CN117178201A - 包括喇叭形激光源的具有相控阵天线的光电发射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有相控阵天线的光电发射器(1)，其包括：包含喇叭形激光源(12)的激光芯片(10)；以及包含布置在N个臂部(23)中的移相器(24)和基础发射器(25)的光子芯片(20)。光子芯片(20)包括确保所述喇叭形激光源(12)与所述臂部(23)之间的光学耦合的耦合器(30)，所述耦合器(30)具有布置为面向所述喇叭形激光源(12)的发射表面(16)的收集输入端(31)，和包括耦合到所述光电发射器的N个臂部且取向为使得其纵向轴线线在位置Zl处相交的N个直波导(34、35)的传输输出端(32)。
Description
技术领域
本发明的领域是片上光子电路的领域，更具体地说，是实现于至少一个光子芯片上的具有相控阵天线的光电发射器的领域。本发明尤其应用于LIDAR(光检测和测距)领域。
背景技术
具有相控阵天线(Optical Phased Array，OPA)的光电发射器是允许将单色光束定向地发射到自由空间的光电设备。它们尤其应用于通过激光来进行光检测和测距(LIDAR)的领域，但也应用于自由空间中的光学通信、全息屏幕和医学成像领域。
图1A示意性地示出这样的光电发射器1的运作原理。激光源3发射光学信号，该光学信号由功率分配器4分配到光电发射器1的N个臂部5中。每个臂部5包括一个移相器6和一个也称作光学天线的基础发射器7。每个基础发射器7例如通过衍射，将光线信号发射到自由空间，光学信号然后通过相干来组合，以形成光束。这呈现了尤其是根据由移相器施加给在臂部中传播的光学信号的相对相位所确定的远场发射图。
这样的光电发射器可由集成光子件形成，即其各个光学构件(波导、功率分配器、基础发射器等)在相同的光子芯片上并基于该相同的光子芯片实现。
在这方面，图1B示意性地并局部地示出在Hulme等人的文章，题为“Fullyintegrated hybrid silicon two dimensional beam scanner”,Opt.Express23(5),5861-5874(2015)中所述的这样的光电发射器1的一个示例。该光电发射器1包括在此为III-V类型并实现于相同光子芯片上的激光源3，它因此包括半导体激光源3、功率分配器4、移相器6和基础发射器7。在该示例中，通过在光子芯片(SOI类型的)上添置III-V材料，接着对其结构化以形成增益介质来实现激光源3。
然而，存在对包括高功率激光源的这样的光电发射器的需求。实际上，尤其是在估计距离的方面(LIDAR应用)，由场景反向散射的信号的光学功率仅是所发射的光学信号的光学功率的一小部分。为了检测远的物体，使用高功率的激光源则可能会是必需的。而在激光源的光腔的小尺寸的波导中生成高光学功率的光束会导致增益饱和，甚至导致增益介质受损。此外，虽然使用具有非常大的光腔的激光源会导致生成确定的高功率光束，但其质量平庸，这是因为光腔中的波导则不再会是单模的。
此外，文献US2018/0217472A1和Guo等人的题为“InP Photonic IntegratedCircuit with on-chip Tunable Laser Source for 2D Optical Beam Steering”，Optical Fiber Communication Conference/National Fiber Optic EngineersConference 2013,OSA Technical Digest(online)(Optical Society of America,2013),paper OTh3I.7，的文章描述了这样的光电发射器的示例，其包括耦合到光子芯片的激光芯片。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地弥补现有技术的缺陷，更具体地说，在于提出一种片上的具有相控阵天线的光电发射器，其包括能够发射高功率且质量良好的光学信号的激光源，该激光源则有效地光学耦合到基础发射器阵列。
