LIDAR系统中的波长选择的制作方法

lidar系统中的波长选择
1.相关申请本技术是于2019年5月17日提交的、名称为“wavelength selection in lidar systems”且以其全文并入本文的序列号为62/849,747的美国专利申请的继续申请。
技术领域
2.本发明涉及光学设备。特别地，本发明涉及lidar系统。


背景技术：

3.存在针对可在诸如adas（高级驾驶员辅助系统）和ar（增强现实）之类的应用中经济地部署的3d感测系统的日益增长的商业需求。lidar（光检测和测距）系统是可以用于构造这些3d图像的技术的示例。lidar系统通过利用光对场景进行照明以及测量从所照明的场景返回到lidar系统的光信号，来构建这些图像。然而，激光器常常是在lidar系统中使用的光信号的源。由此，对皮肤和眼睛的安全性是对增加可用的lidar应用的数目来说的挑战之一。由此，存在针对具有提高的安全性级别的lidar系统的需要。


技术实现要素：

4.频率调制连续波（fmcw）lidar系统具有被配置成输出lidar输出信号的lidar芯片。lidar芯片还被配置成：从lidar芯片外接收lidar输入信号。lidar输入信号包括在由位于lidar芯片外的对象对lidar输出信号进行反射之后来自lidar输出信号的光。lidar芯片被配置成：生成包括来自比较光信号的光和来自参考信号的光的复合信号。比较信号包括来自lidar输出信号的光，但参考信号不包括来自lidar输出信号的光。lidar输出信号具有1290 nm与1310 nm之间的波长。
5.另一lidar系统被配置成：输出均被同时定向到视野中的样本区的多个lidar输出信号。样本区是视野中包括的多个样本区之一。lidar输出信号均承载不同波长处的信道。不同信道的波长在波长谱上非周期性地分隔。lidar系统被配置成：同时接收均已被位于lidar系统外且样本区内的对象反射的多个lidar输入信号。lidar输入信号均包括来自lidar输出信号中的不同lidar输出信号的光。
6.另一lidar系统被配置成：输出均被同时定向到视野中的样本区的多个lidar输出信号。样本区是视野中包括的多个样本区之一。lidar输出信号均承载不同波长处的信道。至少一个信道对中包括的信道的波长之间的差大于20 nm。每个信道对中的信道具有在波长谱上彼此邻近地定位的波长，这是因为没有其他信道具有每个对中包括的两个信道之间的波长。lidar系统被配置成：同时接收均已被位于lidar系统外且样本区内的对象反射的多个lidar输入信号。lidar输入信号均包括来自lidar输出信号中的不同lidar输出信号的光。
7.一种生成和/或操作lidar系统的方法包括：识别在将来自lidar系统的lidar输出信号反射回到lidar系统的对象中可能包括的材料。该方法还包括：将多个lidar输出信号
配置成均具有下述波长：该波长具有针对所识别的材料之一的比其他lidar输出信号中的任一个更高的反射比（reflectance）。
附图说明
8.图1a是lidar系统的示意图。
9.图1b是lidar系统的另一实施例的示意图。
10.图2a图示了包括多个激光源的光源。
11.图2b图示了承载不同信道的lidar输出信号的频率作为时间的函数而变化。
12.图3a图示了适于供图1a和/或图1b的lidar系统使用的处理单元的示例。
13.图3b提供了适于供根据图3a而构造的处理单元使用的电子器件的示意图。
14.图3c是量值相对于频率的曲线图。曲线图上的实线示出了复傅里叶变换的结果。
15.图4a图示了充当输出部件的波导小平面。
16.图4b图示了与芯片外扫描机构一起使用的图4a的lidar芯片。
17.图4c图示了与芯片外扫描机构的另一实施例一起使用的图4a的lidar芯片。
18.图5图示了可选地包括波束导向（steering）能力的输出部件的示例。
具体实施方式
