光束转向装置以及光检测和测距装置的制作方法

本公开的示例性实施例涉及一种能够通过根据入射光的光路的位置不同地调制入射光的相位来控制输出光的方向的光束转向装置以及包括该光束转向装置的电子设备。

背景技术：

在各种类型的光学装置中已经使用改变入射光的透射率/反射率、偏振、相位、强度、路径等的光学元件。已经引入了各种类型的光学调制器以根据期望的方式来控制光学系统中的入射光的上述特性。

已经使用根据入射光的光路的位置来不同地调制入射光的相位的方法来调节输出光的方向。这种相控阵列被称为光学相控阵列(opa)。由于在特定方向上可能发生相长干涉，所以opa能够在特定方向上输出光。然而，根据opa中包括的发光阵列之间的距离，输出光可能在不期望的方向上变形。

技术实现要素：

一个或多个示例性实施例提供了一种光束转向装置，其更容易地调节输出光的方向并具有高精度。

一个或多个示例性实施例提供了一种采用该光束转向装置的电子设备。

根据示例性实施例的一方面，提供了一种光束转向装置包括：光波导，被配置为将输入光分成沿多个路径的多个分离光，并将所述多个分离光输出到非周期性地布置的多个输出端子；设置在所述多个路径中的多个移相器，其中，所述多个移相器中的至少两个移相器具有不同的相位延迟长度；以及信号输入单元，被配置为将均匀的信号提供给所述多个移相器中的每个。

在光束转向装置中，所述多个移相器中的每一个的相位延迟长度被设定为使得从所述多个路径，设置在面向多个输出端子中的一个的路径中的一个或多个移相器的相位延迟长度的总和对应于多个输出端子的非周期性布置和输出光的转向角。

在光束转向装置中，光波导可以提供一光路，输入光经由该光路以全二叉树结构被分离m次，并且具有(2^m-1)个分离点和2^m个输出端子，其中m是大于或等于1的整数。

在光束转向装置中，光束转向装置可以进一步包括多个分离器，所述多个分离器被配置为将输入光分成两个光分支，所述多个分离器各自布置在所述(2^m-1)个分离点中的一个上。

在光束转向装置中，所述多个分离器中的每一个可以仅布置在所述多个分离器中的每一个的两个分支中的一个处。

在光束转向装置中，当设置在面向第一输出端子op1的路径中的一个或多个移相器的相位延迟长度的总和l1是0，并且第一输出端子op1的位置d1是0，并且第i输出端子opi的位置是di时，设置在多个路径中的面向多个输出端子中的第i输出端子的路径中的一个或多个移相器的相位延迟长度的总和li可以满足条件：其中，λ是入射光的波长，θ是转向角，并且c表示不是0的实数。这里，i是从1到2^m的整数。

在光束转向装置中，设置在作为第m分支并面向多个输出端子中的偶数输出端子op2k的光路中的移相器的相位延迟长度可以是(l2k-l2k-1)，其中，k表示从1到2^m-1的整数。

在光束转向装置中，设置在第一分离点处的分离器的两个分支中的一个分支处的移相器的相位延迟长度可以是ln，其中n＝2^m-1+1。

在光束转向装置中，多个移相器可以根据输入信号通过改变特定区域的折射率来延迟穿过光波导的特定区域的光的相位。

在光束转向装置中，多个移相器可以包括加热器，该加热器被配置为被电加热以加热该特定区域。

在光束转向装置中，加热器在多个光路的方向上的长度可以与多个移相器的相位延迟长度成比例。

在光束转向装置中，多个移相器中的每一个可以包括两个电极，该两个电极被配置为将电压施加到特定区域的相对两端以改变该特定区域的载流子浓度。

在光束转向装置中，多个移相器中的每一个的两个电极中的一个在光路方向上的长度可以与移相器的相位延迟长度成比例。

在光束转向装置中，光束转向装置还可以包括：第一光学放大器，被配置为放大输入光信号，所述第一光学放大器被设置在光波导的输入端子处；以及第二光学放大器，被配置为放大输出光信号并将放大的输出光信号发送到多个输出端子，所述第二光学放大器设置在所述多个输出端子和配置成分离光的多个分离器之间。

