DE102019126494A1

DE102019126494A1 - Transimpedanzverstärker für lidarsystem

Info

Publication number: DE102019126494A1
Application number: DE102019126494.4A
Authority: DE
Inventors: Timothy J. Talty; Michael Mulqueen; James Chingwei Li; Ken R. Elliott
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2020-04-09

Abstract

Ein Lidarsystem, ein photonischer Chip und ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts. Der photonische Chip beinhaltet einen Laser und einen oder mehrere Photodetektoren. Der Laser erzeugt einen gesendeten Lichtstrahl. Die einen oder mehreren Photodetektoren sind aufnahmebereit für einen reflektierten Lichtstrahl, der eine Reflexion des gesendeten Lichtstrahls von einem Objekt ist, und erzeugen als Reaktion auf das reflektierte Lichtstrahlsignal ein elektrisches Signal als Ausgang. Ein Verstärker ist konfiguriert, um ein Signal zu verstärken, das sich auf den reflektierten Lichtstrahl bezieht, um das Ausgangssignal des einen oder der mehreren Photodetektoren zu verstärken. Ein Prozessor bestimmt einen Parameter des Objekts aus dem verstärkten Ausgangssignal.

Description

QUERVERWEIS AUF DIE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 9. Oktober 2018 eingereichten U.S. Provisional Application Serial No. 62/743,253 , deren Inhalt durch Verweis hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
EINFÜHRUNG
Die Offenbarung des Gegenstands bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Erkennen eines Objekts und insbesondere auf ein Lidar-System-Design mit einem Signalverstärker.
Ein Lidarsystem für ein Fahrzeug kann einen photonischen Chip mit einem Laser verwenden. Das Laserlicht wird vom photonischen Chip übertragen und von einem Objekt reflektiert. Unterschiede zwischen dem gesendeten Licht und dem reflektierten Licht werden mit dem reflektierten Lichtstrahl und einem lokalen Oszillatorstrahl bestimmt, um verschiedene Parameter des Objekts, wie Reichweite, Azimut, Höhe und Geschwindigkeit zu bestimmen. Leistungsverluste treten in der Regel sowohl im lokalen Oszillatorstrahl als auch im reflektierten Lichtstrahl auf. Aus dem reflektierten Licht und Strahl und dem lokalen Oszillatorstrahl wird unter Verwendung eines oder mehrerer Photodetektoren ein elektrisches Signal erzeugt. Der maximale Betriebsbereich des Lidar-Systems bezieht sich auf ein Signal-Rausch-Verhältnis eines von den Photodetektoren erzeugten Signals. Dementsprechend ist es wünschenswert, das Signal-Rausch-Verhältnis der von den Photodetektoren erzeugten Signale erhöhen zu können.
BESCHREIBUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Richten eines gesendeten Lichtstrahls von einem photonischen Chip, das Empfangen eines reflektierten Lichtstrahls an dem photonischen Chip, wobei der reflektierte Lichtstrahl eine Reflexion des gesendeten Lichtstrahls an dem Objekt ist, das Verstärken eines Signals in Bezug auf den reflektierten Lichtstrahl und das Bestimmen eines Parameters des Objekts an einem Prozessor unter Verwendung des verstärkten Signals.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet die Verstärkung des Signals in Bezug auf den reflektierten Lichtstrahl weiterhin die Verstärkung eines lokalen Oszillatorstrahls. Das Verfahren beinhaltet ferner das Verstärken des lokalen Oszillatorstrahls unter Verwendung eines Photonenverstärkers, der für Leckageenergie von einem Laser des photonischen Chips, der den gesendeten Lichtstrahl erzeugt, aufnahmebereit ist. Das Verfahren beinhaltet ferner das Koppeln des verstärkten lokalen Oszillatorstrahls mit dem reflektierten Lichtstrahl, das Erhalten eines Ausgangssignals an einem Photodetektor, der für den gekoppelten verstärkten lokalen Oszillatorstrahl und den reflektierten Lichtstrahl aufnahmebereit ist, und das Bestimmen des Parameters des Objekts aus dem Ausgangssignal. Das Verfahren beinhaltet ferner das Verstärken des Signals in Bezug auf den reflektierten Lichtstrahl, ferner das Verstärken eines elektrischen Signals über einen elektronischen Verstärker, das von einem Photodetektor ausgegeben wird, der für den reflektierten Lichtstrahl aufnahmebereit ist. Der elektronische Verstärker kann ein integrierter Bestandteil des photonischen Chips sein. Der elektronische Verstärker kann vom photonischen Chip getrennt werden.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein photonischer Chip einen oder mehrere Photodetektoren und einen Verstärker. Die einen oder mehreren Photodetektoren sind für ein optisches Signal aufnahmebereit und können ein elektrisches Signal als Reaktion auf ein optisches Signal erzeugen. Der Verstärker ist konfiguriert, um ein verstärktes Ausgangssignal der einen oder mehreren Photodetektoren bereitzustellen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale verstärkt der Verstärker einen lokalen Oszillatorstrahl, der mit einem reflektierten Lichtstrahl gekoppelt ist, um das optische Signal zu bilden, das an einem oder mehreren Photodetektoren empfangen wird. Der Verstärker kann ein Element eines Lasers des photonischen Chips sein, der für eine Lichtenergie aus dem Laser aufnahmebereit ist. Der Laser erzeugt einen gesendeten Lichtstrahl und der reflektierte Lichtstrahl ist eine Reflexion des gesendeten Lichtstrahls von einem Objekt. Der Verstärker kann ein elektronischer Verstärker sein, der für das elektrische Signal aufnahmebereit ist, das an einem oder mehreren Photodetektoren erzeugt wird. Der elektronische Verstärker ist ein integrierter Bestandteil des photonischen Chips.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Lidar-System einen photonischen Chip, einen Verstärker und einen Prozessor. Der photonische Chip beinhaltet einen Laser und einen oder mehrere Photodetektoren. Der Laser ist konfiguriert, um einen gesendeten Lichtstrahl zu erzeugen. Die einen oder mehreren Photodetektoren sind aufnahmebereit für einen reflektierten Lichtstrahl, der eine Reflexion des gesendeten Lichtstrahls von einem Objekt ist, und sind betreibbar, um ein elektrisches Signal als Reaktion auf das reflektierte Lichtstrahlsignal zu erzeugen. Der Verstärker ist konfiguriert, um ein Signal in Bezug auf den reflektierten Lichtstrahl zu verstärken, um ein Ausgangssignal des einen oder der mehreren Photodetektoren zu verstärken. Der Prozessor ist konfiguriert, um einen Parameter des Objekts aus dem verstärkten Ausgangssignal zu bestimmen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale erzeugt der Laser einen lokalen Oszillatorstrahl, der mit dem reflektierten Lichtstrahl gekoppelt ist, um das optische Signal zu bilden, und der Verstärker ist konfiguriert, um den lokalen Oszillatorstrahl zu verstärken. Der Verstärker kann ein Element des Lasers des photonischen Chips sein, das für eine Lichtenergie aus dem Laser aufnahmebereit ist. Der Verstärker kann ein elektronischer Verstärker sein, der für das elektrische Signal aufnahmebereit ist, das an einem oder mehreren Photodetektoren erzeugt wird. Der elektronische Verstärker kann ein integrierter Bestandteil des photonischen Chips sein. Der elektronische Verstärker kann eine vom photonischen Chip getrennte Komponente sein. Der Prozessor kann ein Fahrzeug über den Parameter des Objekts navigieren.
Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren.
Figurenliste
Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen exemplarisch nur in der folgenden Detailbeschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht:

1 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das für den Einsatz mit einem Lidarsystem geeignet ist;
2 zeigt eine detaillierte Darstellung eines exemplarischen Lidarsystems, das für die Verwendung mit dem Fahrzeug geeignet ist, aus 1;
3 zeigt eine Seitenansicht des Lidarsystems von 2;
4 zeigt einen alternativen photonischen Chip, der mit dem Lidar-System anstelle des photonischen Chips von 2 verwendet werden kann;
5 zeigt einen weiteren alternativen photonischen Chip, der anstelle des photonischen Chips von 2 verwendet werden kann;
6 zeigt eine verjüngte Distributed Bragg Reflection (DBR) Laserdiode;
7 zeigt Details eines Master Oscillator Power Amplifier (MOPA) in einer Ausführungsform;
8 zeigt einen optischen Frequenzschieber mit einem integrierten Dual I&Q Mach-Zehnder Modulator (MZM);
9 zeigt einen optischen Frequenzschieber in einer alternativen Ausführungsform;
10 zeigt eine alternative Konfiguration von Freiraumoptik und MEMS-Scanner zur Verwendung mit dem Lidar-System von 2;
11 zeigt eine alternative Konfiguration von Freiraumoptik und MEMS-Scanner zur Verwendung mit dem Lidar-System von 2;
12 zeigt eine schematische Darstellung eines Lidarsystems mit zusätzlicher Elektronik zur Signalverarbeitung;
13 zeigt ein Lidarsystem mit einem integrierten elektronischen Verstärker; und
14 zeigt einen Laser zur Verwendung in einem photonischen Chip mit einem photonischen Verstärker, der zur Verstärkung eines lokalen Oszillatorstrahls verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Es ist zu verstehen, dass in den Figuren entsprechende Bezugszeichen gleichartige oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt 1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 100, das für die Verwendung mit einem Lidarsystem von 2 geeignet ist. Das Lidar-System 200 erzeugt einen gesendeten Lichtstrahl 102, der auf ein Objekt 110 gerichtet ist. Das Objekt 110 kann jedes beliebige Objekt außerhalb des Fahrzeugs 100 sein, wie z.B. ein anderes Fahrzeug, ein Fußgänger, ein Telefonmast, etc. Der reflektierte Lichtstrahl 104, der durch die Wechselwirkung zwischen dem Objekt 110 und dem gesendeten Lichtstrahl 102 entsteht, wird am Lidar-System 200 zurück empfangen. Ein Prozessor 106 steuert verschiedene Funktionen des Lidar-Systems 200, wie z.B. das Steuern einer Lichtquelle des Lidar-Systems 200, etc. Der Prozessor 106 empfängt ferner Daten vom Lidar-System 200 bezüglich der Unterschiede zwischen dem gesendeten Lichtstrahl 102 und dem reflektierten Lichtstrahl 104 und bestimmt aus diesen Daten verschiedene Parameter des Objekts. Die verschiedenen Parameter können eine Entfernung oder Reichweite des Objekts 110, Azimutposition, Höhe, Doppler (Geschwindigkeit) des Objekts usw. beinhalten. Das Fahrzeug 100 kann ferner ein Navigationssystem 108 beinhalten, das diese Parameter verwendet, um das Fahrzeug 100 in Bezug auf das Objekt 110 zu navigieren, um den Kontakt mit dem Objekt 110 zu vermeiden. Obwohl in Bezug auf das Fahrzeug 100 besprochen, kann das Lidar-System 200 mit anderen Geräten in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, einschließlich Fahrwerksregelungen und Vorwärts- oder Vorkonditionierungsfahrzeug für raue Straßen.
2 zeigt eine detaillierte Darstellung eines exemplarischen Lidarsystems 200, das für die Verwendung mit dem Fahrzeug von 1 geeignet ist. Das Lidar-System 200 beinhaltet eine Integrationsplattform 240, die eine Siliziumplattform sein kann, und verschiedene befestigte Komponenten. Auf der Integrationsplattform 240 sind ein photonischer Chip 202, eine Freiraumoptik 204 und ein mikroelektromechanischer (MEMS) Scanner 206 angeordnet.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der photonische Chip 202 Teil eines Scanning Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) Lidar. Der photonische Chip 202 kann ein siliziumhaltiger photonischer Chip in verschiedenen Ausführungsformen sein. Der photonische Chip 202 kann eine Lichtquelle, einen Hohlleiter und mindestens einen Photodetektor beinhalten. In einer Ausführungsform beinhaltet der photonische Chip 202 eine Lichtquelle, wie beispielsweise einen Laser 210, einen ersten Hohlleiter 212 (hierin auch als lokaler Oszillatorhohlleiter bezeichnet), einen zweiten Hohlleiter 214 (hierin auch als Rücklaufsignalhohlleiter bezeichnet) und einen Satz von Photodetektoren 216a und 216b. Der photonische Chip 202 beinhaltet weiterhin einen oder mehrere Kantenkoppler 218, 220 zum Steuern der Lichteinkopplung in zugehörige Hohlleiter. Die Kantenkoppler können Punktgrößenwandler, Gitter oder jede andere geeignete Vorrichtung zum Übergang von Licht zwischen Freiraumausbreitung und Ausbreitung in einem Hohlleiter sein. An einer ausgewählten Stelle nähern sich der erste Hohlleiter 212 und der zweite Hohlleiter 214 einander an, um einen Multimode Interferenz (MMI)-Koppler 226 zu bilden.