19.四个主要因素影响针对从lidar系统输出的光信号而选择的操作波长。这些因素包括针对由来自lidar系统的光照明的眼睛和皮肤的安全性。另一因素是所选取的波长处的太阳背景活动。操作波长处的太阳背景活动的高级别可能与lidar系统的操作发生干扰。因素中的另一个是所选择的波长处的光的大气透射。大气透射的低级别减少了在被反射出对象之后返回到lidar系统的光的量。相应地，透射的低级别降低了lidar系统的性能且提高了成功操作所需的功率级别。第四因素是目标对象的光的反射比。增加被反射的光的量增加了返回到lidar系统的光的量，且相应地改进了lidar系统的性能。
20.发明人已经意外地发现，可以使用输出窄波长范围内的光信号的fmcw（频率调制连续波）lidar系统来满足所有四个因素。对于眼睛和皮肤安全性，发明人已经发现，具有1290-1310 nm波长的lidar输出信号具有300至400 mw/cm2范围内的mpe（根据国际标准iec 60825-1, 2014的最大可允许曝光）级别。相比而言，典型地用于最优眼睛和皮肤安全性的波长典型地具有1350-15500 nm波长。然而，这些波长处的mpe典型地处于100至200 mw/cm2范围内。由此，具有1290-1310 nm波长的lidar输出信号实际上将眼睛和皮肤安全性增强到在先系统之上。进一步地，fmcw lidar系统的使用有效地移除了太阳背景活动对lidar系统的性能的影响。另外，发明人已经发现，1290-1310 nm波长落在1280-1310 nm处的大气透射窗口之一内。相比而言，1350-1390 nm波长大部分落在大气透射窗口外。最后，在诸如脸部辨别和自动驾驶车辆之类的许多应用中，目标之一是皮肤。在1090 nm处和在1270 nm处发现皮肤的反射比中的峰值。由此，1290 nm和1310 nm的波长范围利用这些皮肤反射比峰值之一。相应地，具有1290-1310 nm范围内的波长的fmcw lidar系统输出信号能够满足用于选择操作波长的所有四个因素。
21.在一些实例中，lidar系统被配置成：生成在视野中的一系列样本区上扫描的多个lidar输出信号。不同lidar输出信号均承载不同信道，但在扫描期间同时照明样本区中的
每一个。lidar系统可以生成针对lidar输出信号中的每一个的lidar数据（lidar输出信号的源与反射对象之间的距离和/或径向速度）结果。由此，lidar可以生成针对样本区中的每一个的多个lidar数据结果。由lidar输出信号承载的不同信道的波长可以被选择为对于可存在于视野中的特定材料而言有效。如上所提及，具有1290 nm至1310 nm范围内的波长的信道对于供皮肤使用而言是有效且安全的。然而，对于一些目标，该波长范围内的信道不如其他波长处的信道那样有反射性。作为示例，诸如暗铝和锌之类的金属的反射比对于1540-1560 nm范围内的波长比对于1290-1310范围内的波长高22%左右。由此，承载具有1540 nm-1560 nm范围内的波长的信道的lidar输出信号可以在金属处于视野中时提供与1290-1310 nm范围内的波长相比更可靠的lidar数据结果。由此，生成承载具有1290-1310 nm波长的信道的lidar输出信号和承载具有1290-1310 nm波长的信道的lidar输出信号的lidar系统可以有效地生成针对视野中的皮肤和金属两者的lidar数据。相应地，具有不同波长的lidar输出信号的使用增加了可针对其而可靠地生成lidar数据的材料的范围。
22.图1a是包括频率调制连续波（fmcw）lidar系统的lidar芯片的顶视图，其中，来自已反射出远离于lidar芯片的对象的lidar输入信号的光由lidar芯片接收，且与来自未被该对象反射的参考光信号的光组合，以便生成从其生成lidar数据的复合信号。当在参考光信号与lidar输入信号之间存在频率差时，复合信号可以是跳动信号。频率差可以是对象与lidar芯片之间的相对移动的结果（即，多普勒效应）和/或来自具有随时间改变的频率的参考信号和lidar输出信号的使用。