光束转向装置可以进一步包括被配置为朝向光波导发射光的光源。

在光束转向装置中，光源、光波导和多个移相器可以集成在一个硅基板上。

根据示例性实施例的一方面，提供了一种光检测和测距(lidar)装置包括：光源；光束转向装置，被配置为以预定角度转向来自光源的光并输出转向的光；处理器，配置为接收从光束转向装置输出并从物体反射的光；以及控制器，配置为控制光源、光束转向装置和接收器。光束转向装置包括：光波导，被配置为将输入光分成沿多个路径的多个分离光，并将多个分离光输出到非周期性地布置的多个输出端子；设置在所述多个路径中的多个移相器，其中，所述多个移相器中的至少两个移相器具有不同的相位延迟长度；以及信号输入单元，被配置为将均匀的信号提供给每个所述多个移相器。

在lidar装置中，光波导可以配置为提供一光路，输入光经由该光路以全二叉树结构被分离m次，并且具有(2^m-1)个分离点和2^m个输出端子，其中m表示大于或等于1的整数。光束转向装置可以进一步包括分离器，所述分离器被配置为将输入光分成两个光分支，所述分离器各自布置在所述(2^m-1)个分离点中的一个处。

在lidar装置中，当设置在面向第一输出端子op1的路径中的一个或多个移相器的相位延迟长度的总和l1是0，并且第一输出端子op1的位置d1是0，并且第i输出端子opi的位置是di时，设置在多个路径中的面向多个输出端子中的第i输出端子的路径中的一个或多个移相器的相位延迟长度的总和li满足条件：其中，λ是入射光的波长，θ是转向角，并且c表示不是0的实数。这里，i表示从1到2^m的整数。

在lidar装置中，光源、光束转向装置和接收器可以集成在一个硅基板上。

附图说明

结合附图，从示例性实施例的以下描述，上面和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，在附图中：

图1是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置的结构的概念图；

图2是示出了根据示例性实施例的面向光束转向装置的输出端子的路径中的相位延迟长度与输出端子的位置之间的关系的曲线图；

图3是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置的结构的平面图；

图4是沿着图3的平面图的线a-a’截取的详细剖视图；

图5是沿着图3的光束转向装置的修改示例的线a-a’截取的剖视图；

图6a至6c是可以在图3的光束转向装置中采用的分离器的形状的示例的平面图；

图7是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置的结构的平面图；

图8是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置的结构的平面图；

图9是示出根据示例性实施例的集成了光束转向装置的部件的形式的透视图；

图10是根据示例性实施例的光检测和测距(lidar)装置的示意性框图；以及

图11是示出集成了图10的lidar装置的部件的形式的透视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述示例性实施例。在以下附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为了清楚起见，可以夸大其中所示的组件的尺寸。下面将要描述的示例性实施例仅仅是示例，并且可以对其做出各种改变。

应该理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”时，该元件或层可以直接在另一元件或层上或介入中间元件或层。

应当理解，尽管术语第一，第二，第三等可以用于描述各种组件，但是这些组件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开。

如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”用于指定所述特征，整数，步骤，操作，元件或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征，整数，步骤，操作，元件，组件或其组合。术语“和/或”包括多个相关所列项目的任意组合或多个相关所列项目的任一。表述“a、b和c中的至少一个”应理解为包括仅a、仅b、仅c、a和b、a和c、b和c或者a、b和c的所有。

