外部；
其中，所述第二光路部分包括第二波导结构和光电检测器结构，所述第二波导结构被配置成用于将所述第二线性偏振的光从所述分光器结构引导至所述光电检测器结构的第一输入中，其中所述光电检测器结构被配置成用于经由所述光电检测器结构的第二输入从所述光子集成电路的光路外部接收具有所述第二线性偏振的光，所述光电检测器结构进一步被配置成用于确定在所述第一输入处接收到的光与在所述第二输入处接收到的光的干涉信号；
每个光路进一步包括第三光路部分，所述第三光路部分被配置成用于将所述第二线性偏振的光从所述光子集成电路的外部引导至所述第二输入；
所述光检测和测距系统进一步包括：
至少一个相干电磁辐射源，所述至少一个相干电磁辐射源耦合到所述光接收输入；
透镜，所述透镜用于将光从所述光子集成电路的所述输出引导至所述光检测和测距系统的外部；以及
所述光子集成电路与所述透镜之间的偏振分集光学器件，所述偏振分集光学器件被配置成用于将光的偏振从所述第一线性偏振转变成所述第二线性偏振。
8.根据权利要求7所述的光检测和测距系统，
所述偏振分集光学器件被配置成用于将从所述光子集成电路的所述第一光路部分的输出发射的光的所述第一线性偏振转变成从所述光子集成电路的所述第三光路部分的输入接收到的所述第二线性偏振。
9.根据权利要求7或8所述的光检测和测距系统，
其中，所述偏振分集光学器件包括偏振光束位移器。
10.根据权利要求9所述的光检测和测距系统，
其中，所述偏振光束位移器的光学轴线关于光路的光学中心倾斜。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的光检测和测距系统，
其中，所述偏振分集光学器件包括法拉第旋转器、和半波片或四分之一波片。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的光检测和测距系统，
其中，所述偏振分集光学器件包括双折射板。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的光检测和测距系统，
其中，所述偏振分集光学器件包括位移结构，所述位移结构被配置成用于关于所述第一光路部分的输出在空间上对所述第三光路部分的输入进行位移。
14.根据权利要求7至13中的任一项所述的光检测和测距系统，
所述第一波导结构包括第一纵横比；
所述第二波导结构包括与所述第一纵横比大致相反的第二纵横比。
15.根据权利要求7至14中的任一项所述的光检测和测距系统，
所述电磁辐射源作为连续波激光器和/或脉冲激光器。
16.根据权利要求7至15中的任一项所述的光检测和测距系统，进一步包括：
光栅结构，所述光栅结构被配置成用于将光从透镜引导至所述光检测和测距系统的外部，其中，所述光栅结构是衍射光栅或反射光栅。
17.根据权利要求16所述的光检测和测距系统，
其中，所述光栅结构被配置成可移动的反射光栅。
18.根据权利要求7至17中的任一项所述的光检测和测距系统，进一步包括：
扫描镜，所述扫描镜被布置成用于将光从透镜引导至所述光检测和测距系统的外部。
19.根据权利要求18所述的光检测和测距系统，
其中，所述扫描镜被配置成可移动的。
20.根据权利要求7至19中的任一项所述的光检测和测距系统，进一步包括：
所述光栅结构与所述扫描镜之间的光路中的四分之一波片。
21.根据权利要求7至20中的任一项所述的光检测和测距系统，进一步包括控制器，所述控制器被配置成用于控制所述电磁辐射源以：
将第一电磁辐射通过所述光子集成电路的第一光路发射到所述光检测和测距系统的外部，并且将第二电磁辐射通过所述光子集成电路的第二光路发射到所述光检测和测距系统的外部；以及
用于控制第一光电检测器结构检测来自所述光检测和测距系统的外部的、通过所述光子集成电路的所述第一光路的第三光路部分接收到的第一接收到的电磁辐射，以及
用于控制第二光电检测器结构检测来自所述光检测和测距系统的外部的、通过所述光子集成电路的所述第二光路的第三光路部分的第二电磁辐射。
22.一种交通工具，所述交通工具包括光检测和测距系统，
所述光检测和测距系统包括：
半导体光子衬底，所述半导体光子衬底具有在其中集成的多个光路，每个光路包括：
分光器结构，所述分光器结构被配置成用于将接收到的相干光分支到第一光路部分和第二光路部分，以及
其中，所述分光器结构被配置成用于将所述接收到的相干光的至少一部分的偏振转变成第一线性偏振的光和与第一偏振正交的第二线性偏振的光；
其中，所述第一光路部分包括第一波导结构，所述第一波导结构被配置成用于将所述第一线性偏振的光从所述分光器结构引导到所述光子集成电路的输出、到所述光子集成电路的外部；
其中，所述第二光路部分包括第二波导结构和光电检测器结构，所述第二波导结构被配置成用于将所述第二线性偏振的光从所述分光器结构引导至所述光电检测器结构的第一输入中，其中所述光电检测器结构被配置成用于经由所述光电检测器结构的第二输入从所述光子集成电路的光路外部接收具有所述第二线性偏振的光，所述光电检测器结构进一步被配置成用于确定在所述第一输入处接收到的光与在所述第二输入处接收到的光的干涉信号；
每个光路进一步包括第三光路部分，所述第三光路部分被配置成用于将所述第二线性偏振的光从所述光子集成电路的外部引导至所述第二输入；
所述光检测和测距系统进一步包括：
至少一个相干电磁辐射源，所述至少一个相干电磁辐射源耦合到所述光接收输入；
透镜，所述透镜用于将光从所述光子集成电路的所述输出引导至所述光检测和测距系统的外部；以及
所述光子集成电路与所述透镜之间的偏振分集光学器件，所述偏振分集光学器件被配置成用于将光的偏振从所述第一线性偏振转变成所述第二线性偏振。
23.根据权利要求22所述的交通工具，
其中，所述光检测和测距系统被配置成用于所述交通工具外部的障碍物检测。
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