23.系统包括输出传出lidar信号的光源10，诸如激光器。传出lidar信号承载均处于不同波长的一个或多个不同信道。在一个示例中，传出lidar信号承载一个信道。在一个示例中，传出lidar信号承载具有1290-1310 nm波长的一个信道。在一个示例中，传出lidar信号承载均处于不同波长的多个信道。
24.lidar系统还包括从光源10接收传出lidar信号的实用波导12。可选地，沿实用波导12定位放大器16。由于传出lidar信号的功率分布在多个信道之间，因此放大器16可以是期望的以给信道中的每一个提供实用波导12上的期望功率级别。合适的放大器包括但不限于半导体光学放大器（soa）。
25.实用波导12将传出lidar信号承载到信号定向部件18。信号定向部件18可以将传出lidar信号定向到lidar分支20和/或数据分支22。lidar分支输出lidar输出信号并接收lidar输入信号。数据分支处理lidar输入信号以用于生成lidar数据（lidar输出信号的源与反射对象之间的距离和/或径向速度）。
26.lidar分支包括：lidar信号波导24，其从信号定向部件18接收传出lidar信号的至少部分。lidar信号波导24将传出lidar信号的至少部分承载到输出部件26，通过输出部件26，传出lidar信号从lidar芯片离开。当传出lidar信号包括不同波长处的多个不同信道时，输出部件26可以被配置成使得不同信道中的每一个入射在视野中的相同样本区上。例如，输出部件26可以被配置成使得不同信道中的每一个在相同方向上或基本上在相同方向上远离lidar芯片而行进。
27.在从输出部件26离开之后，不同信道均充当lidar输出信号，其中lidar输出信号均处于不同波长（信道）。lidar输出信号可以被位于lidar系统外的反射对象（未示出）反射。经反射的lidar输出信号中的每一个返回到输出部件26作为lidar输入信号。输出部件
26接收lidar输入信号，并在lidar信号波导24上输出结果作为传入lidar信号。
28.在一些实例中，输出部件26还包括波束导向功能。在这些实例中，输出部件26可以与下述电子器件（未示出）电气通信，该电子器件可以操作输出部件26，以便将来自视野中的样本区之一的lidar输出信号导向到该视野中的其他样本区。输出部件26和/或电子器件可以被配置成使得不同lidar输出信号被同时导向。
29.尽管输出部件26被图示为单个部件，但输出部件26可以包括多个光学部件和/或电气部件。合适的输出部件26包括但不限于光学相控阵（opa）、透射衍射光栅、反射衍射光栅和衍射光学元件（doe）。具有波束导向能力的合适输出部件26包括但不限于在阵列波导上具有有源相控元件的光学相控阵（opa）。
30.lidar信号波导24将传入lidar信号承载到信号定向部件18。信号定向部件18将传入lidar信号定向到实用波导12和/或比较信号波导28。被定向到比较信号波导28的传入lidar信号的部分充当比较传入lidar信号。
31.比较信号波导28将比较传入lidar信号承载到比较解复用器30。当比较光信号包括多个信道时，比较解复用器30将比较传入lidar信号划分成均承载信道中的不同信道的不同比较信号。比较解复用器30在不同比较波导32上输出比较信号。比较波导32均将比较信号之一承载到不同处理部件34。相应地，不同处理部件34均接收承载信道中的不同信道的比较信号。
32.信号定向部件18被配置成使得当信号定向部件18将传入lidar信号的至少部分定向到比较波导32时，信号定向部件18还将传出lidar信号的至少部分定向到参考信号波导36。由参考信号波导36接收到的传出lidar信号的部分充当参考光信号。
