CN117250779A - 激光扫描单元、模块、激光发射装置和激光雷达 - Google Patents

激光扫描单元、模块、激光发射装置和激光雷达 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种激光扫描单元、模块、激光发射装置和激光雷达，涉及雷达技术领域。本申请通过在激光扫描单元的第一包覆层外侧铺设第一铌酸锂层，使得光在移相波导中传输时，第一铌酸锂层中也会存在一定的模式分布。第一调制电极通过向第一铌酸锂层施加电场可以调节第一铌酸锂层的折射率。由于铌酸锂的特殊性质，其无需掺杂且具有高光电效应，因此通过第一调制电极来控制其折射率，进而控制光的相位，具有较佳的控制效果。本申请的激光扫描单元改善了现有技术中对波导进行掺杂带来光功率损耗大的问题，也改善了通过热调方式调节波导折射率所带来的功耗高、调制速率低的问题。激光扫描模块、激光发射装置和激光雷达包含上述的激光扫描单元。

Description

激光扫描单元、模块、激光发射装置和激光雷达
技术领域
本申请涉及雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光扫描单元、模块、激光发射装置和激光雷达。
背景技术
光学相控阵（Optical Phase Array，OPA）激光雷达是一种全固态激光雷达。相比于机械旋转式激光雷达、半固态激光雷达，全固态激光雷达消除了运动部件，比如转镜、MEMS器件、楔形镜等，使激光雷达系统更稳定。并且OPA普遍在硅基衬底上制备，与电子硬件非常兼容，并且非常小巧，是未来激光雷达发展的主流方式。
现有的光学相控阵激光雷达在移相区调节激光的相位，从而使激光能够在水平方向上扫描，竖直方向扫描则由光栅区和其他参数控制实现。移相区的控制原理主要分为两种，分别是通过改变载流子浓度或温度使得波导折射率发生变化，从而发生相移实现光束偏转。如果需要利用载流子浓度变化来实现光束偏转，需要提前对波导进行掺杂，这会带来极大的光功率损耗，那么就增加了对激光器的功率要求；如果利用温度变化实现光束偏转需要在波导附近制备很多加热条，会带来很大的功耗问题，并且调制速率较低。因此，目前的光学相控阵激光雷达因结构缺陷而存在光功率损耗或功耗较大的问题。
发明内容
本申请的目的包括，提供一种激光扫描单元模块、激光发射装置和激光雷达，其具有较低的功耗，且光功率损耗较低。
本申请的实施例可以这样实现：
第一方面，本申请提供一种激光扫描单元，包括：
分束组件，具有一个输入端和多个输出端，分束组件用于将输入端接收的激光分成多路并通过多个输出端输出；
移相组件，包括多个移相波导，多个移相波导一一对应地与分束组件的多个输出端连接，移相波导包括第一包覆层、第一芯层以及第一铌酸锂层，第一芯层沿光传输方向延伸且周侧被第一包覆层包裹，第一芯层的折射率大于第一包覆层的折射率，第一铌酸锂层铺设于第一包覆层外侧，第一铌酸锂层上设置有第一调制电极，第一调制电极用于调节第一铌酸锂层的折射率；
光栅组件，包括多个光栅波导，多个光栅波导一一对应地与移相组件的多个移相波导连接。
在本申请实施例中，分束组件用于形成多个光路，移相组件用于对多个光路进行调制，使得不同的移相波导中的光具有一定的相位差，从而调节最终离开激光扫描单元的光束在第一方向（比如水平方向）上的偏转角度。本申请实施例通过在第一包覆层外侧铺设第一铌酸锂层，使得光在移相波导中（主要在第一芯层中）传输时，第一铌酸锂层中也会存在一定的模式分布。第一调制电极通过向第一铌酸锂层施加电场可以调节第一铌酸锂层的折射率，折射率会影响移相波导中光的相位，当不同的移相波导中的第一铌酸锂层具有不同的折射率时，各个移相波导中的光呈现出相位差，因此也就能够实现最终发出的光束在第一方向上的偏转。由于铌酸锂的特殊性质，其无需掺杂且具有高光电效应，因此通过第一调制电极来控制其折射率，进而控制光的相位，具有较佳的控制效果。改善了现有技术中对波导进行掺杂带来光功率损耗大的问题，也改善了通过热调方式调节波导折射率所带来的功耗高、调制速率低的问题。此外，本申请实施例的移相波导可以通过在现有的波导上贴设铌酸锂层和调制电极来制作得到，制作工艺成本较低。