Der Laser 210 ist ein integrierter Bestandteil des photonischen Chips 202. Der Laser 210 kann jeder Einzelfrequenzlaser sein, der frequenzmoduliert werden kann und Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge erzeugen kann, wie beispielsweise einer Wellenlänge, die für das menschliche Auge als sicher gilt (z.B. 1550 Nanometer (nm)). Der Laser 210 beinhaltet eine vordere Facette 210a und eine hintere Facette 210b. Ein Großteil der Energie des Lasers 210 wird über die vordere Facette 210a und eine erste Öffnung 222 (Transmissionsöffnung) des photonischen Chips 202 in den freien Raum übertragen. Ein relativ kleiner Prozentsatz der Energie aus dem Laser, auch Leckageenergie genannt, verlässt den Laser 210 über die hintere Facette 210b und wird in den ersten Hohlleiter 212 geleitet.
Die als lokaler Oszillatorstrahl verwendete Leckagenergie kann variieren und somit die Messungen in Bezug auf den Parameter des Objekts 110 beeinflussen. Um die Leistung des lokalen Oszillatorstrahls zu steuern, kann ein variables Dämpfungsglied im Lichtweg des lokalen Oszillatorhohlleiters verwendet werden. Wenn die Leistung des lokalen Oszillatorstrahls einen ausgewählten Leistungsschwellenwert überschreitet, kann das Dämpfungsglied aktiviert werden, um den lokalen Oszillatorstrahl zu begrenzen. Alternativ kann am Laser 210 eine Steuerspannung verwendet werden, um die Verstärkung des Lasers 210 an der hinteren Facette 210b des Lasers zu steuern. Die Steuerspannung kann verwendet werden, um die Strahlung oder Leckageenergie an der hinteren Facette 210b zu erhöhen oder zu verringern.
Der erste Hohlleiter 212 stellt einen optischen Weg zwischen der hinteren Facette 210b des Lasers 210 und den Photodetektoren 216a, 216b zur Verfügung. Ein Ende des ersten Hohlleiters 212 ist über den ersten Kantenkoppler 218 mit der hinteren Facette 210b des Lasers 210 gekoppelt. Die Leckageenergie aus der hinteren Facette 210b wird über den ersten Kantenkoppler 218 in den ersten Hohlleiter 212 geleitet.
Der zweite Hohlleiter 214 stellt einen optischen Weg zwischen einer zweiten Apertur 224, auch Empfängerapertur genannt, des photonischen Chips 202 und den Photodetektoren 216a, 216b zur Verfügung. Der zweite Kantenkoppler 220 an der zweiten Öffnung 224 fokussiert den einfallenden reflektierten Lichtstrahl 104 in den zweiten Hohlleiter 214.
Der erste Hohlleiter 212 und der zweite Hohlleiter 214 bilden einen Multimode Interferenz (MMI)-Koppler 226 an einer Stelle zwischen ihren jeweiligen Öffnungen (222, 224) und den Photodetektoren (216a, 216b). Licht im ersten Hohlleiter 212 und Licht im zweiten Hohlleiter 214 stören sich gegenseitig am MMI-Koppler 226 und die Ergebnisse der Störung werden an den Photodetektoren 216a und 216b erfasst. Messungen an den Photodetektoren 216a und 216b werden dem Prozessor 106, 1 zur Verfügung gestellt, der verschiedene Eigenschaften des reflektierten Lichtstrahls 104 und damit verschiedene Parameter des Objekts 110 bestimmt, 1. Die Photodetektoren 216a und 216b wandeln das Lichtsignal (d.h. Photonen) in ein elektrisches Signal (d.h. Elektronen) um. Das elektrische Signal erfordert im Allgemeinen eine zusätzliche Signalverarbeitung wie Verstärkung, Umwandlung von einem elektrischen Stromsignal in ein elektrisches Spannungssignal und Umwandlung von einem analogen Signal in ein diskretes digitales Signal, bevor es dem Prozessor 106 bereitgestellt wird.
Die Freiraumoptik 204 beinhaltet eine Kollimatorlinse 228, eine Fokussierlinse 230, einen optischen Zirkulator 232 und einen Drehspiegel 234. Die Kollimatorlinse 228 ändert die Krümmung des gesendeten Lichtstrahls 102 von einem divergierenden Strahl (beim Verlassen der vorderen Facette 210a des Lasers 210b in einen kollimierten oder parallelen Lichtstrahl). Der optische Zirkulator 232 steuert eine Richtung des gesendeten Lichtstrahls 102 und des reflektierten Lichtstrahls 104. Der optische Zirkulator 232 lenkt den gesendeten Lichtstrahl 102 ohne Winkelabweichung nach vorne und lenkt den einfallenden oder reflektierten Lichtstrahl 104 um einen gewählten Winkel. In verschiedenen Ausführungsformen ist der gewählte Winkel ein 90-Grad-Winkel, aber es kann jeder geeignete Winkel erreicht werden. Der reflektierte Lichtstrahl 104 wird am Drehspiegel 234 auf die Fokussierlinse 230 gerichtet. Die Fokussierlinse 230 verändert die Kurven des reflektierten Lichtstrahls 104 von einem im Wesentlichen parallelen Lichtstrahl in einen konvergierenden Lichtstrahl. Die Fokussierlinse 230 ist in einem Abstand von der zweiten Öffnung 224 angeordnet, der die Konzentration des reflektierten Lichtstrahls 104 auf die zweite Kantenkupplung 220 an der zweiten Öffnung 224 ermöglicht.