为此，本发明的主题在于一种具有相控阵天线的光电发射器，其包括：光子芯片，该光子芯片包括形成光电发射器的臂部的N个波导，其中N>1；以及，布置在臂部中的多个移相器和多个基础发射器。
根据本发明，该光电发射器包括与光子芯片分开的并以共面的方式接合到光子芯片的激光芯片，该激光芯片包括喇叭形激光源。喇叭形激光源在主平面中由单模直部段和喇叭形部段形成，该喇叭形部段在主平面中呈喇叭形，沿着光轴Δ延伸并终止于光学信号发射表面。而且，喇叭形激光源设置为发射光学信号，其波前在主平面中为圆形且以光轴Δ上的位于喇叭形部段中的位置Zl为中心。
而且，根据本发明，光子芯片包括耦合器，其确保与喇叭形激光源的光学耦合，以收集并传输所发射的光学信号的至少一部分，并且包括：布置为面向喇叭形激光源的发射表面的收集输入端；以及包括N个直波导的传输输出端，所述N个直波导耦合到光电发射器的N个臂部且取向为使得其纵向轴线在位置Zl处相交。
该光电发射器的一些优选但非选择性的方面如下：
N个直波导中的每个都可具有朝向收集输入端取向的上游端部和相对的下游端部。下游端部可限定耦合器的传输输出端，并可以横向地设置为呈圆弧形，所述圆弧的半径中心位于位置Zl处。
耦合器可以是星形耦合器，其包括：由具有均匀折射率的介质制成的自由传播区域，其具有形成收集输入端且耦合到喇叭形激光源的发射表面的入射面，和呈圆弧形的出射面，所述出射面的圆弧半径中心位于位置Zl处；直波导是输出波导，输出波导的每个一方面连接到出射面，另一方面连接到N个臂部，并且是直的且朝位置Zl纵向地取向，输出波导的下游端部横向地沿着形成传输输出端的线设置，所述传输输出端呈圆弧形，所述圆弧形的圆弧半径中心处于位置Zl处。
输出波导可以是锥形波导，并具有从自由传播区域的出射面起减小的宽度。
直波导可以是直线锥形波导，其纵向地朝位置Zl取向并且横向地设置为使得其上游端部沿着形成收集输入端的线布置且其下游端部沿着形成传输输出端的线布置。收集输入端和传输输出端呈圆弧形，所述圆弧形的圆弧半径中心位于位置Zl处。
光子芯片可以沿着光轴Δ与激光芯片间隔小于或等于1μm的值。它们可通过粘合层彼此接合。
臂部可以是直的且相互平行，并通过具有不同长度的连接部分连接到传输输出端。
光子芯片可以由SOI衬底形成。
附图说明
阅读以下对本发明的作为非限制性示例提供的优选实施形式的参照附图做出的详细说明，本发明的其它方面、目的、优点和特征将更好地显现，在附图中：
已经说明了的图1A是根据现有技术的一个示例的光电发射器的局部示意图；
已经说明了的图1B是根据现有技术的一个示例的实现在相同光子芯片上的光电发射器的局部示意性俯视图；
图2A是根据一个实施方式的光电发射器的局部示意性俯视图，其中，耦合器是星形耦合器；
图2B是更具体地示出图2A的光电发射器的激光芯片和耦合器的俯视图；
图2C是更具体地示出图2A的光电发射器的光子芯片的俯视图；
图3是根据一个实施变型的光电发射器的局部示意性俯视图，其中，耦合器由锥形波导形成；
图4是包括实现于相同激光和光子芯片上的多个光电发射器的结构的局部示意性俯视图。
具体实施方式
在附图中和在本说明书的下文中，相同的附图标记代表相同或相似的元件。而且，为了优先附图清晰，没有按比例示出各元件。此外，不同实施方式和变型不相互排斥，并可相互组合。除非另有指示，“基本”、“大约”、“约”这些词指误差在10％内，优选地在5％内。此外，除非另有说明，“包括在……与……之间”和等同的词指包括端值。
本发明涉及一种具有相控阵天线的光电发射器，其包括喇叭形激光源。这样的光电发射器包括光子芯片和激光芯片，在光子芯片上实现有所有的移相器和基础发射器，激光芯片与光子芯片是分开的，且以共面的方式接合到光子芯片，在激光芯片上实现有喇叭形激光源。
光电发射器配置为发射光束，该光束的强度在远场中具有围绕主发射轴线确定的角度分布。“远场发射图”指由光电发射器发射的光束在远场的该角度分布。其由此有别于基础发射器(光学天线)的近场发射图。远场(或弗劳恩霍夫区域)对应于大于基础发射器的大尺寸(在此为沿着Z轴的长度Lee)的平方与发射波长λe之间的比值的距离D，换句话说：D>2Lee 2/λe。