术语“单元”，“模块”等应理解为表示处理至少一个功能或操作的单元，并且可以体现为硬件，软件或其组合。

图1是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置100的结构的概念图。

在光束转向装置100中，入射光l被分成多个路径，然后被输出到多个输出端子op1，op2，...，opn。输出端子op1，op2，...，opn的相位及其阵列的位置被确定为通过光束转向装置100实现期望的发射角θ。因此，输出端子op1，op2，...，opn的阵列也可以被称为光学相控阵列(opa)。

为了实现发射角θ，光束转向装置100包括：光波导120，其将入射光l分成多个路径，并将分离的入射光光l输出到输出端子op1，op2，...，opn；布置在多个路径中的多个移相器ps1，ps2，...，psn；以及向移相器ps1，ps2，...，psn提供信号的信号输入单元180。

光波导120提供光路p1，p2，...，pn，分离的入射光l经由该光路朝向n个输出端子op1，op2，...，opn行进。

在示例性实施例中，在光束转向装置100中，输出端子op1，op2，...，opn可以非周期性地布置。即，输出端子op1，op2，...，opn之间的距离不均匀。如果输出端子op1，op2，...，opn的位置被表达为d1，d2，...，dn，则这些值可以是随机值。

输出端子op1，op2，...，opn的阵列被设置为非周期性的，以减少从输出端子op1，op2，...，opn输出的高阶衍射光。0阶衍射光是用于实现以预定方向(其中发射角是θ)输出光的光。一阶或高阶衍射光是以不同于θ的角度输出的光。该光也被称为旁瓣，并且在调节光的输出方向时是噪声分量。随着输出端子op1，op2，...，opn的非周期性特征增加，高阶衍射光可以减小到可以忽略的水平。

移相器ps1，ps2，...，psn布置在分别面向输出端子op1，op2，...，opn的光路p1，p2，...，pn中，使得发射角θ通过从非周期性布置的输出端子op1，op2，...，opn输出的光的相位的组合来实现。分别布置在光路p1，p2，...，pn中的移相器ps1，ps2，...，psn被确定为根据光路p1，p2，...，pn面向的输出端子op1，op2，...，opn来实现相位延迟长度。图1示出在光路中的每一个中布置一个移相器，但是示例性实施例不限于此。例如，可以在每个光路中布置多于一个的移相器以实现期望的相位延迟长度。

在输出端子op1，op2，...，opn处要实现的相位可以为ф1，ф2，...，фn，并且与由移相器ps1，ps2，...，psn实现的相位延迟长度l1，l2，...，ln有关。例如，相位фi和相位延迟长度li可以具有以下关系：

φi＝cli(1)，

其中，c表示非零的实数。

当通过信号输入单元180向移相器ps1，ps2，...，psn提供相同的信号时，可以通过调节相位延迟长度获得期望的相位。即使向不同的移相器ps1，ps2，...，psn提供相同的信号，根据针对不同的移相器ps1，ps2，...，psn设计的相位延迟长度也会出现不同的相位延迟长度。相位延迟长度l1，l2，...，ln可以与移相器ps1，ps2，...，psn在光路方向上的长度相同或成比例。

从非周期性布置在位置d1，d2，...，dn处的输出端子op1，op2，...，opn输出的光的相位可以设置为ф1，ф1，...，фn，以便满足根据输出光的转向角θ的相位条件。根据示例性实施例，通过布置在光路pi中的至少一个移相器psi实现的相位延迟的长度的总和是li。

图2是示出了根据示例性实施例的面向光束转向装置100的输出端子op1，op2，...，opn的路径中的相位延迟长度l1，l2，...，ln与输出端子op1，op2，...，opn的位置d1，d2，...，dn之间的关系的曲线图。

转向角θ根据入射光的波长λ确定，如下：

在曲线图中假设第一输出端子op1的位置d1和相位延迟长度l1均为0。示出根据输出端子op1，op2，...，opn的位置d1，d2，...，dn的相位延迟长度l1，l2，...，ln的曲线图的斜率li/di是(2π/cλ)sinθ。