Der MEMS-Scanner 206 beinhaltet einen Spiegel 236 zum Abtasten des gesendeten Lichtstrahls 102 über eine Vielzahl von Winkeln. In verschiedenen Ausführungsformen kann sich der Spiegel 236 um zwei Achsen drehen und so den gesendeten Lichtstrahl 102 über einen ausgewählten Bereich abtasten. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die Spiegelachsen eine schnelle Achse mit einem Abtastwinkel von etwa 50 Grad und eine quasistatische langsame Achse mit einem Abtastwinkel von etwa 20 Grad. Der MEMS-Scanner 206 kann den gesendeten Lichtstrahl in eine ausgewählte Richtung lenken und empfängt einen reflektierten Lichtstrahl 104 aus der gewählten Richtung.
3 zeigt eine Seitenansicht des Lidarsystems 200 aus 2. Die Integrationsplattform 240 beinhaltet den photonischen Chip 202, der auf einer Oberfläche der Integrationsplattform 240 angeordnet ist. Die Integrationsplattform 240 beinhaltet eine Tasche 242, in der ein optischer Submount 244 angeordnet werden kann. Die Freiraumoptik 204 und der MEMS-Scanner 206 können auf dem optischen Submount 244 montiert werden und der optische Submount kann in der Tasche 242 ausgerichtet werden, um die Kollimatorlinse 228 mit der ersten Öffnung 222 des photonischen Chips 202 auszurichten und die Fokussierlinse 230 mit der zweiten Öffnung 224 des photonischen Chips auszurichten. Der optische Submount 244 kann aus einem Material hergestellt werden, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Integrationsplattform 240 entspricht oder im Wesentlichen entspricht, um die Ausrichtung zwischen der Freiraumoptik 204 und dem photonischen Chip 202 aufrechtzuerhalten. Die Integrationsplattform 240 kann mit einer Leiterplatte 246 gekoppelt werden. Die Leiterplatte 246 beinhaltet verschiedene Elektronik für den Betrieb der Komponenten des Lidar-Systems 200, einschließlich der Steuerung des Lasers 210, 2 des photonischen Chips 202, der Steuerung der Schwingungen des Spiegels 236, des Empfangs von Signalen der Photodetektoren 216a und 216b und der Verarbeitung der Signale, um verschiedene Eigenschaften des reflektierten Lichtstrahls 104 zu bestimmen und damit verschiedene Parameter des Objekts 110, 1, die dem reflektierten Lichtstrahl zugeordnet sind, zu bestimmen.
Die Verwendung eines optischen Submounts 244 ist eine mögliche Implementierung für eine Ausführungsform der Integrationsplattform 240. In einer weiteren Ausführungsform wird kein optischer Submount 244 verwendet und die Freiraumoptik 204 und der MEMS-Spiegel 236 sind direkt auf der Integrationsplattform 240 angeordnet.
4 zeigt einen alternativen photonischen Chip 400, der mit dem Lidar-System 200 anstelle des photonischen Chips 202 von 2 verwendet werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen ist der photonische Chip 400 Teil eines Scanning Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) Lidar und kann ein photonischer Chip aus Silizium sein. Der photonische Chip 400 beinhaltet eine kohärente Lichtquelle, wie beispielsweise einen Laser 210, der ein integrierter Bestandteil des photonischen Chips 400 ist. Der Laser 210 kann jeder einzelne Frequenzlaser sein, der frequenzmoduliert werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt der Laser 210 Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge, wie beispielsweise einer für das menschliche Auge sicheren Wellenlänge (z.B. 1550 Nanometer (nm)). Der Laser beinhaltet eine vordere Facette 210a, aus der ein Großteil der Laserenergie aus dem Laser 210 austritt, und eine hintere Facette 210b, aus der eine Leckageenergie austritt. Die Energie, die aus der hinteren Facette 210b austritt, kann mit einem Photodetektor (nicht dargestellt) gekoppelt werden, um die Leistung des Lasers 210 zu überwachen. Die vordere Facette 210a des Lasers 210 ist über einen lasergesicherten Kantenkoppler 406, der das Licht vom Laser 210 empfängt, mit einem Senderhohlleiter 404 gekoppelt. Der Senderhohlleiter 404 leitet das Licht von der vorderen Facette 210a des Lasers 210 aus dem photonischen Chip 400 über einen Sendekantenkoppler 420 als gesendeten Lichtstrahl 102.
Ein lokaler Oszillator (LO)-Hohlleiter 408 ist optisch mit dem Sender-Hohlleiter 404 über einen Richtkoppler/Splitter oder einen Multimode-Interferenz (MMI)-Koppler/Splitter 410 gekoppelt, der sich zwischen dem Laser 210 und dem Übertragungs-Kantenkoppler 420 befindet. Der Richtungs- oder MMI-Koppler/Splitter 410 teilt das Licht des Lasers 210 in den sich im Senderhohlleiter 404 weiter ausbreitenden gesendeten Lichtstrahl 102 und einen sich im Lokaloszillatorhohlleiter 408 ausbreitenden Lokaloszillatorstrahl. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Teilungsverhältnis von 90% für den gesendeten Lichtstrahl 102 und 10% für den lokalen Oszillatorstrahl betragen. Die Leistung eines lokalen Oszillatorstrahls im lokalen Oszillatorhohlleiter 408 kann durch Verwendung eines variablen Dämpfungsglieds im LO-Hohlleiter 408 oder durch Verwendung einer Steuerspannung am Laser 210 gesteuert werden. Der lokale Oszillatorstrahl ist auf die zwei symmetrischen Photodetektoren 216a, 216b gerichtet, die Strahlmessungen durchführen und die Lichtsignale in elektrische Signale zur Verarbeitung umwandeln.
