RU2729979C1 - Устройство для оптического сканирования - Google Patents
Устройство для оптического сканирования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729979C1 RU2729979C1 RU2019120785A RU2019120785A RU2729979C1 RU 2729979 C1 RU2729979 C1 RU 2729979C1 RU 2019120785 A RU2019120785 A RU 2019120785A RU 2019120785 A RU2019120785 A RU 2019120785A RU 2729979 C1 RU2729979 C1 RU 2729979C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- optically coupled
- radiation source
- electrode
- module
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/295—Analog deflection from or in an optical waveguide structure]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области интегральных оптических модуляторов и может быть использовано в качестве лидара в системах обнаружения, идентификации объектов, определения расстояний до них. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для оптического сканирования, включающем источник излучения 1, оптически сопряженный с модулем сканирования 2, модуль сканирования 2 выполнен в виде микросхемы, в которой установлен блок развертки 3, включающий, по меньшей мере, два оптических канала 4 с общим входом 5 и выходами 6, включающий также средства сдвига фазы 7, при этом источник излучения 1 оптически сопряжен с общим входом 5. Техническим результатом изобретения является повышение надежности устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области интегральных оптических модуляторов и может быть использовано в качестве лидара в системах обнаружения, идентификации объектов, определения расстояний до них.
Известен отражательный пространственный модулятор света, содержащий зеркальную пластину, выполненную с возможностью связи с управляющим электродом, разделительную опорную раму для отделения зеркальной пластины от электродов, подвес, присоединенный к разделительной опорной раме и зеркальной пластине, позволяющий зеркальной пластине поворачиваться относительно разделительной опорной рамы вокруг оси, заданной подвесом, при этом зеркальная пластина, разделительная опорная рама и подвес изготовлены из единого непрерывного куска материала (патент RU 2276774).
Недостатком этого устройства является низкая надежность, связанная с использованием оптико-механического узла сканирования.
Известно также устройство для оптического сканирования, включающее источник излучения, оптически сопряженный с модулем сканирования, представляющим собой оптико-механический узел (патент RU 2651608).
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостатком этого устройства является низкая надежность, связанная с использованием оптико-механического узла сканирования.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности устройства.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для оптического сканирования, включающем источник излучения, оптически сопряженный с модулем сканирования, модуль сканирования выполнен в виде микросхемы, в которой установлен блок развертки, включающий, по меньшей мере, два оптических канала с общим входом и выходами, включающий также средства сдвига фазы, при этом источник излучения оптически сопряжен с общим входом.
Существует вариант, в котором блок развертки оптически сопряжен с модулем изменения угла.
Существует также вариант, в котором модуль изменения угла выполнен в виде собирающей линзы.
Существует также вариант, в котором модуль изменения угла выполнен в виде рассеивающей линзы.
Существует также вариант, в котором блок развертки выполнен на основе кремниевого кристалла, а оптические каналы сформированы посредством формирования в кремниевом кристалле оптически прозрачных областей.
Существует также вариант, в котором каждое средство сдвига фаз выполнено в виде первого электрода и второго электрода, соединенных с блоком управления, при этом первый электрод и второй электрод расположены на кремниевом кристалле с двух сторон от каждого оптического канала.
Существует также вариант, в котором источник излучения оптически сопряжен с общим входом посредством световода.
На фиг. 1 изображена компоновочная схема устройства для оптического сканирования.
На фиг. 2 изображен вариант выполнения микросхемы.
Устройство для оптического сканирования включает источник излучения 1 (фиг. 1), оптически сопряженный с модулем сканирования 2. В качестве источника излучения можно использовать твердотельный лазер с длиной волны 1.55 мкм. Модуль сканирования 2 выполнен в виде микросхемы, в которой установлен блок развертки 3, включающий, по меньшей мере, два оптических канала 4 с общим входом 5 и выходами 6. Блок развертки 3 включает также средства сдвига фазы 7. При этом источник излучения 1 оптически сопряжен с общим входом 5.
Существует вариант, в котором блок развертки 3 оптически сопряжен с модулем изменения угла 8.
Существует вариант, в котором модуль изменения угла 8 выполнен в виде собирающей линзы. Эта линза может иметь следующие характеристики: фокусное расстояние от 0,1 мм до ∞.
Существует вариант, в котором модуль изменения угла 8 выполнен в виде рассеивающей линзы. Эта линза может иметь следующие характеристики: фокусное расстояние от 0,1 мм до ∞.
В основном варианте блок развертки 3 выполнен на основе кремниевого кристалла. Оптические каналы 4 сформированы посредством формирования в кремниевом кристалле оптически прозрачных областей.
Существует также вариант, в котором блок развертки 3 выполнен в виде структуры на полупроводниковом или диэлектрическом кристалле. Оптические каналы 4 в этом случае сформированы посредством формирования в поверхностном тонком полупроводниковом или диэлектрическом слое оптически прозрачных зон. В качестве диэлектрического слоя можно использовать, например, диоксид кремния, фосфоросиликатное стекло. Процесс формирования оптически прозрачных зон может быть осуществлен в интегральном исполнении в составе пластин с последующей резкой на кристаллы.