33.参考信号波导36将参考光信号承载到参考解复用器38。当参考光信号承载多个信道时，参考解复用器38将参考光信号划分成均承载信道中的不同信道的不同参考信号。参考解复用器38在不同参考波导40上输出参考信号。参考波导40均将参考信号之一承载到处理部件34中的不同处理部件。相应地，不同处理部件34均接收承载信道中的不同信道的参考信号。
34.比较波导32和参考波导40被配置成使得在相同处理部件34处接收比较信号和对应参考信号。例如，比较波导32和参考波导40被配置成使得在相同处理部件34处接收相同波长的比较信号和对应参考信号。相应地，不同处理部件34均接收承载相同信道的比较信号和参考信号。
35.如下面将更详细描述的那样，处理部件34均将比较信号与对应参考信号进行比较，以形成承载针对视野上的样本区的lidar数据的复合信号。相应地，复合信号可以被处理以便提取针对样本区的lidar数据。
36.信号定向部件18可以是光学耦合器。当信号定向部件18是光学耦合器时，信号定向部件18将传出lidar信号的第一部分定向到lidar信号波导24，并将传出lidar信号的第二部分定向到参考信号波导36，且还将传入lidar信号的第一部分定向到实用波导12，并将传入lidar信号的第二部分定向到比较信号波导28。相应地，传入lidar信号的第二部分可以充当比较传入lidar信号，并且传出lidar信号的第二部分可以充当参考光信号。
37.信号定向部件18可以是诸如交叉开关之类的光学开关。合适的交叉开关可以是在交叉模式或通过模式中操作的。在通过模式中，传出lidar信号被定向到lidar信号波导24，
并且传入lidar信号将被定向到实用波导12。在交叉模式中，传出lidar信号被定向到参考信号波导36，并且传入lidar信号被定向到比较信号波导28。相应地，传入lidar信号或传入lidar信号的部分可以充当比较光信号，并且传出lidar信号或传出lidar信号的部分可以充当参考光信号。
38.诸如交叉开关之类的光学开关可以由电子器件控制。例如，电子器件可以控制操作开关，使得开关处于交叉模式或通过模式中。当要从lidar系统传输lidar输出信号时，电子器件操作开关，使得开关处于通过模式中。当要由lidar系统接收lidar输入信号时，电子器件操作开关，使得开关处于交叉模式中。开关的使用可以提供同与光学耦合器用作信号定向部件18相关联相比更低级别的光学损耗。
39.在信号定向部件18的操作的以上描述中，比较光信号和参考光信号同时被定向到数据分支。由此，处理部件34均可以将比较信号与对应参考信号进行组合。
40.在一些实例中，光学放大器42可选地是沿lidar信号波导24定位的，且被配置成提供传出lidar信号和/或传入lidar信号的放大。相应地，可以减小信号定向部件18处的光学损耗的影响。
41.图1b图示了被修改成包括光学循环器作为信号定向部件18的图1a的lidar系统。光学循环器被配置成使得传出lidar信号被定向到lidar信号波导24并且传入lidar信号被定向到比较信号波导28。比较信号波导28将比较传入lidar信号承载到比较解复用器30。另外，沿实用波导12定位抽头部件44。抽头部件44被配置成抽出传出lidar信号的第一部分，使得在参考信号波导36上接收传出lidar信号的第一部分。由参考信号波导36接收到的传出lidar信号的第一部分充当参考光信号。参考信号波导36将参考光信号承载到参考解复用器38。相应地，电子器件可以如图1a的上下文中公开的那样操作图1b的lidar系统。合适的光学循环器包括但不限于基于法拉第旋转器的光纤循环器以及集成光学循环器。尽管图1b的信号定向部件18被公开为光学循环器，但图1b的信号定向部件18可以是光学耦合器或光学开关。
42.图2a图示了包括多个激光源84的光源10的示例。在一些实例中，激光源84中的每一个在源波导86上输出信道中的一个或多个。源波导86将信道承载到激光复用器88，激光复用器88对信道进行组合，以便形成在信道波导或实用波导12上接收到的光信号。合适的激光复用器88包括但不限于阵列波导光栅（awg）复用器、阶梯光栅复用器和星形耦合器。电子器件可以操作激光源84，因此激光源84同时输出信道中的每一个。电子器件可以操作激光源84，因此激光源84同时输出信道中的每一个。