图3是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置101的结构的平面图。

光束转向装置101包括光波导121，该光波导121提供光路，入射光li经由该光路以全二叉树结构的形式被分离m次。这里，m表示大于或等于1的整数。光波导121具有(2^m-1)个分离点和2^m个输出端子。在示例性实施例中，当m是3时，光束转向装置101的光波导121具有八个输出端子op1，op2，...，op8和七个分离点。在图3中，光波导121所提供的光路以实线显示。下面将参照图4详细描述光波导121的结构的示例。

可以在分离点处提供多个分离器，每个分离器将输入光分成两个分支。分离器可以将输入光以1：1的方式分成两个分支，但示例性实施例不限于此。在分离点处提供的分离器在图3中被示为130_m_i。分离器130_m_i是从第m个分离位置开始向上的第i个分离器。这里，m表示从1到3的整数，i表示从1到2^m-1的整数。

移相器140_m_i是从第m个分支开始向上的第i个移相器。这里，m表示从1到3的整数，i表示从1到2^m-1的整数。移相器140_m_i可以被布置在具有全二叉树结构的光波导121中的每个分离器130_m_i的两个分支中的仅一个分支处。然而，移相器140_m_i的位置不限于此。

在每个移相器140_m_i下面指示的相位延迟长度l表示移相器140_m_i为此设置的相位延迟长度。每个移相器140_m_i的相位延迟长度被设置为使得通过设置在面对第i个输出端子opi的路径中的移相器实现的相位延迟的长度的总和是li。

例如，当输出端子op1的位置d1被设置为0并且面向输出端子op1的路径中的相位延迟长度l1被设置为0时，由设置在面向输出端子op2的路径中的移相器140_3_1实现的相位延迟的长度的总和是l2，并且由设置在面向输出端子op6的路径中的移相器140_1_1和140_3_3实现的相位延迟的长度的总和是l6，并且由设置在面向输出端子op8的路径中的移相器140_1_1,140_2_2和140_3_4实现的相位延迟的长度的总和是l8。

li根据上面的等式2来确定。

设定由布置在每个光路中的移相器140_m_i中的每一个来实现的相位延迟的长度以设定在分别面向输出端子op1，op2，...，op8的光路中的相位延迟长度的总和l1，l2，...，ln的示例性实施例的方法将在下面描述。

首先，布置在面向偶数号的输出端子op2k的光路中并且处于作为最后分支的第m分支处的移相器140_3_k的相位延迟长度可以设为l2k-l2k-1。这里，k表示从1到2^m-1的整数。也就是说，布置在面向输出端子op2的光路中并且处于作为最后分支的第三分支的移相器140_3_1的相位延迟长度可以被设置为l2-l1＝l2，布置在面向输出端子op4的光路中并且处于第三分支的移相器140_3_2的相位延迟长度可以被设置为l4-l3，布置在面向输出端子op6的光路中并且处于第三分支的移相器140_3_3的相位延迟长度可以被设置为l6-l5，并且布置在面向输出端子op8的光路中并且处于第三分支的移相器140_3_4的相位延迟长度可以被设置为l8-l7。

接下来，位于第一分离点处的分离器130_1_1的两个分支中的一个分支处的移相器140_1_1的相位延迟长度可以被设置为ln，即l5。这里，n＝2^m-1+1。

接下来，每个被布置在位于第二分离点处的分离器130_2_1和130_2_2中的每一个的两个分支中的一个分支处的移相器140_2_1和140_2_2的相位延迟长度被确定为满足在面向每个输出端子opi的光路中的相位延迟长度的总和所需的相位延迟程度li。

例如，移相器140_2_2的相位延迟程度可以被确定为l7-l5，使得在面向输出端子op8的光路中的相位延迟长度的总和是l8。

由光路中的所有移相器140_m_i中的每一个实现的相位延迟程度可以如上所述设置。此外，移相器140_m_i可以被设计为使得其在光路方向上的长度与其相位延迟长度相同或成比例。