Der einfallende oder reflektierte Lichtstrahl 104 tritt über den Empfängerhohlleiter 414 über einen Empfänger-Kantenkoppler 422 in den photonischen Chip 400 ein. Der Empfängerhohlleiter 414 lenkt den reflektierten Lichtstrahl 104 vom Empfänger-Kantenkoppler 422 auf den dualsymmetrischen Photodetektor 216a, 216b. Der Empfängerhohlleiter 414 ist optisch mit dem lokalen Oszillatorhohlleiter 408 an einem Richtungs- oder MMI-Koppler/Kombinierer 412 gekoppelt, der sich zwischen dem Empfänger-Kantenkoppler 422 und den Photodetektoren 216a, 216b befindet. Der lokale Oszillatorstrahl und der reflektierte Lichtstrahl 104 interagieren miteinander am Richtungs- oder MMI-Koppler/Kombinierer 412, bevor sie am dualsymmetrischen Photodetektor 216a, 216b empfangen werden. In verschiedenen Ausführungsformen sind der Senderhohlleiter 404, der Lokaloszillatorhohlleiter 408 und der Empfängerhohlleiter 414 optische Fasern.
5 zeigt einen weiteren alternativen photonischen Chip 500, der anstelle des photonischen Chips 202 aus 2 verwendet werden kann. Der alternative photonische Chip 500 hat ein Design, bei dem der Laser 210 nicht auf dem photonischen Chip 500 integriert ist. Der photonische Chip 500 beinhaltet einen ersten Hohlleiter 502 zur Ausbreitung eines lokalen Oszillatorstrahls innerhalb des photonischen Chips 500 und einen zweiten Hohlleiter 504 zur Ausbreitung eines reflektierten Lichtstrahls 104 innerhalb des photonischen Chips 500. Ein Ende des ersten Hohlleiters 502 ist mit einem ersten Kantenkoppler 506 gekoppelt, der sich an einer ersten Öffnung 508 des photonischen Chips 500 befindet, und der erste Hohlleiter 502 leitet das Signal zu den Photodetektoren 216a und 216b. Ein Ende des zweiten Hohlleiters 504 ist mit einem zweiten Kantenkoppler 510 gekoppelt, der sich an einer zweiten Öffnung 512 befindet, und der zweite Hohlleiter 504 leitet das Signal zu den Photodetektoren 216a, 216b. Der erste Hohlleiter 502 und der zweite Hohlleiter 504 nähern sich einander an einer Stelle zwischen ihren jeweiligen Kantenkopplern 506, 510 und den Photodetektoren 216a, 216b, um einen MMI-Koppler 514 zu bilden, in dem sich der lokale Oszillatorstrahl und der reflektierte Lichtstrahl 104 gegenseitig stören.
Der Laser 210 ist off-chip (d.h. nicht in den photonischen Chip 500 integriert) und ist mit seiner hinteren Facette 210b auf den ersten Kantenkoppler 506 ausgerichtet. Der Laser 210 kann jeder einzelne Frequenzlaser sein, der frequenzmoduliert werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt der Laser 210 Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge, wie beispielsweise einer für das menschliche Auge sicheren Wellenlänge (z.B. 1550 Nanometer (nm)). Eine Fokussierlinse 520 ist zwischen der hinteren Facette 210b und der ersten Öffnung 508 angeordnet und fokussiert den Leckagestrahl von der Rückseite 210b auf die erste Kantenkupplung 506, so dass der Leckagestrahl in den ersten Hohlleiter 502 als lokaler Oszillatorstrahl eintritt. Die Leistung eines lokalen Oszillatorstrahls im ersten Hohlleiter 502 kann durch die Verwendung eines variablen Dämpfungsglieds im ersten Hohlleiter 502 oder durch die Verwendung einer Steuerspannung am Laser 210 gesteuert werden. Licht, das über die vordere Facette 210a aus dem Laser 210 austritt, wird als gesendeten Lichtstrahl 102 verwendet und über ein Sichtfeld des Freiraums gerichtet, um von einem Objekt 110, 1 im Sichtfeld reflektiert zu werden. Der reflektierte Lichtstrahl 104 wird am zweiten Kantenkoppler 510 über eine geeignete Freiraumoptik empfangen (nicht dargestellt).
6 zeigt eine verjüngte Distributed Bragg Reflection (DBR) Laserdiode 600. Die DBR Laserdiode 600 kann als Laser 210 für die photonischen Chips 202, 400 und 500 des Lidar-Systems 200 verwendet werden. Die DBR Laserdiode 600 beinhaltet einen hochreflektierenden DBR-Rückspiegel 602 an einer Rückseite 610b der DBR Laserdiode, einen weniger reflektierenden Frontspiegel 606 an einer Vorderseite 610a der DBR Laserdiode und einen konischen Verstärkungsabschnitt 604 zwischen dem DBR-Rückspiegel 602 und dem Frontspiegel 606. Der DBR-Rückspiegel 602 beinhaltet abwechselnd Bereiche von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Strom oder Energie kann am konischen Verstärkungsabschnitt 604 angelegt werden, um Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge zu erzeugen.
7 zeigt Details eines Master Oscillator Power Amplifier (MOPA) 700 in einer Ausführungsform. Der MOPA 700 kann als Laser 210 für die photonischen Chips 202, 400 und 500 des Lidar-Systems 200 verwendet werden.
Der MOPA 700 beinhaltet einen hochreflektierenden DBR-Rückspiegel 702 an einer hinteren Facette 710b und einen weniger reflektierenden DBR-Frontspiegel 708 an der vorderen Facette 710a. Zwischen dem Rückspiegel 702 und dem Frontspiegel 708 befinden sich ein Phasenabschnitt 704 und ein Verstärkungsabschnitt 706. Der Phasenabschnitt 704 stellt die Modi des Lasers ein und der Verstärkungsabschnitt 706 beinhaltet ein Verstärkungsmedium zur Erzeugung von Licht bei einer ausgewählten Wellenlänge. Das aus dem Frontspiegel 708 austretende Licht durchläuft einen Verstärkerabschnitt 710, der die Lichtintensität erhöht.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der Laser eine Ausgangsleistung von 300 MilliWatt (mW) auf der Vorderseite und eine Ausgangsleistung der Rückseite von etwa 3 mW auf, wobei eine Linienbreite von weniger als etwa 100 Kilohertz (kHz) eingehalten wird. Der MOPA 700 hat zwar ein komplizierteres Design als die DBR-Laserdiode 600, ist aber oft zuverlässiger bei der Erzeugung der erforderlichen optischen Leistung an der Vorderseite, während der Einzelfrequenzbetrieb und der Einzelraumbetrieb erhalten bleiben.