此外，喇叭形激光源可以是尤其是在Wenzel等人的题为“High-brightness diodelasers”，C.R.Physique 4(2003),649-661的文章中所示的类型。它包括由单模直部段、接着喇叭形部段形成的有源波导(其位于光腔中)，该喇叭形部段终止于激光源的发射表面。单模直部段可以是具有小的横向尺寸的带型(ridge)，以形成空间滤波器，并迫使光学信号为横向单模的，并且喇叭形部段可确保对光学信号的放大。喇叭形激光源的发射表面则可具有约为一至数百微米的宽度。这样的喇叭形激光源可由此发射高功率的，例如约数瓦的光学信号。
根据本发明，光子芯片包括实现喇叭形激光源与包括移相器和基础发射器的N个臂部之间的光学耦合功能以及功率分配功能的耦合器。
图2A是根据一个实施方式的光电发射器1的局部示意图，其中，激光芯片10光学地且以共面的方式耦合到光子芯片20。
在此并且对于本说明书的下文，定义正交直坐标系XYZ，其中XZ平面与激光芯片10和光子芯片20的主平面平行，并且其中纵向Z轴沿着喇叭形激光源12的光轴Δ取向。X轴称作水平轴，Y轴称作竖直轴。术语“上游”和“下游”是指沿着光学信号的传播方向，在此沿着+Z方向的以递增的距离定位。
激光芯片10与光子芯片20分开并包括喇叭形激光源12。该激光源配置为发射脉冲或连续的单色光学信号，其波长λe例如等于大约905nm，甚至1550nm。将其称为“喇叭形”，指的是位于光腔中的有源波导13沿着光轴Δ包括单模直部段14，接着是终止于发射表面16的喇叭形部段15。因此，所发射的光学信号的强度在XY平面中的空间分布是“椭圆形”且“扁平”的：它在近场具有沿着竖直轴Y的例如约为一微米的小尺寸和沿着水平轴X的例如约为一百微米的大尺寸，纵横比(大尺寸与小尺寸的比值)约为50至100，甚至更大。喇叭形激光源12可以与Delepine等人的题为“How to Launch 1W Into Single-Mode Fiber from aSingle 1.48μm Flared Resonator”IEEE Journal on Selected Topics in QuantumElectronics,Vol.7,No.2,(2001),111-123的文章相同或相似的方式实现。
该激光芯片包括支承衬底11，其上支着包括在XZ平面中延伸的多个量子阱的有源层(未示出)。有源层可以沿着竖直轴Y被封闭层包围。结构化的上层覆盖有源层，其中形成有沿着光轴Δ延伸的所谓的有源波导。
该有源波导13包括在XZ平面中通过局部刻蚀横向地限定的带型的单模直部段14。该单模直部段14具有这样的横向尺寸，其使得在发射波长λe下支持单个引导横向光模式，例如基本横向模式。此外，单模直部段14具有模态滤波功能，这在于可以在喇叭形部段15中激励的高阶横向模式不能够在单模直部段14中被引导。
该有源波导还包括通过局部掺杂在上层的XZ平面中限定的喇叭形部段15。光模式y则通过放大增益在其中被引导。将部段15称作是喇叭形，是因为它在XZ平面中具有相对于与单模直部段4的距离在此线性地增大的宽度。它可相对于光轴Δ具有约为几度，例如大约4°到6°的倾斜角。喇叭形部段15限定喇叭形激光源12的与光轴Δ正交地延伸的发射表面16。发射表面16则具有在此沿着水平轴X的约为一至几百微米的宽度wl。
要注意的是，喇叭形激光源12是固有散光的，这指的是水平腰部平面(即XZ平面中的腰部)位于与竖直腰部平面(即YZ平面中的腰部)不同的位置处。已知地，激光源的腰部平面位于其中(水平或竖直的)波前被视为平面(无限曲率半径)的位置处。如尤其在Delephine等人的在2001年的文章中所指出的，水平腰部平面位于有源波导13中，更具体地说位于喇叭形部段15中，处于沿着光轴Δ与发射表面16距离非零的值δl的位置Zl处，而竖直腰部平面则位于发射表面16处(δl＝0)。距离δl＝0(和因此位置Zl)可由波前分析器确定。
而且，所发射的光学信号在XZ平面中，即在激光芯片10和光子芯片20的主平面中，具有圆形波前，其中心位于位置Zl处。换句话说，在XZ平面中，由喇叭形激光源12发射的光学信号看起来是从位置Zl发射的。