在可选的实施方式中，第一芯层为Si或者Si3N4，第一包覆层为SiO2。Si和Si3N4的折射率大于SiO2，使得光能够沿着Si或者Si3N4所构成的第一芯层传输，传输效果较好。并且，硅基波导结构成本较低。
在可选的实施方式中，第一芯层与第一铌酸锂层之间的第一包覆层厚度为50~120nm，第一铌酸锂层的厚度为100~300nm。
第一芯层与第一铌酸锂层之间的第一包覆层厚度为50~120nm，使得原本束缚在第一芯层中的光会有一部分泄漏到第一铌酸锂层之中，并随着移相波导的延伸方向传输，而第一铌酸锂层的厚度为100~300nm，能够保证光在第一铌酸锂层中有足够的模式分布，进而来保证通过调节第一铌酸锂层的折射率能够显著地调节移相波导中光的相位。
在可选的实施方式中，第一调制电极成对地设置于第一铌酸锂层背离第一包覆层的一面，属于同一对的两个第一调制电极分别在第一铌酸锂层的宽度方向上间隔设置。
通过将两个第一调制电极分别在第一铌酸锂层的宽度方向上间隔设置，使得第一铌酸锂层能够更多地处于两个第一调制电极所形成的电场中，使得通过第一调制电极调节第一铌酸锂层折射率的调制效果更好。
在可选的实施方式中，光栅波导包括第二芯层、第二包覆层以及第二铌酸锂层，第二芯层沿光传输方向延伸且呈周期结构，第二芯层的周侧被第二包覆层包裹，第二芯层的折射率大于第二包覆层的折射率，第二铌酸锂层铺设于第二包覆层外侧，第一铌酸锂层上设置有第二调制电极，第二调制电极用于调节第二铌酸锂层的折射率。
光进入光栅波导后，光会从光栅波导中衍射到自由空间中，衍射的方向相对于光栅波导的延伸方向呈一定角度，通过控制该角度变化，实现在第二方向（比如竖直方向）上的扫描。衍射角度与光栅周期（即第二芯层的一个周期的长度）、光栅波导的有效折射率、激光波长相关。光栅周期是固定的，现有方法是调整激光波长来调整衍射角度，从而实现扫描。本实施例中则以第二调制电极来调节第二铌酸锂层的折射率，从而改变光栅波导的有效折射率，进而调节衍射角度。本实施例通过调制电极来调节衍射角度，因此对光源的要求低，且调节效率高。
在可选的实施方式中，第二芯层为Si或者Si3N4，第二包覆层为SiO2。Si和Si3N4的折射率大于SiO2，使得光能够被第二包覆层束缚，沿着Si或者Si3N4所构成的第二芯层传输，传输效果较好。并且，硅基波导结构成本较低。
在可选的实施方式中，分束组件包括分束器和连接于分束器的若干分束波导，分束组件的输出端形成于分束波导的端部。通过分束器和分束波导，能够将一路输入光分成多路输送至移相组件的各个移相波导中。
在可选的实施方式中，分束器为MMI型分束器或Y型分束器。MMI型分束器和Y型分束器能够有效地对光路进行分束。
第二方面，本申请提供一种激光扫描模块，包括前述实施方式中任一项的激光扫描单元。
在可选的实施方式中，激光扫描模块包括多个激光扫描单元，激光扫描模块还包括通道切换组件，通道切换组件具有一个输入通道和多个输出通道，每个输出通道分别与一个激光扫描单元的分束组件的输入端连接；通道切换组件用于通过输入通道接收激光，并选择性地开启输出通道以向对应的激光扫描单元的分束组件输出激光，激光扫描模块的总视场由多个激光扫描单元的视场拼接得到。
通过设置多个激光扫描单元，可使多个激光扫描单元的视场拼接起来，得到激光扫描模块的总视场。如此一来可以减小对各个激光扫描单元的扫描范围的要求。
在可选的实施方式中，通道切换组件包括级联的多个光开关，光开关为MZM或微环结构。MZM或微环结构的光开关性能稳定可靠，其为硅基结构，容易与激光扫描单元集成于同一芯片上。
在可选的实施方式中，各个激光扫描单元的视场在光栅组件的扫描方向上拼接。
在本实施例中，由于光栅波导通过调整有效折射率来调整衍射角度，进而实现扫描，其扫描范围相对于移相波导较小，因此将各个激光扫描单元的视场在光栅组件的扫描方向上拼接，来提升激光扫描模块在光栅组件的扫描方向上的扫描范围。
在可选的实施方式中，各个激光扫描单元的光栅波导的光栅周期不完全相同。由于光栅周期也是影响光栅波导衍射角度的一个因素，而为了实现视场拼接，需要各个激光扫描单元的光栅组件的衍射角度不同。因此，不同的激光扫描单元可选择不同的光栅周期，使各个激光扫描单元达到所需要的衍射角度附近，再通过第二调制电极来进行调节以实现在小范围扫描。