移相器140_m_i可以如图3所示连接,以从信号输入单元180接收相同的信号。图3所示的移相器140_m_i的连接形式是一个示例，并且示例性实施例不限于此。从信号输入单元180提供的信号可以是电信号，例如电流。由于移相器140_m_i串联连接，因此从信号输入单元180提供的相同电流流向移相器140_m_i。当从信号输入单元180提供的信号正施加电压时，移相器140_m_i可以并联连接，使得可以向其施加相同的电压。

移相器140_m_i具有不同的相位延迟长度。考虑转向角θ由信号输入单元180确定的相同信号被提供给移相器140_m_i。为了改变转向角θ，要从信号输入单元180提供的信号的值被改变，并且改变的信号值被通常提供给移相器140_m_i。

如上所述，调节要提供给移相器140_m_i的信号的值，以调节转向角θ，而不是单独地调节要提供给每个移相器140_m_i的每个信号。相应地，可以更容易地实现各种转向角。

图4是沿着图3的平面图的线a-a’截取的详细剖视图。

参考图4，光波导121可以设置在硅基板10上。可以在硅基板10上设置嵌入绝缘层30、外延层50、侧包层60和上包层70。侧包层60和上包层70可以是折射率比外延层50低的绝缘层。例如，侧包层60和上包层70可以是诸如氧化硅膜的氧化物膜。侧包层60和上包层70可以由相同的材料或不同的材料形成。在外延层50中，被侧包层60和上包层70包围的芯区域55可以提供光行进路径(x轴方向路径)。光波导121的整体形状可以设定成使得在图3的平面图中芯区域55沿着实线所示的方向延伸。

移相器140_1_1可以根据输入信号通过改变芯区域55的折射率来延迟穿过芯区域55的光的相位。移相器140_1_1可以设置在芯区域55的上方，并且可以是被配置为被电加热以加热芯区域55的加热器。可以使用诸如铬(cr)，镍(ni)，镍铬合金或钨(w)或硅化钨(wsix)之类的金属材料作为加热器的材料。当电流被提供给移相器140_1_1时，热量产生，这局部地增加移相器140_1_1下方的光波导121的芯区域55的温度。芯区域55的折射率根据芯区域55的材料的热光学系数而变化成与其温度的变化成比例。因此，穿过芯区域55的光的相位的相位延迟长度偏移。由于移相器140_1_1的相位延迟长度被设定为l5，移相器140_1_1的x轴方向长度可被确定为使得芯区域55的x轴方向长度为l5，芯区域55的折射率通过加热移相器140_1_1而改变。移相器140_1_1的x轴方向长度可以与相位延迟长度l5相同或成比例。

图5是沿着图3的光束转向装置101的修改示例的线a-a’截取的剖视图。

参考图5，光波导122可以设置在硅基板10上。可以在硅基板10上设置嵌入绝缘层30、外延层50和侧包层60。芯区域54可以由pn二极管形成。在芯区域54中，上层52可以是p型，下层53可以是n型，反之亦然。移相器可以包括两个电极142和143，通过电极向pn二极管施加反向电压。当反向电压通过两个电极142和143被施加到pn二极管时，芯区域54的pn二极管中的载流子浓度改变，因此芯区域54的折射率改变。穿过具有改变的折射率的芯区域54的光的相位可以偏移。

移相器的两个电极142和143中的一个的光路方向(x轴方向)长度可以被确定为与预定的相位延迟长度相同或者成比例，使得折射率通过施加在两个电极142和143之间的电压而改变的芯区域54的x轴长度与预定的相位延迟长度相同或成比例。