43.在一些实例中，激光源84中的每一个在源波导86上输出信道之一。光源10中包括的激光源84的总数可以大于或等于被同时定向到样本区的lidar输出信号的数目。在一些实例中，光源10中包括的激光源84的总数等于被同时定向到样本区的lidar输出信号的数目。由此，每个激光源84可以是被同时定向到样本区的lidar输出信号中的不同lidar输出信号的源。
44.电子器件可以独立地操作激光源84。例如，电子器件可以操作激光源84，以便提供具有特定的频率相对于时间的波形的（一个或多个）特定lidar输出信号。由于电子器件可以独立地操作激光源84并且每个激光源84可以是lidar输出信号中的不同lidar输出信号的源，因此电子器件可以操作激光源84，因此不同lidar输出信号具有不同的频率相对于时
间的波形。
45.可选地，可以沿源波导86中的一个或多个定位调制器14。调制器14中的每一个可以被配置成对信道之一的功率进行调制且相应地对（一个或多个）所得lidar输出信号的幅度进行调制。电子器件可以操作调制器14。相应地，电子器件可以对（一个或多个）lidar输出信号的功率进行调制。合适的调制器14包括但不限于pin二极管载流子注入设备、马赫-曾德尔调制器设备和电吸收调制器设备。当调制器14被构造在绝缘体上硅平台上时，在于1993年9月21日提交、名称为integrated silicon pin diode electro-optic waveguide且以其全文并入本文的序列号为617,810的美国专利申请中公开了合适的调制器。
46.可选地，可以沿源波导86中的一个或多个定位放大器16。调制器16中的每一个可以被配置成对信道之一的强度进行调制且相应地对（一个或多个）所得lidar输出信号的功率进行调制。电子器件可以操作调制器16。相应地，电子器件可以放大（一个或多个）lidar输出信号中的一个或多个的功率。合适的放大器16包括但不限于光纤放大器（诸如掺铒光纤放大器（edfa）或掺镨光纤放大器（pdfa））和半导体光学放大器（soa）。
47.电子器件可以操作调制器14和/或激光源84，以便提供具有不同波形的不同lidar输出信号。例如，电子器件可以将一个或多个激光源84操作成均产生具有不作为时间的函数的频率（诸如，连续波）的lidar输出信号。另外或可替换地，电子器件可以操作一个或多个激光源84和（一个或多个）关联调制器14，以便生成均具有啁啾幅度的一个或多个lidar输出信号。另外或可替换地，电子器件操作一个或多个激光源84和（一个或多个）关联调制器14，以便生成具有随时间变化的频率的lidar输出信号中的一个或多个。在一个示例中，电子器件可以操作一个或多个激光源84和/或（一个或多个）关联调制器14，以便生成具有下述电场的至少一个lidar输出信号：该电场是具有作为时间的函数的频率的正弦曲线的函数。在另一示例中，源波导86中的每一个不包括调制器14，并且电子器件操作一个或多个激光源84和/或（一个或多个）关联调制器14，以便生成具有下述电场的至少一个lidar输出信号：该电场是具有作为时间的函数的频率的正弦曲线的函数。
48.在lidar系统的操作期间，lidar数据的生成被划分成一系列周期，其中针对每个周期生成lidar数据。在一些实例中，周期中的每一个对应于视野中的不同的样本区。相应地，不同周期可以生成针对视野中的不同区的lidar数据。可以执行周期，使得每个周期的持续时间可以被划分成不同时间段。例如，周期的持续时间可以包括：一个或多个数据时段，其中在lidar芯片处生成并接收lidar输入信号；以及一个或多个重定位时段，其中将lidar输出信号从一个样本区移动到另一样本区。在连续扫描模式中，周期不包括任何重定位时段，并且lidar输出信号被连续地移动。在一个示例中，周期包括多个数据时段；多个lidar输出信号均承载不同信道；并且lidar输出信号被同时定向到视野中的相同样本区。在一个示例中，lidar输出信号中的至少一个是具有作为时间的函数而变化的频率的正弦曲线的函数。在一个示例中，lidar输出信号中的每一个是具有作为时间的函数而变化的频率的正弦曲线的函数。