在可选的实施方式中，多个光栅组件的扫描范围拼接后的总扫描范围大于20°。通过这种方式使激光扫描模块在光栅组件的扫描方向上的视场角大于20°，能够满足激光雷达的使用需求。
第三方面，本申请提供一种激光发射装置，包括激光器以及前述实施方式中任一项的激光扫描模块，激光器用于向激光扫描模块输出激光。
第四方面，本申请提供一种激光雷达，包括前述实施方式的激光发射装置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为相关技术中现有的相关技术中光学相控阵激光雷达的扫描单元结构示意图；
图2为不进行调制时移相区中各波导中光的相位示意图；
图3为进行调制后移相区中各波导中光的相位示意图；
图4为本申请一种实施例中激光扫描单元的示意图；
图5为本申请一种实施例中移相波导与分束波导连接处的剖视图；
图6为本申请一种实施例中移相波导的剖视图；
图7为本申请一种实施例中光栅波导的剖视图；
图8为本申请一种实施例中激光扫描模块的示意图。
图标：010-激光扫描模块；100-激光扫描单元；110-分束组件；111-分束器；112-分束波导；120-移相组件；121-移相波导；122-第一衬底；123-第一包覆层；124-第一芯层；125-第一铌酸锂层；126-第一调制电极；130-光栅组件；131-光栅波导；132-第二衬底；133-第二包覆层；134-第二芯层；135-第二铌酸锂层；200-通道切换组件；201-输入通道；202-输出通道；210-光开关。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
图1为现有的相关技术中光学相控阵激光雷达的扫描单元结构示意图；图2为不进行调制时移相区中各波导中光的相位示意图；图3为进行调制后移相区中各波导中光的相位示意图。如图1至图3所示，相关技术中光学相控阵（Optical Phase Array，OPA）激光雷达中，光经分束后分配到移相区的多个波导中。在移相区内，如果不进行调制，各个波导的折射率是一样的，因此它们之间的光相位差为0。光经过分束进入不同波导进行传输后，具有相同的相位，同相位面与波导的延伸方向垂直（如图2）。如果对波导的折射率n进行调节，可使得当光经过移相区后，每个波导中的光相位变化分别为：
。
其中为第i个波导中的折射率，l为移相区波导的物理长度，λ为光的波长。最终使得在经过移相区后，不同波导中的光具有相位延时，同相位面发生偏转（如图3）。后续激光扫描单元发出的光束方向垂直于同相位面，因此可通过控制各个波导的折射率来控制光的相位，进而来控制激光扫描单元发出的光在一个特定方向（比如水平方向）上的偏转，进而也就实现该方向上的扫描。比如，当相邻波导之间的相位差为/>时，光输出方向垂直于同相位面，其输出方向与水平方向构成/>的倾角。相位差与倾角存在以下数学关系：
，其中/>为波导间距。
相关技术中，移相区中波导的折射率通过电极调节或者热调节。前者的控制原理是通过改变载流子浓度使得波导的折射率发生改变，需要提前对波导进行掺杂，这不仅增加工艺成本，而且会对光功率带来损耗；后者是通过设置加热条，通过改变波导温度来调节其折射率，但是这种方式使得设备功耗显著提高，并且调制速率较低。
为了改善上述相关技术中的不足之处，本申请实施例提供一种激光扫描单元，通过改变移相波导的结构，使得不需要对波导进行掺杂，采用电调方式即可对移相波导的折射率进行调节，具有较小的光功率损耗，调制速率低且功耗小。此外，本申请实施例还提供一种激光扫描模块、激光发射装置和激光雷达。