8 zeigt einen optischen Frequenzschieber 800 mit einem integrierten Dual I&Q Mach-Zehnder Modulator (MZM) 804. Der optische Frequenzschieber 800 kann verwendet werden, um eine Frequenz oder Wellenlänge eines lokalen Oszillatorstrahls zu ändern, um Mehrdeutigkeiten bei Messungen des reflektierten Lichtstrahls 104 zu reduzieren. Der optische Frequenzschieber 800 beinhaltet einen Eingangshohlleiter 802, der dem MZM 804 Licht mit einer ersten Wellenlänge/Frequenz, im Folgenden auch als Diodenwellenlänge/Frequenz (λ_D/f_D) bezeichnet, liefert. Der optische Frequenzschieber 800 beinhaltet weiterhin einen Ausgangshohlleiter 806, der Licht mit verschobener Wellenlänge/Frequenz (λ_D-λ_m/f_D+f_m) vom MZM 804 empfängt. λ_m und fm sind die Wellenlängenverschiebung bzw. die Frequenzverschiebung, die dem Licht durch das MZM 804 vermittelt wird.
Beim MZM 804 wird das Licht des Eingangshohlleiters 802 in mehrere Zweige aufgeteilt. In verschiedenen Ausführungsformen gibt es vier Zweige zum MZM 804. Jeder Zweig beinhaltet einen optischen Pfadschieber 808, mit dem die Länge des optischen Pfades vergrößert oder verkleinert und damit die Phasenverzögerung entlang des ausgewählten Zweigs geändert werden kann. Ein ausgewählter optischer Pfadschieber 808 kann ein Heizelement sein, das den Zweig erwärmt, um die Länge des Zweigs aufgrund von thermischer Ausdehnung oder Kontraktion zu vergrößern oder zu verkleinern. Es kann eine Spannung angelegt werden, um den optischen Pfadschieber 808 und damit die Zunahme der Abnahme der Länge des optischen Pfades zu steuern. Somit kann ein Bediener oder Prozessor den Wert der Wellenlängen/Frequenzveränderung (λ_m/f_m) und damit die verschobene Wellenlänge/Frequenz (λ_D-λ_m/f_D+f_m) im Ausgangshohlleiter 806 steuern.
9 zeigt einen optischen Frequenzschieber 900 in einer alternativen Ausführungsform. Der optische Frequenzschieber 900 beinhaltet einen einzelnen Mach-Zehnder Modulator (MZM) 904 und einen High-Q Ring Resonator Optischen Filter 908. Das einzelne MZM 904 weist zwei Zweige von Hohlleitern auf, die jeweils einen optischen Pfadschieber 910 aufweisen. Ein Eingangshohlleiter 902 leitet das Licht mit einer Betriebswellenlänge/Frequenz in das einzelne MZM 904 (λ_D/f_D), wobei das Licht auf die Zweige des einzelnen MZM 904 verteilt wird. Die optischen Pfadschieber 910 werden aktiviert, um dem Licht eine Änderung der Frequenz/Wellenlänge (λ_m/f_m) zu verleihen. Das Licht des MZM 904 durchläuft den optischen Filter 908 über den Ausgangshohlleiter 906, um die vom einzelnen MZM 904 erzeugten Oberwellen zu reduzieren. In verschiedenen Ausführungsformen hat das über den optischen Filter 908 austretende Licht Wellenlänge/Frequenz (λ_D-λ_m/f_D+f_m).
In verschiedenen Ausführungsformen verschiebt der optische Frequenzschieber (800, 900) die optische Frequenz des lokalen Oszillatorstrahls um bis zu etwa 115 Megahertz (Mhz). Der integrierte Dual I&Q MZM 804 ist in der Lage, ein breites Spektrum an optischen Verschiebungen zu erreichen, z.B. um mehr als 1 Gigahertz (GHz) bei gleichzeitig nur geringem Oberwellenpegel (d.h. < -20 dB). Häufig wird der integrierte Dual I&Q MZM 804 über den integrierten Single MZM und HighQ Ring Resonator Optical Filter 908 gewählt, obwohl sein Design komplexer ist.
10 zeigt eine alternative Konfiguration 1000 von Freiraumoptik 204 und MEMS-Scanner 206 zur Verwendung mit dem Lidar-System 200, 2. Die Freiraumoptik beinhaltet die Kollimatorlinse 228, die Fokussierlinse 230, den optischen Zirkulator 232 und den Drehspiegel 234 wie in 2 dargestellt. Die Freiraumoptik beinhaltet weiterhin einen Drehspiegel 1002, der den gesendeten Lichtstrahl 102 vom optischen Zirkulator 232 auf den Spiegel 236 des MEMS-Scanners 206 und den reflektierten Lichtstrahl 104 vom Spiegel 236 des MEMS-Scanners 206 auf den optischen Zirkulator 232 lenkt. Der Drehspiegel kann das Licht aus der Ebene der Freiraumoptik ablenken und eine Vielzahl von Drehspiegeln in verschiedenen Ausführungsformen aufnehmen.
