固態光束掃描系統及固態光束掃描芯片

本技術涉及激光掃描，尤其涉及一種固態光束掃描系統及固態光束掃描芯片。

背景技術：

1、相比于微機電系統(micro-electro-mechanical?system，mems)振鏡、轉鏡等機械式激光掃描方案，基于光學相控陣(optical?phased?array，opa)的激光掃描系統，因其不存在運動部件，在可靠性、掃描速度、功率效率、分辨率上具有較大優勢。同時，利用互補金屬氧化物半導體(complementary?metal?oxide?semiconductor，cmos)加工技術，還可以實現opa芯片的低成本、大規模生產，使得opa掃描在激光雷達中的光束轉向應用中具有廣闊前景。現有技術中，色散光學相控陣(dispersive?optical?phased?array，dopa)方案可以通過固定長度差的波導陣列來產生相位延遲，通過切換光源的波長來產生不同的時延，從而控制光束方向，其掃描速度主要與光源波長切換速度相關。但該方案光束掃描質量受光波導制作工藝影響較大，特別是對大規模相控陣，波導陣列中的路徑誤差將會造成較大成像誤差，嚴重影響光束成像質量。

技術實現思路

1、有鑒于此，有必要提供一種固態光束掃描系統及固態光束掃描芯片，解決現有技術中存在的dopa系統中的波導陣列的路徑誤差導致光束成像質量較低的問題。

2、第一個方面，在本實施例中提供了一種固態光束掃描系統，所述系統包括依次連接的第一分束器、多個光程調節單元和多個光學相控陣單元；

3、所述第一分束器用于將入射光分為多個等光強的第一光束；

4、所述光程調節單元用于根據各所述第一光束的排列順序，調節各第一光束對應的光程，以使任意兩個相鄰的第一光束在進入所述光學相控陣單元時的光程差相等；

5、所述光學相控陣單元用于將每個第一光束分為多個等光強的第二光束，并根據各所述第二光束的排列順序進行對應的傳輸和發射，各所述第二光束用于遠場干涉成像，并根據所述入射光的波長改變出射角度進行掃描。

6、在進一步的實施例中，所述光程調節單元包括依次連接的第一波導和相移器；

7、所述第一波導用于沿預設的第一路徑將對應的第一光束傳輸至對應的相移器；

8、所述相移器用于補償對應的第一光束與相鄰的第一光束之間由對應的第一波導產生的第一光程差，與由對應的光學相控陣單元產生的第二光程差之間的差值。

9、在進一步的實施例中，所述光學相控陣單元包括依次連接的第二分束器、多個第二波導和多個發射器；

10、所述第二分束器用于將對應的第一光束分為多個等光強的第二光束；

11、各所述第二波導用于根據各所述第一光束的排列順序，以及各所述第一光束對應的第二光束的排列順序，沿預設的第二路徑將對應的第二光束傳輸至對應的發射器；同一光學相控陣單元中的任意兩個相鄰的第二波導之間具有恒定的光程差；

12、各所述發射器用于同時發射對應的第二光束。

13、在進一步的實施例中，任意兩個相鄰的發射器之間的間距相等。

14、在進一步的實施例中，所述第一波導、第二波導的材料為硅波導、氮化硅波導、鈮酸鋰波導、聚合物波導、二氧化硅波導、復合波導中的任意一種。

15、在進一步的實施例中，所述第一波導和所述第二波導的結構參數相同或不同，且相鄰的第一光束在光程調節單元產生的光程差是對應的光學相控陣單元中相鄰的第二波導產生的光程差的n倍，n為所述第二分束器的分光數量。

16、在進一步的實施例中，所述第一分束器、第二分束器為1×m多模耦合器、1×m星型耦合器、多個1×2y分支級聯、多個方向耦合器級聯、多個1×2mmi級聯中的任意一種。