Существует вариант, в котором каждое средство сдвига фаз 7 выполнено в виде первого электрода 9 и второго электрода 10, соединенных с блоком управления 11. В качестве блока управления 11 можно использовать источник питания для формирования напряжения. Первый электрод 9 и второй электрод 10 расположены на блоке развертки 3 с двух сторон от каждого оптического канала 4.
Существует вариант, в котором источник излучения 1 оптически сопряжен с общим входом 5 посредством световода 12, в качестве которого можно использовать многомодовое кварцевое оптическое волокно.
Вариант выполнения блока развертки 3 на основе кремниевого кристалла представлен в виде сечения на фиг. 2. На КНИ кристалле со слоем несущего кремния 13 толщиной 465 мкм, диоксида кремния 14, толщиной 0,2 мкм.
Микросхема 2 разработана и изготовлена на базовой технологии КМОП 1.2 мкм (см. подробно В.В. Ракитин. Интегральные схемы на КМОП-транзисторах. / Учебное пособие, Москва 2007). Микросхему 2 изготавливают на пластинах КНИ КЭМ/SiO 2 мкм 0,2/КЭМ 3 мкм. Оптическим каналом 4 является оптически прозрачная область из кремния. Ширина А оптического канала 4 находится в диапазоне 0,3-1 мкм. Высота Н оптического канала 4 находится в диапазоне 0,3-1 мкм. Длина оптического канала 4 может быть от 0 до сотен миллиметров. Диэлектрик 15 из диоксида кремния окружает оптический канал 4. Расстояние В между оптическими каналами 4 кратно длине волны излучения и равно 6λ=9,3 мкм. Механическая напряженность анизотропного кремниевого оптического канала 4 обеспечивается осаждением напряженного слоя 16 Si3N4, толщиной 0,15 мкм на поверхность слоя 15. Первый электрод 9 и второй электрод 10 выполнены из алюминия. Пассивация обеспечивается слоем фосфоросиликатного стекла 17.
Устройство для оптического сканирования функционирует следующим образом. Излучение, выходящее из выходов оптических каналов 6, распространяется по конусу, интерферируя в пространстве между модулем сканирования 2 и модулем изменения угла 8.
Изменяя фазу излучения в оптическом канале 4 при помощи средства сдвига фазы 7, выполняется управление результирующей интенсивностью и отклонением луча. Направленный луч фокусируется при помощи модуля изменения угла 8. Более подробно принцип работы описан в следующих источниках (Fully integrated hybrid silicon two dimensional beam scanner J.C. Hulme,* J.K. Doylend, M.J.R. Heck, J.D. Peters, M.L. Davenport, J.T. Bovington, L.A. Coldren, and J.E. Bowers Electrical & Computer Engineering Department University of California Santa Barbara, California 93106, USA *jaredhulme@ece.ucsb.edu, ©2015 Optical Society of America.
Two-dimensional free-space beam steering with, an optical phased array on silicon-on-insulator / J.K. Doylend*, M.J.R. Heck, J.T. Bovington, J.D. Peters, L.A. Coldren, and J.E. Bowers Dept. of Electrical and Computer Engineering, University of California, Santa Barbara, California 93106, USA *doylend@ece.ucsb.edu, 2011, (130.3120) Integrated optics devices; (250.5300) Photonic integrated circuits).
To, что модуль сканирования 2 выполнен в виде микросхемы, в которой установлен блок развертки 3, включающий, по меньшей мере, два оптических канала 4 с общим входом 5 и выходами 6, включающий также средства сдвига фазы 7, при этом источник излучения 1 оптически сопряжен с общим входом 5 повышает надежность устройства за счет отсутствия оптикомеханических узлов.
То, что блок развертки 3 оптически сопряжен с модулем изменения угла 8 повышает эксплуатационные характеристики устройства за счет уменьшения массо-габаритных параметров и скорости работы.
То, что модуль изменения угла 8 выполнен в виде собирающей линзы повышает эксплуатационные характеристики устройства за счет возможности выбора угла расходимости сканирующего лазерного излучения.
То, что модуль изменения угла 8 выполнен в виде рассеивающей линзы повышает эксплуатационные характеристики устройства за счет возможности выбора угла расходимости сканирующего лазерного излучения.
То, что блок развертки 3 выполнен на основе кремниевого кристалла, а оптические каналы 4 сформированы посредством формирования в кремниевом кристалле оптически прозрачных областей повышает надежность устройства за счет интегрального исполнения на базе отработанной кремниевой технологии.
То, что каждое средство сдвига фаз 7 выполнено в виде первого электрода 9 и второго электрода 10, соединенных с блоком управления 11, при этом первый электрод 9 и второй электрод 10 расположены на кремниевом кристалле с двух сторон от каждого оптического канала 4 повышает надежность устройства за счет использования стандартных методов напыления тонких пленок металлов на базе отработанной кремниевой технологии.