图4为本申请一种实施例中激光扫描单元100的示意图。请参考图4，本申请实施例提供的激光扫描单元100包括分束组件110、移相组件120和光栅组件130。分束组件110具有一个输入端和多个输出端，分束组件110用于将输入端接收的激光分成多路并通过多个输出端传输至移相组件120。移相组件120包括多个移相波导121，多个移相波导121一一对应地与分束组件110的多个输出端连接。移相组件120的作用是通过对各个移相波导121中的光进行调制，从而控制各个移相波导121输出的光的相位，进而控制激光扫描单元100输出的光第一方向上偏转，也即实现在第一方向上扫描。在实际应用中，第一方向可选地为水平方向。光栅组件130包括多个光栅波导131，多个光栅波导131一一对应地与移相组件120的多个移相波导121连接。光栅组件130的作用是控制光在第二方向上的偏转，第二方向垂直于第一方向；在实际应用中，第二方向可选地为竖直方向。因此，通过移相组件120和光栅组件130，能够实现激光扫描单元100的二维扫描。本申请实施例提供的激光扫描单元100可以集成于芯片上。
在本实施例中，分束组件110包括分束器111和连接于分束器111的若干分束波导112，分束组件110的输出端形成于分束波导112的端部。通过分束器111和分束波导112，能够将一路输入光分成多路输送至移相组件120的各个移相波导121中。分束器111可选为MMI型分束器或Y型分束器。MMI型分束器和Y型分束器能够有效地对光路进行分束。
具体的，本实施例中的分束组件110包括七个分束器111，共分成三级。第一级有一个分束器111，接收一束输入光，分成两路传输给第二级的两个分束器111；第二级的两个分束器111再将自身接收的光分成两路，再传输给第三级的四个分束器111；第三级的四个分束器111分别将各自接收的光束分成两路，传输给对应的各个移相波导121。本实施例的分束组件110包括八个输出端，移相组件120包括八个移相波导121，光栅组件130包括八个光栅波导131，分束组件110的各个输出端与各个移相波导121、光栅波导131一一对应。在可选的其他实施例中，分束组件110的输出端、移相组件120的移相波导121以及光栅组件130的光栅波导131数量可以根据需要进行调整。
图5为本申请一种实施例中移相波导121与分束波导112连接处的剖视图；图6为本申请一种实施例中移相波导121的剖视图。图中x方向为移相波导121的延伸方向，也为光传输方向，y方向为移相波导121的宽度方向，z方向为移相波导121中各层结构的层叠方向。因此，图5中剖面与移相波导121的延伸方向平行，图6中剖面垂直于移相波导121的延伸方向。如图5和图6所示，在本申请实施例中，移相波导121包括第一衬底122、第一包覆层123、第一芯层124以及第一铌酸锂层125。第一包覆层123设置于第一衬底122上，第一芯层124沿光传输方向延伸且周侧被第一包覆层123包裹，第一芯层124的折射率大于第一包覆层123的折射率，第一铌酸锂层125铺设于第一包覆层123外侧，第一铌酸锂层125上设置有第一调制电极126，第一调制电极126用于调节第一铌酸锂层125的折射率。
第一芯层124的折射率大于第一包覆层123的折射率，传播光的模场主要存在于第一芯层124中。本申请实施例中，通过在第一包覆层123外侧铺设第一铌酸锂层125，由于倏逝波原理，使得光在移相波导121中（主要在第一芯层124中）传输时，第一铌酸锂层125中也会存在一定的模式分布。因此移相波导121中传输光的折射率可以看作既受到第一芯层124的影响，也受第一铌酸锂层折射率的影响。第一调制电极126通过向第一铌酸锂层125施加电场可以调节第一铌酸锂层125的折射率，折射率会影响移相波导121中光的相位，当不同的移相波导121中的第一铌酸锂层125具有不同的折射率时，各个移相波导121中的光呈现出相位差，因此也就能够实现最终发出的光束在第一方向（比如水平方向）上的偏转。由于铌酸锂的特殊性质，其无需掺杂且具有高光电效应，因此通过第一调制电极126来控制其折射率，进而控制光的相位，具有较佳的控制效果。改善了现有技术中对波导进行掺杂带来光功率损耗大的问题，也改善了通过热调方式调节波导折射率所带来的功耗高、调制速率低的问题。此外，本申请实施例的移相波导121可以通过在现有的波导上贴设铌酸锂层和调制电极来制作得到，制作工艺成本较低。
本实施例中，第一衬底122为Si，第一芯层124为Si或者Si3N4，第一包覆层123为SiO2。Si和Si3N4的折射率大于SiO2，使得光能够沿着Si或者Si3N4所构成的第一芯层124传输，传输效果较好。并且，硅基波导结构成本较低。本实施例中的分束波导112相较于移相波导121，不设置第一铌酸锂层125和第一调制电极126，其余结构可与移相波导121相同。