光子芯片20包括光电发射器1的N个臂部23，移相器24和基础发射器25位于其中。它与激光芯片10分开，即这两个芯片包括其自己的支承衬底11、21。该光子芯片还包括集成耦合器30(实现于光子芯片20上)，其一方面确保与激光芯片10的光学耦合，另一方面确保接收到的光学信号在N个臂部23中的功率分配。
也称作光子集成电路(Photonic Integrated Circuit，PIC)的光子芯片20包括支承衬底21，基于该支承衬底可实现相互光学耦合的有源光子构件(调制器、二极管等等)和无源光子构件(波导、多路复用器或解复用器等等)。在硅光子的情况下，支承衬底21和光子构件基于硅实现。支承衬底21可由此是绝缘体上硅(Silicon On Insulator，SOI)类型的。然而，可使用众多其它技术平台。通常，不建议将由硅制成的波导用于905nm的应用，这是因为硅在该频率下有吸收性。因此可使用例如氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、由掺杂硅制成的波导等等。
光子芯片20具有面向激光芯片10的发射表面16的第一横向面，以使得耦合器30能够收集喇叭形激光源12发射的光学信号的显著部分。激光芯片10和光子芯片20以共面的方式组装，即光学信号在从激光芯片10转到光子芯片20时，在相同XZ平面中传播。
它们在此通过折射率选择为不干扰光学信号传播的粘合材料(例如光学粘合剂)的层2相互接合。芯片10、20因此没有通过例如透镜的无源光学元件相互光学耦合。光学粘合剂2的折射率可以与耦合器30的波导的镀层材料的相同。示例性地，耦合器30和臂部23的波导可由氮化硅制成，而镀层可由硅的氧化物制成。而且，激光芯片10与光子芯片20之间的沿着纵向轴线Z的间隔优选地小于1μm，以最大程度地收集喇叭形激光源12发射的光学信号(在信号扩散的情况下)。然而，可不使用粘合层2，可在两个芯片之间在空气中传输发射的光学信号。无论如何，光电发射器1则具有显著的紧凑性，并避免耦合效率受到可能会使用的无源光学元件之间的相对定位误差，尤其是沿着X轴的定位误差影响。
耦合器30配置为收集喇叭形激光源12发射的光学信号的至少一部分，并将其传输到N个臂部23中。一般性地，耦合器30包括用于收集入射光学信号的收集输入端31和用于传输所收集的光学信号的传输输出端32，N个臂部23耦合到该传输输出端。
收集输入端31具有在XY平面中的横向尺寸，其优选地具有至少与所发射的光学信号的强度的空间分布相同量级的纵横比。更具体地说，收集输入端31具有例如微米量级(数十纳米至几微米)的沿着竖直轴Y的高度和约为一微米至几百微米的沿着水平轴X的宽度，该高度对应于其中实现有耦合器30和臂部23的波导的光子层的引导层的厚度。因此，耦合器30能够接收所发射光学信号的显著部分。
此外，传输输出端32包括N个直波导，这些直波导耦合到光电发射器1的N个臂部23且取向为使得其纵向轴线在位置Zl处相交(在制造公差范围内)。直波导可以是图2A至图2C中示出的输出波导34，或是图3中示出的锥形波导。N个直波导的该纵向取向允许优化所发射的光学信号的收集效率。
N个直波导中的每个具有朝向收集输入端31取向的上游端部和相对的下游端部。优选地，直波导的下游端部限定传输输出端32，并横向地设置成呈圆弧形，其圆弧半径中心位于位置Zl处，这允许优化所收集的光学信号朝光电发射器1的臂部23的传输效率。
在图2A至图2C的示例中，传输输出端32呈圆弧形，其圆弧半径中心基本位于位置Zl处。由此，耦合器30的输出端具有与喇叭形激光源12发射并由耦合器30接收的光学信号的波前的曲率一致的曲率。由此，如上所述，优化所收集的光学信号的传输效率(除了所发射的光学信号的收集效率得到优化以外)，并且还避免在所传输的光学信号中引入相位误差(然而，相位误差能够通过移相器24修正)。在此能够考虑到源发射的光学信号的波前与耦合器30接收的光学信号的波前之间的、由于喇叭形激光源12的有源层的材料与耦合器30的材料之间的折射率差异造成的轻微差异。