图4和图5示出是配置为被电加热以改变芯区域54,55的折射率的加热器，或者是配置为向pn二极管结构施加反向电压以改变芯区域54,55的折射率的电极结构的移相器。然而，移相器不限于此，可以采用能够通过调节光波导的芯区域的可变光学特性区域的长度来调节相位延迟长度的各种结构。

图6a至6c是可以在图3的光束转向装置101中采用的分离器的形状的示例的平面图。

分离器可以各自包括一个输入区域和两个输出区域以将入射光分成两个分支。

图6a的分离器可以是多模干涉(mmi)分离器，并且可以包括输入波导区域21、多模波导区域23和输出波导区域25。多模波导区域23可以具有满足一定长度和宽度条件的形状以通过多模干涉来分离波束。

图6b和6c所示的分离器是y分支分离器。图6b的分离器包括输入波导区域31和输出波导区域35。输入波导区域31和输出波导区域35的宽度可以是统一的。图6c的分离器包括输入波导区域32和输出波导区域36。输入波导区域32和输出波导区域36可以各自具有锥形形状，其宽度在光行进的方向上变化。

虽然mmi分离器和y分支分离器已经在上面作为示例参照图6a至图6c进行了描述，但示例性实施例不限于此，并且例如可以采用定向耦合器(dc)。

图7是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置102的结构的平面图。

光束转向装置102与图3的光束转向装置101不同之处在于光波导122被配置为提供具有全二叉树结构的光路以将入射光li分离4次。

光波导122具有(2^m-1)个分离点和2^m个输出端子。即，当m＝4时，光束转向装置102的光波导122具有十六个输出端子op1，op2，...，op16和十五个分离点。

多个分离器可以设置在分离点处以将输入光分成两个分支。设置在分离点处的分离器表示为130_m_i。分离器130_m_i表示从第m个分离位置开始向上的第i个分离器。这里，m表示从1到4的整数，i表示从1到2^m-1的整数。

移相器140_m_i是指从第m个分支开始向上的第i个移相器。这里，m表示从1到4的整数，i表示从1到2^m-1的整数。在具有全二叉树结构的光波导122中，移相器140_m_i可以仅布置在每个分离器130_m_i的两个分支中的一个处。

输出端子op1，op2，...，op16的位置d1，d2，...，d16被设置为非周期性的，并且移相器140_m_i的相位延迟长度被设置为使得在面向输出端子op1，op2，...，op16的位置d1，d2，...，d16的光路中的相位延迟长度的总和为li。这里，m表示从1到4的整数，i表示从1到2^m-1的整数。

设置光路中的移相器140_m_i中的每一个的相位延迟长度以设置在面向输出端子op1，op2，...，op16的光路中的相位延迟长度的总和l1，l2，...，l16的根据示例性实施例的方法将在下面描述。

首先，布置在面向偶数号的输出端子op2k的光路中并且位于作为最后分支的第四分支处的移相器140_4_k的相位延迟长度可以设为l2k-l2k-1。这里，k表示从1到2^m-1的整数，并且m＝4。也就是说，布置在面向输出端子op2的光路中并且位于作为最后分支的第四分支处的移相器140_4_1的相位延迟长度可以设为l2-l1＝l2。布置在面向输出端子op4的光路中并且位于第四分支处的移相器140_4_2的相位延迟长度可以设为l4-l3。布置在面向输出端子op6的光路中并且位于第四分支处的移相器140_4_3的相位延迟长度可以设为l6-l5。布置在面向输出端子op8的光路中并且位于第四分支处的移相器140_4_4的相位延迟长度可以设为l8-l7。布置在面向输出端子op10的光路中并且位于第四分支处的移相器140_4_5的相位延迟长度可以设为l10-l9。布置在面向输出端子op12的光路中并且位于第四分支处的移相器140_4_6的相位延迟长度可以设为l12-l11。布置在面向输出端子op14的光路中并且位于第四分支处的移相器140_4_7的相位延迟长度可以设为l14-l13。布置在面向输出端子op16的光路中并且位于第四分支处的移相器140_4_8的相位延迟长度可以设为l16-l15。