11 zeigt eine alternative Konfiguration 1100 der Freiraumoptik 204 und des MEMS-Scanners 206 zur Verwendung mit dem Lidar-System 200, 2. Die Freiraumoptik beinhaltet eine einzelne Kollimator- und Fokussierlinse 1102, einen doppelbrechenden Keil 1104, einen Faraday-Rotator 1106 und einen Drehspiegel 1108. Die Kollimator- und Fokussierlinse 1102 kollimiert den in eine Richtung verlaufenden gesendeten Lichtstrahl 102 und fokussiert den in die entgegengesetzte Richtung verlaufenden reflektierten Lichtstrahl 104. Der doppelbrechende Keil 1104 ändert den Weg eines Lichtstrahls in Abhängigkeit von einer Polarisationsrichtung des Lichtstrahls. Der Faraday-Rotator 1106 beeinflusst die Polarisationsrichtungen der Lichtstrahlen. Aufgrund der Konfiguration des doppelbrechenden Keils 1104 und des Faraday-Rotors 1106 wird der transmittierte Lichtstrahl 102 mit einer ersten Polarisationsrichtung auf den doppelbrechenden Keil 1104 und der reflektierte Lichtstrahl 104 auf den doppelbrechenden Keil 1104 mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die sich von der ersten Polarisationsrichtung unterscheidet, im Allgemeinen durch eine 90-Grad-Drehung der ersten Polarisationsrichtung, aufgebracht. Somit kann der gesendete Lichtstrahl 102 bei einer ersten Öffnung 1110 aus dem photonischen Chip austreten und am Spiegel 236 des MEMS-Scanners 206 in die gewählte Richtung abgelenkt werden. Unterdessen wird der reflektierte Lichtstrahl 104, der sich als gesendeter Lichtstrahl 102 am MEMS-Scanner 206 in die entgegengesetzte Richtung bewegt, in eine andere Richtung umgelenkt, die auf eine zweite Öffnung 1112 des photonischen Chips gerichtet ist.
Ein Drehspiegel 1108 lenkt den gesendeten Lichtstrahl 102 vom Faraday-Rotator 1106 auf den Spiegel 236 des MEMS-Scanners 206 und lenkt den reflektierten Lichtstrahl 104 vom Spiegel 236 des MEMS-Scanners 206 auf den Faraday-Rotator 1106. Der Drehspiegel 1008 kann das Licht aus der Ebene der Freiraumoptik ablenken und eine Vielzahl von Drehspiegeln in verschiedenen Ausführungsformen aufnehmen.
12 zeigt eine schematische Darstellung für ein Lidar-System 1200 mit zusätzlicher Elektronik zur Signalverarbeitung. Das Lidar-System 1200 beinhaltet einen photonischen Chip 1202, einen Transimpedanzverstärker (TIA) 1204 und die Nachbearbeitungselektronik 1206. Der photonische Chip 1202 kann jeder der in 2-5 dargestellten photonischen Chips in verschiedenen Ausführungsformen sein. Obwohl der photonische Chip 1202 Komponenten wie Laser, Hohlleiter, Zirkulator usw. beinhalten kann, sind in 12 zur besseren Veranschaulichung nur die einen oder mehreren Photodetektoren 1216a und 1216b des photonischen Chips 1202 dargestellt. Die Photodetektoren 1216a und 1216b empfangen ein kombiniertes optisches Signal, das eine Kombination aus einem lokalen Oszillatorstrahl und einem reflektierten Lichtstrahl ist. Der lokale Oszillatorstrahl ist mit einem gesendeten Lichtstrahl verbunden, der auf dem photonischen Chip erzeugt wird. Der reflektierte Lichtstrahl ist oft eine Reflexion des gesendeten Lichtstrahls von einem Objekt.
Die Photodetektoren 1216a und 1261b empfangen die kombinierten Lichtstrahlen und erzeugen als Reaktion ein elektrisches Signal als Ausgang. Das elektrische Signal wird am TIA 1204 empfangen. Das elektrische Signal ist ein analoges Signal in verschiedenen Ausführungsformen. Der TIA 1204 verstärkt das elektrische Signal und sendet das verstärkte Signal an die Nachbearbeitungselektronik 1206. TIA 1204 ermöglicht das Auslesen des im photonischen Chip 1202 erzeugten Signals und wandelt das elektrische Signal in ein für die Postprozessor-Elektronik geeignetes Format um. Die Nachbearbeitungselektronik 1206 kann einen Analog-Digital-Wandler beinhalten, der das Analogsignal vom TIA 1204 in ein digitales Signal umwandelt. Die Nachbearbeitungselektronik 1206 kann das digitale Signal weiter abtasten und verschiedene Berechnungen zur Bestimmung eines Parameters eines Objekts durchführen. In der Ausführungsform von 12 ist die TIA 1204 eine Komponente, die vom photonischen Chip 1202 getrennt ist. In weiteren Ausführungsformen kann die TIA ein integrierter Bestandteil des photonischen Chips sein.
13 zeigt ein Lidarsystem 1300 mit einem integrierten elektronischen Verstärker. Das Lidar-System 1300 beinhaltet einen photonischen Chip 1302, der verschiedene optische Elemente beinhaltet, wie z.B. einen Laser, Lichthohlleiter, optischen Splitter, optischen Kombinierer, etc. Der photonische Chip beinhaltet weiterhin die Photodetektoren 1316a und 1316b. Diese Elemente werden im Allgemeinen während eines Herstellungsprozesses auf einem Wafersubstrat gebildet.
Der photonische Chip 1302 beinhaltet weiterhin einen Transimpedanzverstärker (TIA) 1304 als integrierte Komponente. Mit anderen Worten, der TIA 1304 wird während der Herstellung des photonischen Chips 1302 auf dem gleichen Wafersubstrat wie der Laser, der optische Hohlleiter-Splitter, der optische Kombinator usw. gebildet. Alternativ kann der TIA 1304 ein Bauteil aus einem anderen Material als das des Wafersubstrats sein und bei der Herstellung des photonischen Chips 1302 auf den photonischen Chip 1302 integriert werden. Der TIA 1304 empfängt das elektrische Signal von den Photodetektoren 1316a und 1316b und verstärkt das elektrische Signal zur Verarbeitung an der Nachbearbeitungselektronik 1306, die eine Off-Chip-Komponente sein kann. Die Integration des TIA 1304 in den photonischen Chip 1302 verbessert die elektrische Kopplung zwischen den Photodetektoren 1316a und 1316b und dem TIA 1304 in Bezug auf einen Off-Chip TIA 1204, 12. Die Integration des TIA 1304 auf dem photonischen Chip 1302 senkt den Rauschpegel des elektrischen Signals und ermöglicht so einen weitreichenden Lidarbetrieb.