在该实施方式中，耦合器30是星形耦合器。它包括自由传播区域33(FPR)和输出波导34。收集输入端31在此是FPR区域33的入射面，其在此与光轴Δ正交并位于喇叭形激光源12对面。其与发射表面16相比可具有沿着X轴的更大的纵向尺寸。传输输出端32在此由输出波导34的下游端部形成，并呈圆弧形，其圆弧半径中心布置在喇叭形激光源12的位置Zl处。FPR区域33由均匀折射率的介质形成，并沿着光轴Δ由收集输入端31和出射面33.1限定，输出波导34耦合到该出射面。出射面33.1也呈圆弧形，其圆弧半径中心也布置在喇叭形激光源12的位置Zl处。耦合器30因此包括N个输出波导34，其尺寸设置为优化所发射的光学信号的收集和然后优化所收集的光学信号的传输，并优选地在几何形状方面彼此相同。在图2A中，它们从FPR区域33的出射面33.1延伸到示出传输输出端32的圆弧形虚线。
N个输出波导34将所收集的光学信号传输到臂部23的N个波导。如更具体地在图2C中所示，它们通过连接部分22连接到臂部23。它们在此是锥形(taper)波导，具有在XY平面中沿着光学信号的传播方向绝热地(adiabatique)减小的宽度，以优化耦合器30的传输效率。宽度可由此单调地，甚至线性地减小。如图2B所示，在长度Lt和横向尺寸wt(z)方面，所述输出波导具有彼此相同的尺寸。它们是直的，且均纵向地朝向喇叭形激光源12的位置Zl取向。输出波导34的上游端部以及下游端部沿着圆弧(在平面XZ中并且沿X轴)横向设置，该圆弧的半径中心位于位置Zl处。输出波导34的上游端部连接到FPR区域33的呈圆弧形的出射面33.1，并且输出波导34的下游端部位于由中心位于位置Zl的圆弧形线示出的传输输出端32上。
作为示例，如为详细示出喇叭形激光源12和耦合器30的局部示意性俯视图的图2B所示，喇叭形激光源12可发射具有等于905nm的波长λe的光学信号。喇叭形部段15具有2000μm的长度Ll和在发射表面16处的150μm的最大宽度wl。喇叭形激光源12在此具有散光，使得距离δl等于大约600μm。耦合器30在此包括100个输出波导34，其形成在由氮化硅制成的厚度为0.3μm的引导层中并且以沿着X轴的等于大约1.3μm的步长设置在FPR 33的出射面处。每个输出波导34具有100μm的长度Lt和在其上游端部处具有1.2μm的最大宽度wt。上游端部彼此分隔等于大约0.1μm的间隔g。在这些条件下，所发射的光学信号的至少90％在输出波导34中被收集和传输。
由此，耦合器30具有高的收集和传输效率，这是因为输出波导34是直的且纵向地朝位置Zl取向，并且传输输出端32呈圆弧形，其中心位于位置Zl处，即具有与所发射的光学信号的波前的曲率基本相同的曲率。还避免在通过不同的输出波导34传输的光学信号中引入相位误差(然而，相位误差会能够通过移相器24来修正)，并优化传输效率。此外，耦合器30的收集输入端31有利地具有至少与所发射的光学信号的强度在XY平面中的空间分布同量级的横向尺寸(沿着X轴水平的尺寸和沿着Y轴竖直的尺寸)，由此改善收集效率。还要注意的是，这样的耦合器30(图2A的或图3的耦合器)确保在臂部23中的高斯形式的强度分布，而不是在臂部之间相等的分布。该高斯分布允许消除光电发射器1发射的光束的远场强度分布的边波瓣。实际上，均等分布体现于具有正弦函数形式的远场强度分布。
耦合器30因此实现所收集的光学信号向N个臂部23的功率分配功能。输出波导34通过连接部分22连接到N个臂部23。在N个臂部23在此优选地是直的且相互平行的情况下，连接部分22是弯曲的(除了位于光轴Δ延长线上的连接部分)，并不同连接部分具有彼此不同的长度。要注意的是，连接部分22和臂部23可具有相同宽度，其等于输出波导34在其下游端部处的宽度。如下所述，通过移相器24修正由连接部分22造成的相移。
光电发射器1还包括移相器24和基础发射器25的组。更具体地说，臂部23的至少一些配备有至少一个移相器24，其配置为改变在所考虑的臂部23中传播的光学信号的相位并由此在相邻臂部23中传播的光学信号之间生成相位差或相对相位。移相器24布置在耦合器30与基础发射器25之间。每个臂部23可配备有移相器，或仅一些臂部23配备，例如每两个中的一个臂部23配备。而且，参考臂部23可以不包括任何移相器24。