49.图2b呈现了用于调谐lidar输出信号的方案的示例。频率是针对均被标签为周期j至周期
j+2
的若干周期的序列而示出的。每个周期包括均与周期索引k相关联且被标签为dpk的k个数据时段。在图2b的示例中，每个周期包括被标签为dpk的两个数据时段，其中k=1并且k=1。所图示的周期中的每一个对应于均与周期索引m相关联且被标签为srm至sr
m+2
的m个
不同样本区之一。相应地，在所图示的示例中，在每个周期中生成的lidar数据针对的是不同的样本区，尽管其他配置是可能的。由于没有重定位时段被图示，因此lidar系统正在连续扫描的情况下或在没有扫描的情况下被操作。
50.在图2b的示例中，lidar输出信号均承载被标签为λi的信道，其中i是作为整数且起始于0的信道索引。每个信道的电场是具有图2b中所示的频率的正弦曲线的函数。lidar输出信号λ0和λ1均具有作为具有随时间改变的频率的正弦曲线的函数的电场。在相同数据时段期间，针对λ0和λ1的频率改变处于相反方向上但不具有相同速率。由此，图2b示出了同时被具有增大的频率的至少一个lidar输出信号和具有减小的频率的至少一个lidar输出信号照明的样本区，其中频率改变的速率是相同的。
51.在一个示例中，针对图2b中所示的信道中的每一个的lidar输出信号的电场可以是具有由以下等式表示的频率的正弦曲线的函数：（等式1）f = f
i + 0.5*αi*dp*[(-1)j+1] + (-1)
(j-1) {t
‑ꢀ
[(j-1)(dp)}αi；（等式2）和f = f
i + 0.5*αi*dp*[(-1)
(j+1)
+1]
ꢀ‑ꢀ
(-1)
(j-1)
{t
‑ꢀ
[(j-1)](dp)}αi，其中αi表示在数据时段期间针对信道i的频率改变的速率，并且fi表示在周期期间信道i的最低频率（基本频率）。变量t表示每个新周期的起始处和/或每个dpk的起始处的时间，其中t=0。图2b图示了其中α
0 = α1的示例。在一些实例中，fi的值被选择成使得在不同lidar输出信号的频率中不存在重叠，如图2b中所图示的那样。在一个示例中，针对lidar输出信号的电场由以下数学等式表示：n*cos(2π*i*t + e*t2)，其中n和e是常量，并且e可以是零或非零，n≠0，并且，在一些实例中，f是由等式1或等式2提供的频率。
[0052]
在图2b中，被标签为λ0的信道具有作为具有由等式1表示的频率的正弦曲线的函数的电场、并且被标签为λ1的信道具有作为具有由等式2表示的频率的正弦曲线的函数的电场。尽管图2b图示了具有根据等式1和等式2中的每一个的频率的一个信道，但lidar系统可以生成具有下述电场的多于一个lidar输出信号：该电场是具有由从由等式1和等式2构成的组中选择的等式表示的频率的正弦曲线的函数。另外或可替换地，由lidar系统生成的一个或多个lidar输出信号可以不包括具有下述电场的任何lidar输出信号：该电场是具有由从由等式1和等式2构成的组中选择的等式表示的频率的正弦曲线的函数。相应地，由lidar系统生成的一个或多个lidar输出信号仅可以是具有下述电场的lidar输出信号：该电场是具有由从由等式1和等式2构成的组中选择的等式表示的频率的正弦曲线的函数。
[0053]
lidar系统的一个示例包括根据图2a而构造的光源，其中该光源被配置成生成两个lidar输出信号。lidar输出信号之一承载具有根据图2b的信道λ0的频率相对于时间的信道，并且另一lidar输出信号承载具有根据图2b的信道λ1的频率相对于时间的信道。lidar系统中包括的处理部件34的数目可以匹配均承载不同信道的lidar输出信号的数目。相应地，lidar系统可以是根据图1a来构造的，具有两个处理部件34。尽管图2b图示了针对两个不同信道的频率相对于时间的波形，但lidar系统可以被配置成输出均承载不同信道的多于两个lidar输出信号。