接下来，布置在第一分离点处的分离器130_1_1的两个分支中的一个分支上的移相器140_1_1的相位延迟长度可以被设置为ln，即l9。这里，n＝2^m-1+1。

在如上所述设置最后和第一分离位置处的相位延迟长度之后，布置在第二分离点处的分离器130_2_1和130_2_2的两个分支中的一个分支处的移相器140_2_1和140_2_2的相位延迟长度、以及位于第三分离点处的分离器130_3_1,130_3_2,130_3_3和130_3_4的两个分支中的一个分支处的移相器140_3_1,140_3_2,140_3_3和140_3_4的相位延迟长度可以被确定为满足分别面向输出端子opi的光路中的相位延迟长度的总和li。

图8是示意性地示出根据示例性实施例的光束转向装置103的结构的平面图。

光束转向装置103具有与图3的光束转向装置101基本相同的结构，除了光束转向装置103还包括：朝向光波导121发射光的光源110；第一光学放大器oa1，其布置在光波导121的输入端处(即，在光源110与第一分离器130_1_1之间)，并且被配置为放大输入光信号；以及第二光学放大器oa2，其布置在执行第三分支的分离器130_3_1,130_3_2,130_3_3和130_3_4与多个输出端子op1，op2，...，op8之间，并且被配置为放大光信号并将放大的光信号传输到输出端子op1，op2，...，op8。

光源110的示例可以包括激光二极管(ld)，发光二极管(led)，超发光二极管(sld)等。光源110可以是波长可变的ld。光源110可以产生并发射具有不同波段的光。光源110可以产生并发射脉冲光或连续光。

第一光学放大器oa1和第二光学放大器oa2可以是形成在硅基板上的半导体光学放大器。第一光学放大器oa1和第二光学放大器oa2可以是法布里珀罗放大器(fpa)，行波放大器(twa)等。第一光学放大器oa1可以与光源110一体地形成。

图9是示出根据示例性实施例的集成了光束转向装置104的部件的形式的透视图。

光束转向装置104可以以光学集成电路的形式形成在一个硅基板su上。

光源110可以是硅基ld或led。类似地，光波导190可以具有硅基结构。这里，光波导190包括如上所述的分离器和移相器。光源110和光波导190可以集成在一个硅基板su上。用于形成基于硅基板的光学装置的技术被称为硅(si)-光子学。可以使用用于si光子学的工艺来制造光束转向装置104。

根据示例性实施例的光束转向装置可以用于各种类型的电子设备中。

图10是根据示例性实施例的光检测和测距(lidar)装置1000的示意性框图。

lidar装置1000包括：发射光的光源1100；使从光源1100发射的光转向以朝向物体obj行进的光束转向装置1200；接收从物体obj反射的光的接收器1400；以及控制器1500，其控制光源1100、光束转向装置1200和接收器1400。

光源1100发射光以分析物体obj的位置和形状。光源1100可以包括用于产生和发射特定波长的光的光源。光源1100可以包括诸如ld，led或sld的光源，其产生和发射适合于分析物体obj的位置和形状的波长的光，例如红外波段的光。光源1100可以是波长可变的ld。光源1100可以产生并发射具有不同波段的光。光源1100可以产生并发射脉冲光或连续光。

光束转向装置1200可将来自光源1100的光分成多个路径，并将分离光输出到多个非周期性布置的输出端子。光束转向装置1200可以包括用于通过使用单个信号来控制输出端子处的光的相位的移相器，并且因此可以实现期望的发射角θ。光束转向装置100,101,102,103,104，它们的组合或其等效范围的修改示例可以用作光束转向装置1200。在光束转向装置1200中，例如，可以根据提供给如上所述的光束转向装置1200的移相器的信号来控制发射角，并且因此可以扫描包括物体obj的特定范围。