可选地，第一芯层124与第一铌酸锂层125之间的第一包覆层123厚度为50~120nm，第一铌酸锂层125的厚度为100~300nm。通过如此设置，可使得原本束缚在第一芯层124中的光会有一部分泄漏到第一铌酸锂层125之中，并随着移相波导121的延伸方向传输，而第一铌酸锂层125的厚度为100~300nm，能够保证光在第一铌酸锂层125中有足够的模式分布，进而来保证通过调节第一铌酸锂层125的折射率能够显著地调节移相波导121中光的相位。
在本实施例中，第一调制电极126成对地设置于第一铌酸锂层125背离第一包覆层123的一面，属于同一对的两个第一调制电极126分别在第一铌酸锂层125的宽度方向上间隔设置。通过如此设置，使得第一铌酸锂层125能够更多地处于两个第一调制电极126所形成的电场中，使得通过第一调制电极126调节第一铌酸锂层125折射率的效果更好。
在可选的其他实施例中，第一调制电极126的设置方式可以根据需要进行改变，比如成对的两个第一调制电极126分别设置于第一铌酸锂层125在其宽度方向（y方向）上相对的两个侧面，或者与这两个侧面间隔设置。
图7为本申请一种实施例中光栅波导131的剖视图。如图7的剖面与光传输方向平行。如图7所示，光栅波导131包括第二衬底132、第二芯层134、第二包覆层133以及第二铌酸锂层135，第二包覆层133设置于第二衬底132上，第二芯层134沿光传输方向延伸且呈周期结构，第二芯层134的周侧被第二包覆层133包裹，第二芯层134的折射率大于第二包覆层133的折射率，第二铌酸锂层135铺设于第二包覆层133外侧，第一铌酸锂层125上设置有第二调制电极（图中未示出），第二调制电极用于调节第二铌酸锂层135的折射率。
光进入光栅波导131后，光会从光栅波导131中衍射到自由空间中，衍射的方向相对于光栅波导131的延伸方向呈一定角度，通过控制该角度变化，实现在第二方向（比如竖直方向）上的扫描。衍射角度θ与光栅周期Λ（即第二芯层134的一个周期的长度）、光栅波导131的有效折射率、激光波长λ相关，满足以下关系式：
。
从上式可看出，光栅周期是固定的，传统方法是调整激光波长来调整衍射角度，从而实现第二方向上的扫描。但是如果采用调整激光波长来调整衍射角度的方式，那么，为了在第二方向实现20°的光束偏转，大约需要激光器波长调谐范围为160nm，这对光源要求较高。本实施例中则无需改变激光波长，而是以第二调制电极来调节第二铌酸锂层135的折射率，从而改变光栅波导131的有效折射率，进而实现衍射角度的动态调整，实现扫描。因此，本实施例对光源的要求低，且调节效率高。应当理解，在本申请其他实施例中，也可以采用调节激光波长的方式来调节衍射角度；或者，结合波长调节和有效折射率调节，来共同对衍射角度进行调节。
进一步的，第二调制电极也是成对设置的，其在第二铌酸锂层135上的设置方式可以与第一调制电极126在第一铌酸锂层125上的设置方式相同。
在本实施例中，第二芯层134为Si或者Si3N4，第二包覆层133为SiO2。Si和Si3N4的折射率大于SiO2，使得光能够被第二包覆层133束缚，沿着Si或者Si3N4所构成的第二芯层134传输，传输效果较好。并且，硅基波导结构成本较低。
图8为本申请一种实施例中激光扫描模块010的示意图。如图8所示，本申请实施例提供的激光扫描模块010包括上述实施例提供的激光扫描单元100，因此具有功耗小、调制效率高、光功率损耗小的优点。
在本实施例中，激光扫描模块010包括通道切换组件200和多个激光扫描单元100。通道切换组件200具有一个输入通道201和多个输出通道202，每个输出通道202分别与一个激光扫描单元100的分束组件110的输入端连接。通道切换组件200用于通过输入通道201接收激光，并选择性地开启输出通道202以向对应的激光扫描单元100的分束组件110输出激光，激光扫描模块010的总视场由多个激光扫描单元100的视场拼接得到。通过使用多个激光扫描单元100进行视场拼接以得到激光扫描模块010的总视场，可以减小对各个激光扫描单元100的扫描范围的要求。