14 zeigt einen Laser 1400 zur Verwendung in einem photonischen Chip mit einem photonischen Verstärker, der zur Verstärkung eines lokalen Oszillatorstrahls verwendet werden kann. Der Laser 1400 beinhaltet einen oszillierenden Bereich 1402, der an zwei gegenüberliegenden Enden von einem Frontspiegel 1404 und einem Rückspiegel 1406 umgeben ist. Der oszillatorische Bereich 1402 führt Laseraktionen wie die stimulierte Anregung von Photonen durch. Ein gesendeter Lichtstrahl 102 verlässt den Schwingungsbereich 1402 über den Frontspiegel 1404 und durchläuft einen ersten Verstärkerbereich (AMP) 1408. Der erste Verstärkerbereich 1408 verstärkt den gesendeten Lichtstrahl 102 vor dem Austritt des gesendeten Lichtstrahls 102 in den Freiraum, um mit verschiedenen Objekten zu interagieren.
Eine Leckageenergie 1412 verlässt über den Rückspiegel 1406 den Schwingungsbereich 1402 und tritt in einen zweiten Verstärkerbereich (AMP2) 1410 ein. Die Leckageenergie 1412 ist kohärent mit dem gesendeten Lichtstrahl 102. Der zweite Verstärkerbereich 1410 ist unabhängig vom ersten Verstärkerbereich 1408 und kann unabhängig vom ersten Verstärkerbereich 1408 gesteuert werden. Insbesondere kann mit einer Steuereinheit 1414 eingestellt werden, inwieweit der zweite Verstärkerbereich 1410 einen Streulichtstrahl 1412 verstärkt. Der zweite Verstärkerbereich 1410 kann ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke beinhalten, die basierend auf einer an den zweiten Verstärkerbereich 1410 angelegten Vorspannung über die Steuereinheit 1414 einstellbar ist. Die Leckageenergie 1412 wird im zweiten Verstärkerbereich 1410 verstärkt, um einen verstärkten lokalen Oszillatorstrahl 1418 zu erzeugen. Der verstärkte lokale Oszillatorstrahl 1418 tritt über den Kantenkoppler 1420 in den lokalen Oszillatorhohlleiter ein und verbindet sich mit dem reflektierten Lichtstrahl an der Kupplung 1422. Somit wird der verstärkte lokale Oszillatorstrahl 1418 mit dem reflektierten Strahl 104 an der Kupplung 1422 kombiniert, was zu einem elektrischen Signalausgang durch die Photodetektoren 1416a und 1416b mit einem erhöhten Signal-Rausch-Verhältnis in Bezug auf ein elektrisches Signal führt, das mit einem unverstärkten lokalen Oszillatorstrahl erhalten wird.
Obwohl die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, wird von den Fachleuten verstanden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente durch Elemente davon ersetzt werden können, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass sich die vorliegende Offenbarung nicht auf die einzelnen offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern alle in den Anwendungsbereich fallenden Ausführungsformen umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62743253 [0001]

Claims

Beansprucht wird:
Ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts, umfassend: Richten eines gesendeten Lichtstrahls von einem photonischen Chip; Empfangen eines reflektierten Lichtstrahls am photonischen Chip, wobei der reflektierte Lichtstrahl eine Reflexion des gesendeten Lichtstrahls vom Objekt ist; Verstärken eines Signals das zu dem reflektierten Lichtstrahl gehört, und Bestimmen eines Parameters des Objekts an einem Prozessor unter Verwendung des verstärkten Signals.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verstärken des Signals das zu dem reflektierten Lichtstrahl gehört ferner das Verstärken eines lokalen Oszillatorstrahls umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Verstärken des lokalen Oszillatorstrahls unter Verwendung eines Photonenverstärkers, der für Leckageenergie von einem Laser des photonischen Chips, der den gesendeten Lichtstrahl erzeugt, aufnahmebereit ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Koppeln des verstärkten lokalen Oszillatorstrahls mit dem reflektierten Lichtstrahl, das Erhalten eines Ausgangssignals an einem Photodetektor, der für den gekoppelten verstärkten lokalen Oszillatorstrahl und den reflektierten Lichtstrahl aufnahmebereit ist, und das Bestimmen des Parameters des Objekts aus dem Ausgangssignal.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verstärken des Signals, das zu dem reflektierten Lichtstrahl gehört, ferner das Verstärken eines elektrischen Signals über einen elektronischen Verstärker umfasst, das von einem Photodetektor ausgegeben wird, der für den reflektierten Lichtstrahl aufnahmebereit ist, wobei der elektronische Verstärker einer von folgenden ist: eine integrierte Komponente des photonischen Chips; und eine von dem photonischen Chip getrennte Komponente.
Ein photonischer Chip, umfassend: einen oder mehrere Photodetektoren, die für ein optisches Signal aufnahmebereit sind und zum Erzeugen eines elektrischen Signals als Reaktion auf das optische Signal betrieben werden können; einen Verstärker, der konfiguriert ist, um ein verstärktes Ausgangssignal des einen oder der mehreren Photodetektoren bereitzustellen.
Der photonische Chip nach Anspruch 6, wobei der Verstärker konfiguriert ist, um einen lokalen Oszillatorstrahl zu verstärken, der mit einem reflektierten Lichtstrahl gekoppelt ist, um das an einem oder mehreren Photodetektoren empfangene optische Signal zu bilden.
Der photonische Chip nach Anspruch 7, wobei der Verstärker ein Element eines Lasers des photonischen Chips ist, der für eine Leckageenergie aus dem Laser aufnahmebereit ist.
Der photonische Chip nach Anspruch 8, wobei der Laser einen gesendeten Lichtstrahl erzeugt und der reflektierte Lichtstrahl eine Reflexion des gesendeten Lichtstrahls von einem Objekt ist.
Der photonische Chip nach Anspruch 6, wobei der Verstärker ein in den photonischen Chip integrierter elektronischer Verstärker ist, der für das an dem einen oder den mehreren Photodetektoren erzeugte elektrische Signal aufnahmebereit ist.