可以在光束转向装置1200与物体obj之间进一步布置其他光学构件，例如用于控制在光束转向装置1200中转向的光的路径、光的分离、以及附加的光调制的光学构件。

接收器1400可以包括用于感测从物体obj反射的光的传感器阵列。接收器1400可以包括用于感测不同波长的光的传感器阵列。接收器1400可以包括硅基光电二极管的阵列。当光束转向装置1200扫描物体obj时，由接收器1400接收的光学信号可用于分析物体obj的存在、位置、形状等。

控制器1500可以控制lidar装置1000的所有操作。控制器1500可以控制光源1100、光束转向装置1200和接收器1400的操作。例如，控制器1500可以控制电力供应，执行开/关控制，并且控制相对于光源1100的脉冲波或连续波的生成。此外，控制器1500可以控制要提供给光束转向装置1200的移相器的信号，以控制由光束转向装置1200实现的发射角。

控制器1500可以从物体obj接收光信号并分析物体obj的存在、位置、形状、物理性质等。控制器1500可以执行例如测量飞行时间的操作，并且基于测量飞行时间的结果来确定物体obj的三维(3d)形状，或者可以通过拉曼分析来分析物体obj的物理性质。

控制器1500可以执行各种操作方法。例如，在直接时间测量方法中，通过将脉冲波投射到物体obj上并通过使用计时器来测量接收从物体obj反射的光所需的时间段来测量距离。在相关法中，将脉冲光投射到物体obj上，并使用从物体obj反射的光的亮度来测量距离。在相位延迟测量方法中，将诸如正弦波的连续波光投射到物体obj上，并且感测从物体obj反射的光之间的相位差并将其转换为距离。

此外，控制器1500可以通过拉曼分析检测物体obj的波长变化来分析物体obj的类型、成分、浓度和物理性质。

lidar装置1000可以包括被配置为存储用于上述操作的程序和其他数据的存储器。

控制器1500可以将执行操作的结果(即，关于物体obj的形状、位置和物理属性的信息)传送到另一个单元。例如，关于物体obj的3d形状、操作或位置的信息可以被传送到需要该信息的自驱动装置。此外，关于物体obj的物理特性(例如生物数据)的信息可以被传送到使用该信息的医疗设备。执行操作的结果传送到的其他单元可以是显示设备或打印机。另外，其他单元可以是但不限于智能手机，蜂窝电话，个人数字助理(pda)，膝上型计算机，个人计算机(pc)或另一种移动或非移动计算设备。

如上所述，控制器1500可以实施为至少一个执行程序，其通过处理器执行，执行程序可以存储在非易失性计算机可读介质中。

lidar装置1000可以用作实时获得关于位于其前方的物体的3d信息的传感器，并且应用于例如无人驾驶的车辆、自主车辆、机器人、无人机等的自驱动装置。

图11是示出集成了图10的lidar装置1000的部件的形式的透视图。

lidar装置1000可以使用si-光子学集成在一个硅基板su上。也就是说，硅基光源1100、硅基光束转向装置1200和硅基接收器1400可以一起集成在一个硅基板su上。另外，其他各种光学元件可以一起集成在硅基板su上。因此，可以实现更经济、紧凑和可靠的si-光子学系统。

在根据上述一个或多个实施例的光束转向装置中，输出端子非周期地布置成减小转向角处的噪声并且提高转向角的可靠性。

由于相同的信号被提供给多个移相器，光束转向装置更容易被驱动，并且可以更容易实现期望的转向角。

可以在各种光学装置和各种电子设备(例如lidar装置)中采用光束转向装置来获得关于物体的信息。

尽管以上参照附图中示出的示例性实施例描述了光束转向装置和包括其中一个的电子设备，但是这些仅仅是示例，并且本领域普通技术人员将会理解，在不脱离如所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种改变。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2017-0083609的优先权，其全部内容通过引用并入本文。