17、在進一步的實施例中，所述發射器為光柵耦合器或端面耦合器。

18、在進一步的實施例中，所述第一波導為單模波導結構，或由寬多模波導和窄單模波導構成的混合波導結構。

19、在進一步的實施例中，所述相移器為基于金屬電極加熱波導構成的熱相移器、基于摻雜波導構成的熱相移器、基于載流子效應的電光相位調制器中的任意一種。

20、第二個方面，在本實施例中提供了一種固態光束掃描芯片，所述固態光束掃描芯片包括如第一個方面所述的固態光束掃描系統。

21、本實用新型的固態光束掃描系統，通過第一分束器將入射光分為多個等光強的第一光束，為實現多光束間的干涉成像提供基礎條件；通過光程調節單元根據各第一光束的排列順序，調節各第一光束對應的光程，使任意兩個相鄰的第一光束在進入光學相控陣單元時的光程差相等，將相鄰的第一光束的光程差轉換為各光程調節單元之間的路徑差；通過光學相控陣單元將每個第一光束分為多個等光強的第二光束，并根據各第二光束的排列順序進行對應的傳輸和發射，將傳統的單個整體光學相控陣分割成多個小的光學相控陣單元，降低了對波導陣列工藝制作的要求，提高了波導陣列布局的靈活性和可擴展性，降低了光學相控陣單元中的波導長度和發射間距，提升了掃描視場范圍，解決了波導陣列的路徑誤差導致光束成像質量較低的問題，提高了干涉成像的質量。

技術特征：

1.一種固態光束掃描系統，其特征在于，所述系統包括依次連接的第一分束器、多個光程調節單元和多個光學相控陣單元；

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述光程調節單元包括依次連接的第一波導和相移器；

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述光學相控陣單元包括依次連接的第二分束器、多個第二波導和多個發射器；

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，任意兩個相鄰的發射器之間的間距相等。

5.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述第一波導、第二波導的材料為硅波導、氮化硅波導、鈮酸鋰波導、聚合物波導、二氧化硅波導、復合波導中的任意一種。

6.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述第一波導和所述第二波導的結構參數相同或不同，且相鄰的第一光束在光程調節單元產生的光程差是對應的光學相控陣單元中相鄰的第二波導產生的光程差的n倍，n為所述第二分束器的分光數量。

7.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述第一分束器、第二分束器為1×m多模耦合器、1×m星型耦合器、多個1×2y分支級聯、多個方向耦合器級聯、多個1×2mmi級聯中的任意一種。

8.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述發射器為光柵耦合器或端面耦合器。

9.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述第一波導為單模波導結構，或由寬多模波導和窄單模波導構成的混合波導結構。

10.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述相移器為基于金屬電極加熱波導構成的熱相移器、基于摻雜波導構成的熱相移器、基于載流子效應的電光相位調制器中的任意一種。

11.一種固態光束掃描芯片，其特征在于，所述固態光束掃描芯片包括如權利要求1至權利要求9任一所述的固態光束掃描系統。

技術總結
本申請涉及一種固態光束掃描系統及固態光束掃描芯片，所述系統包括依次連接的第一分束器、多個光程調節單元和多個光學相控陣單元；所述第一分束器用于將入射光分為多個等光強的第一光束；所述光程調節單元用于根據各所述第一光束的排列順序，調節各第一光束對應的光程，以使任意兩個相鄰的第一光束在進入所述光學相控陣單元時的光程差相等；所述光學相控陣單元用于將每個第一光束分為多個等光強的第二光束，并根據各所述第二光束的排列順序進行對應的傳輸和發射，各所述第二光束用于遠場干涉成像，并根據所述入射光的波長改變出射角度進行掃描，解決了波導陣列的路徑誤差導致光束成像質量較低的問題。

技術研發人員：鄒俊,范柱平,戴建寧
受保護的技術使用者：浙江大學杭州國際科創中心
技術研發日：20240206
技術公布日：2024/10/21