由于光栅波导131通过调整有效折射率来调整衍射角度，进而实现扫描，但其竖直方向的扫描范围相对较小。因此，可选地，将各个激光扫描单元100的视场在光栅组件130的扫描方向上拼接，来提升激光扫描模块010在光栅组件130的扫描方向上的扫描范围。
本实施例中，通道切换组件200可以选择性地开启其中任意一个输出通道202，使得对应的激光扫描单元100在其自身视场范围内进行扫描。该激光扫描单元100扫描完成之后，通道切换组件200将其对应的输出通道202关闭，开启下一个激光扫描单元100所对应的输出通道202，使下一个激光扫描单元100能够在自身视场范围内进行扫描。如此不断切换输出通道202，则可以实现激光扫描模块010在整个视场范围内的扫描。本实施例中，通道切换组件200包括级联的多个光开关210，可选地，光开关210为MZM或微环结构，MZM或微环结构的光开关性能稳定可靠，其为硅基结构，容易与激光扫描单元100集成于同一芯片上。
进一步的，多个光栅组件130的扫描范围拼接后的总扫描范围大于20°。通过这种方式使激光扫描模块010在光栅组件130的扫描方向上的视场角大于20°，能够满足激光雷达的使用需求。
激光扫描单元100的光栅组件130负责在第二方向上的扫描，而移相组件120负责在第一方向上的扫描；在实际使用中（比如智能驾驶场景中），第一方向可以是水平方向，第二方向可以是竖直方向。各个激光扫描单元100的视场也可以在第一方向上拼接，或者，在第一方向和第二方向进行二维。本实施例中，每个激光扫描单元100的视场仅在第二方向上拼接，因此每个激光扫描单元100在第一方向上的扫描范围等于激光扫描模块010在第一方向上的扫描范围；可选地，激光扫描模块010在第一方向上的视场角范围为120°，这样可以满足激光雷达的使用需求。
可选地，各个激光扫描单元100的光栅波导131的光栅周期不完全相同。由于光栅周期也是影响光栅波导131衍射角度的一个因素，而为了实现视场拼接，需要各个激光扫描单元100的光栅组件130的衍射角度不同。因此，不同的激光扫描单元100可选择不同的光栅周期，使各个激光扫描单元100达到所需要的衍射角度附近，再通过第二调制电极来进行调节以实现在小范围扫描，这样可以减少对光栅波导131的有效折射率的调节量，减小功耗。
在一个具体的实施例中，各个激光扫描单元100在第二方向（比如竖直方向）上排布，每个激光扫描单元100中的移相组件120负责光束在第一方向（比如水平方向）上的扫描，光栅组件130负责光束在第二方向上的扫描。沿第二方向，各个激光扫描单元100中的光栅波导131的光栅周期呈递增或递减趋势。
本实施例的激光扫描模块010包括八个激光扫描单元100，在一个具体实施例中，八个激光扫描单元100的参数如下表所示（以激射波长为1550nm，光栅波导131有效折射率为2±0.005为例）。
即为光栅组件130的扫描范围，也即视场角。上述八个激光扫描单元100在竖直方向上的扫描范围拼接起来使得激光发射模块在竖直方向上的总视场角达到21°18′，能够满足激光雷达的使用需求。
在可选的其他实施例中，各个激光扫描单元100的光栅组件130的光栅周期也可以相同。
本申请实施例提供的激光扫描模块010具有以下优点：
一、激光扫描单元100中移相组件120和光栅组件130均设置了铌酸锂层和调制电极，使得通过电调方式即可完成激光扫描单元100的二维扫描。改善了现有技术中对波导进行掺杂带来的光功率损耗问题，也改善了使用热调方式导致的功耗大、调节速率低的问题。光栅组件130采用电调方式，避免了光源波长的调控，对光源要求低。
二、激光扫描单元100中的移相波导121和光栅波导131可以在现有的波导结构外侧增加铌酸锂层和调制电极，无需进行波导替换，因此工艺成本较低。
三、通过设置多个激光扫描单元100进行视场拼接，可以在光源波长不变的情况下实现大视场范围的扫描。
本申请实施例还提供一种激光发射装置，包括激光器以及上述实施例提供的激光扫描。激光器用于向激光扫描模块010输出激光。