移相器24可以是电折射效应或热光效应的移相器。在这两种情况下，通过改变形成所考虑的波导的芯部的材料的折射率来实现相位改变。可在电折射移相器24的情况下通过改变自由载流子密度，或在热光移相器24的情况下通过改变所施加的温度，实现该对折射率的改变。
移相器24优选地配置为将相同的相对相位值施加给在臂部23中传播的光学信号，以获得由主发射轴线相对于Y轴在(与基础发射器25的轴线正交的)XY平面中的倾斜形成的确定的非零角度θ。然而，要么为了获得不同的远场图，要么为了考虑并补偿可能的相位误差，相对相位/>可以在臂部23之间不是相同的。这些相位误差可能由于光电发射器1的某些构件随着时间推移的损坏、制造工艺期间的非均匀性、制造方法的非零公差、光电发射器1的环境的影响(例如，包含基础发射器25的封装(packaging)元件的可能的影响)。
在此要注意的是，移相器24可因此修正连接部分22(由于不同连接部分的长度不同)造成的不期望的相移。该修正可在预先标定光电发射器的步骤期间被考虑到。
光电发射器1包括N个基础发射器25或光学天线，其耦合到臂部23，并因此布置在移相器24下游。基础发射器25发射的光学信号之间的相对相位尤其确定远场光束的主发射轴线相对于Y轴在光电发射器1的XY平面中形成的角度θ。
基础发射器25在此是形成于臂部23的波导中的衍射栅格。它们沿着Z轴相互平行地延伸，并沿着X轴排齐，换句话说，其第一端部具有沿着Z轴的相同位置，就像其第二端部一样。它们彼此间隔优选地包括在λe/2与2λe之间的距离。作为参考，基础发射器25的数量N可以从大约十到大约一万。
由此，在臂部23中传播的光学信号通过基础发射器25的衍射，部分地传输到自由空间。所提取的光学信号在自由空间中传播，通过干涉重新组合，并由此在远场中形成由光电发射器1发射的光束，其围绕主发射轴的角度分布是确定的，并限定光电发射器1的远场发射图。
主发射轴线相对于Y轴在YZ平面中形成的角度θ已知地取决于喇叭形激光源12的发射波长λe和基础发射器25形成的衍射栅格的周期Λ。如上所述，主发射轴线相对于Y轴在XY平面中形成的角度θ取决于移相器24施加到在臂部23中传播的光学信号的相对相位的值。一般期望零相对相位/>导致零角度θ，即远场光束的主发射轴线与Y轴平行。这一般在预先标定光电发射器的步骤期间确定。
要注意的是，可能期望将移相器24连接到适于根据光电发射器的实际远场发射图来标定和控制移相器的控制设备(未示出)。根据控制设备发送的控制信号，移相器24可在传播通过不同臂部23的光学信号中生成预定相对相位以获得所期望的远场发射图。如在2020年12月21日提交的国际申请PCT/EP2020/087385中所述，控制设备可由干涉聚焦透镜、多个光电探测器和控制模块形成。
图3是包括根据一个实施变型的耦合器30的光电发射器1的局部示意性图。在该示例中，耦合器30由其宽度具有绝热变化的锥形波导35的阵列形成。与连接到FPR 33的输出波导34(图2A)不同地，锥形波导35的宽度在此沿着光线信号的方向增大。而且，耦合器30不包括FPR，使得锥形波导35的上游端部和下游端部分别形成耦合器30的收集输入端31和传输输出端32。锥形波导35是直的，且纵向地朝向位置Zl取向。上游端部横向地沿着在XZ平面中以位置Zl为中心的第一圆弧线布置，并且下游端部也横向地沿着在XZ平面中以位置Zl为中心的第二圆弧线布置。锥形波导35因此具有相同长度。如在图2A的示例中那样，可确定锥形波导35的数量、其宽度和长度、其横向设置等以优化耦合和传输效率。
图4是包括设置为横向并置的多个光电发射器1的结构的局部示意性俯视图。由此，激光芯片10包括多个喇叭形激光源12，其均沿着相互平行的光轴取向，并且实现在相同的支承衬底11上。喇叭形激光源12优选地彼此相同。光子芯片20包括耦合器30、移相器24和基础发射器25的多个组，每个组光学耦合到喇叭形激光源12。这些组形成在相同的支承衬底21上。