То, что источник излучения 1 оптически сопряжен с общим входом 5 посредством световода 12 повышает надежность устройства за счет возможности выноса источника излучения 1 из зоны блока развертки 3 и снижения на него тепловой нагрузки.
Claims (3)
1. Устройство для оптического сканирования, включающее источник излучения, оптически сопряженный с модулем сканирования, который выполнен в виде микросхемы и в который установлен блок развертки, включающий, по меньшей мере, два оптических канала с общим входом и выходами, включающий также средства сдвига фазы, при этом источник излучения оптически сопряжен с общим входом, блок развертки оптически сопряжен с модулем изменения угла, причем блок развертки выполнен на основе кремниевого кристалла, оптические каналы сформированы посредством формирования в кремниевом кристалле оптически прозрачных областей, при этом средства сдвига фазы расположены на кремниевом кристалле, отличающееся тем, что модуль изменения угла выполнен или в виде собирающей линзы, или в виде рассеивающей линзы.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждое средство сдвига фаз выполнено в виде первого электрода и второго электрода, соединенных с блоком управления, при этом первый электрод и второй электрод расположены на кремниевом кристалле с двух сторон от каждого оптического канала.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник излучения оптически сопряжен с общим входом посредством световода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120785A RU2729979C1 (ru) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Устройство для оптического сканирования |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120785A RU2729979C1 (ru) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Устройство для оптического сканирования |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2729979C1 true RU2729979C1 (ru) | 2020-08-13 |
Family
ID=72086272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120785A RU2729979C1 (ru) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Устройство для оптического сканирования |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2729979C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100021124A1 (en) * | 2006-09-21 | 2010-01-28 | Christian Koos | Electrooptical high-index contrast waveguide component |
RU2016134928A (ru) * | 2015-12-29 | 2018-03-01 | Зе Боинг Компани | Активная оптическая система с переменным разрешением |
RU2654924C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2018-05-23 | Комиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Оптический волновод с наноканалом и оптофлюидный датчик с таким оптическим волноводом |
-
2019
- 2019-07-03 RU RU2019120785A patent/RU2729979C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100021124A1 (en) * | 2006-09-21 | 2010-01-28 | Christian Koos | Electrooptical high-index contrast waveguide component |
RU2654924C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2018-05-23 | Комиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Оптический волновод с наноканалом и оптофлюидный датчик с таким оптическим волноводом |
RU2016134928A (ru) * | 2015-12-29 | 2018-03-01 | Зе Боинг Компани | Активная оптическая система с переменным разрешением |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
J. K. Doylend и др. Two-dimensional free-space beam steering with, an optical phased array on silicon-on-insulator. OPTICS EXPRESS, 24.10.2011, Vol. 19, No. 22, страницы 21595 - 21604. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11079541B2 (en) | Optical deflection device and LIDAR apparatus | |
WO2018003852A1 (ja) | 光偏向デバイスおよびライダー装置 | |
CN105229512B (zh) | 使用LCoS装置并且具有减少的串扰的波长选择开关 | |
EP2803123B1 (en) | Integrated sub-wavelength grating system | |
CN115826316A (zh) | 光设备及光检测系统 | |
GB2583170A (en) | Optical components for imaging | |
WO2019130721A1 (ja) | 光デバイス | |
KR20200071909A (ko) | 빔 스캐닝 장치 및 이를 포함한 시스템 | |
US8654424B2 (en) | Multibeam deflector for separating beams output from optical deflection devices | |
JP5328512B2 (ja) | 露光装置 | |
CN113474721B (zh) | 光设备 | |
Zhang et al. | A Tri-Layer Si₃N₄-on-Si Optical Phased Array With High Angular Resolution | |
WO2021224108A1 (en) | Manipulating electromagnetic radiation | |
RU2729979C1 (ru) | Устройство для оптического сканирования | |
Zhang et al. | Large-scale silicon photonics focal plane switch array for optical beam steering | |
KR20200018180A (ko) | 초점 변조 광학계 및 이를 포함한 홀로그래픽 디스플레이 장치 | |
JP2018197678A (ja) | 距離測定装置 | |
Misugi et al. | Silicon Based High Resolution Passive Optical Phased Array Consisting of Multi-Mode Waveguides | |
RU2699055C1 (ru) | Система для одновременного управления несколькими лазерными лучами с помощью неподвижной жидкокристаллической матрицы | |
Fu et al. | Large-area Flat Optics via Immersion Lithography on CMOS Platform for Laser Beam Shaping | |
Li et al. | Hybrid 2D Beam Steering for Solid-state TOF Lidar | |
Toyoda et al. | Compact optical interconnection module for OCULAR-II: A pipelined parallel processor | |
JP2022144256A (ja) | 光走査装置、物体検出装置及び移動体 | |
Jahns | Tolerant design of planar optical interconnections | |
JP4670047B2 (ja) | 光中継装置および光中継方法 |