本申请实施例还提供一种激光雷达，其包括上述的激光发射装置。应理解，激光雷达还应包括其他用于实现雷达基本功能的组成部分，比如激光接收装置。本申请实施例提供的激光雷达可以应用在各种载具上，比如汽车、无人机等。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种激光扫描单元，其特征在于，包括：
分束组件，具有一个输入端和多个输出端，所述分束组件用于将所述输入端接收的激光分成多路并通过多个所述输出端输出；
移相组件，包括多个移相波导，多个所述移相波导一一对应地与所述分束组件的多个所述输出端连接，所述移相波导包括第一包覆层、第一芯层以及第一铌酸锂层，所述第一芯层沿光传输方向延伸且周侧被所述第一包覆层包裹，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率，所述第一铌酸锂层铺设于所述第一包覆层外侧，所述第一铌酸锂层上设置有第一调制电极，所述第一调制电极用于调节所述第一铌酸锂层的折射率；
光栅组件，包括多个光栅波导，多个所述光栅波导一一对应地与所述移相组件的多个所述移相波导连接。
2.根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述第一芯层为Si或者Si3N4，所述第一包覆层为SiO2。
3.根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述第一芯层与第一铌酸锂层之间的所述第一包覆层厚度为50~120nm，所述第一铌酸锂层的厚度为100~300nm。
4.根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述第一调制电极成对地设置于所述第一铌酸锂层背离所述第一包覆层的一面，属于同一对的两个所述第一调制电极分别在所述第一铌酸锂层的宽度方向上间隔设置。
5.根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述光栅波导包括第二芯层、第二包覆层以及第二铌酸锂层，所述第二芯层沿光传输方向延伸且呈周期结构，所述第二芯层的周侧被所述第二包覆层包裹，所述第二芯层的折射率大于所述第二包覆层的折射率，所述第二铌酸锂层铺设于所述第二包覆层外侧，所述第一铌酸锂层上设置有第二调制电极，所述第二调制电极用于调节所述第二铌酸锂层的折射率。
6.根据权利要求5所述的激光扫描单元，其特征在于，所述第二芯层为Si或者Si3N4，所述第二包覆层为SiO2。
7.一种激光扫描模块，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的激光扫描单元。
8.根据权利要求7所述的激光扫描模块，其特征在于，所述激光扫描模块包括多个所述激光扫描单元，所述激光扫描模块还包括通道切换组件，所述通道切换组件具有一个输入通道和多个输出通道，每个所述输出通道分别与一个所述激光扫描单元的所述分束组件的输入端连接；所述通道切换组件用于通过所述输入通道接收激光，并选择性地开启所述输出通道以向对应的所述激光扫描单元的所述分束组件输出激光，所述激光扫描模块的总视场由多个所述激光扫描单元的视场拼接得到。
9.根据权利要求8所述的激光扫描模块，其特征在于，所述通道切换组件包括级联的多个光开关，所述光开关为MZM或微环结构。
10.根据权利要求8所述的激光扫描模块，其特征在于，各个所述激光扫描单元的视场在所述光栅组件的扫描方向上拼接。
11.根据权利要求10所述的激光扫描模块，其特征在于，各个所述激光扫描单元的所述光栅波导的光栅周期不完全相同。
12.根据权利要求10所述的激光扫描模块，其特征在于，多个所述光栅组件的扫描范围拼接后的总扫描范围大于20°。
13.一种激光发射装置，其特征在于，包括激光器以及权利要求7-12中任一项所述的激光扫描模块，所述激光器用于向所述激光扫描模块输出激光。
14.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求13所述的激光发射装置。
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