通过光电发射器1的紧凑性，使得该结构是可行的。而且，喇叭形激光源12发射的光学信号的椭圆形形状允许减少两个芯片的对齐方面的限制，同时保持喇叭形激光源12与耦合器30之间的特别高的耦合效率。该结构则允许实现二维场景的扫描，不使用特别贵的可调谐激光源。实际上，每个光电发射器1可配置为在不同的角度平面中扫描场景。
以上说明了具体实施方式。对于本领域技术人员，不同变型和改动会是明显的。
Claims (9)
1.一种具有相控阵天线的光电发射器(1)，其包括：
o光子芯片(20)，该光子芯片包括：
·形成所述光电发射器(1)的臂部(23)的N个波导，其中N>1；
·布置在所述臂部(23)中的多个移相器(24)和多个基础发射器(25)；
o与所述光子芯片(20)分开的激光芯片(10)，该激光芯片包括激光源(12)；
o其特征在于：
o所述激光芯片(10)以共面的方式接合到所述光子芯片(20)；
o所述激光源(12)是喇叭形激光源，该喇叭形激光源：
·由单模直部段(14)和喇叭形部段(15)形成，该喇叭形部段在主平面中呈喇叭形，并且沿着光轴Δ延伸并终止于光学信号的发射表面(16)；
·配置为发射光学信号，所述光学信号的波前在所述主平面中为圆形且以所述光轴Δ上的位于所述喇叭形部段(15)中的位置Zl为中心；
o所述光子芯片(20)包括耦合器(30)，其确保与所述喇叭形激光源(12)的光学耦合，以收集并传输所发射的光学信号的至少一部分，所述耦合器包括：
·布置为面向所述喇叭形激光源(12)的发射表面(16)的收集输入端(31)，和
·包括N个直波导(34、35)的传输输出端(32)，所述N个直波导耦合到所述光电发射器(1)的N个臂部(23)并且取向为使得其纵向轴线在所述位置Zl处相交。
2.如权利要求1所述的光电发射器(1)，其中，所述N个直波导(34、35)中的每个具有朝向所述收集输入端(31)取向的上游端部和相对的下游端部，所述下游端部限定所述耦合器(30)的传输输出端(32)，并横向地设置为呈圆弧形，所述圆弧形的圆弧半径中心位于所述位置Zl处。
3.如权利要求2所述的光电发射器(1)，其中，所述耦合器(30)是星形耦合器，其包括：
·由具有均匀折射率的介质制成的自由传播区域(33)，其具有形成所述收集输入端(31)且耦合到所述喇叭形激光源(12)的发射表面(16)的入射面，和呈圆弧形的出射面(33.1)，并且所述出射面的圆弧半径中心位于所述位置Zl处；
·所述直波导是输出波导(34)，所述输出波导的每个一方面连接到所述出射面(33.1)，另一方面连接到所述N个臂部(23)，所述输出波导的下游端部沿着形成所述传输输出端(32)的线横向设置，所述传输输出端呈圆弧形，所述圆弧形的圆弧半径中心处于所述位置Zl处。
4.如权利要求3所述的光电发射器(1)，其中，所述输出波导(34)是锥形波导，并具有从所述自由传播区域(33)的出射面(33.1)起减小的宽度。
5.如权利要求2所述的光电发射器(1)，其中，所述直波导是锥形波导(35)，所述锥形波导横向地设置为使得其上游端部沿着形成所述收集输入端(31)的线布置并且其下游端部沿着形成所述传输输出端(32)的线布置，所述收集输入端(31)和传输输出端(32)呈圆弧形，所述圆弧形的圆弧半径中心位于所述位置Zl处。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光电发射器(1)，其中，所述光子芯片(20)沿着所述光轴Δ与所述激光芯片(10)间隔小于或等于1μm的值。
7.如权利要求1至6中任一项所述的光电发射器(1)，其中，所述激光芯片(10)和所述光子芯片(20)通过粘合层(2)彼此接合。
8.如权利要求1至7中任一项所述的光电发射器(1)，其中，所述臂部(23)是直的且相互平行，并通过具有不同长度的连接部分(22)连接到所述传输输出端(32)。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光电发射器(1)，其中，所述光子芯片(20)由SOI衬底形成。
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