[0054]
供根据图2a而构造的光源10使用的激光源84可以被选择为对于由激光源84输出的（一个或多个）信道的波长而言高效。例如，具有包括量子点或由量子点构成的增益介质的激光源高效地输出具有1290至1310 nm波长的光，并且具有包括量子阱的增益介质的激光源高效地输出具有1480至1550 nm波长的光。相应地，光源10可以包括多个激光源，其中不同激光源具有不同增益介质。在一些实例中，激光器系统包括从由下述各项构成的组中
选择的一个、多于一个、或两个激光源：具有包括量子点或由量子点构成的增益介质的激光源；以及具有包括量子阱的增益介质的激光源。在一个示例中，激光器系统包括光源10，光源10包括一个或多个激光源，且被构造成使得至少部分激光源具有包括量子点或由量子点构成的增益介质，且输出具有1290至1310 nm范围内的波长的信道。合适的激光器构造包括但不限于外腔激光器、分布反馈激光器（dfb）和法布里-珀罗（fp）激光器。外腔激光器可以由于其总体上更窄的线宽而在该实施例中有利，总体上更窄的线宽可以减小所检测到的信号中的噪声。
[0055]
尽管图2a将光源84、任何调制器14和任何放大器16中的每一个图示为与lidar芯片集成和/或位于lidar芯片上，但从由光源84、任何调制器14和任何放大器16构成的组中选择的一个或多个部件可以处于lidar芯片外部，且连接到lidar芯片和/或部件中的具有波导的其他部件，诸如光纤。
[0056]
图3a至图3b图示了用于在图1a和图1b的lidar系统中使用的合适处理部件34的示例。处理单元包括：第一分路器102，其将在参考波导40上承载的参考信号划分到第一参考波导110和第二参考波导108上。第一参考波导110将参考信号的第一部分承载到光组合部件111。第二参考波导108将参考信号的第二部分承载到第二光组合部件112。
[0057]
处理单元包括：第二分路器100，其将在比较波导32上承载的比较信号划分到第一比较波导104和第二比较波导106上。第一比较波导104将比较信号的第一部分承载到光组合部件111。第二比较波导108将比较信号的第二部分承载到第二光组合部件112。
[0058]
第二光组合部件112将比较信号的第二部分和参考信号的第二部分组合成第二复合信号。由于比较信号的第二部分与参考信号的第二部分之间的频率方面的差异，第二复合信号在比较信号的第二部分与参考信号的第二部分之间跳动。
[0059]
第二光组合部件112还将所得第二复合信号分路到第一辅助检测器波导114和第二辅助检测器波导116上。第一辅助检测器波导114将第二复合信号的第一部分承载到第一辅助光传感器118，第一辅助光传感器118将第二复合信号的第一部分转换成第一辅助电信号。第二辅助检测器波导116将第二复合信号的第二部分承载到第二辅助光传感器120，第二辅助光传感器120将第二复合信号的第二部分转换成第二辅助电信号。合适的光传感器的示例包括锗光电二极管（pd）和雪崩光电二极管（apd）。
[0060]
在一些实例中，第二光组合部件112对第二复合信号进行分路，使得第二复合信号的第一部分中包括的比较信号部分（即，比较信号的第二部分的部分）相对于第二复合信号的第二部分中的比较信号部分（即，比较信号的第二部分的部分）相移180
°
，但第二复合信号的第二部分中的参考信号部分（即，参考信号的第二部分的部分）不相对于第二复合信号的第一部分中的参考信号部分（即，参考信号的第二部分的部分）相移。可替换地，第二光组合部件112对第二复合信号进行分路，使得第二复合信号的第一部分中的参考信号部分（即，参考信号的第二部分的部分）相对于第二复合信号的第二部分中的参考信号部分（即，参考信号的第二部分的部分）相移180
°
，但第二复合信号的第一部分中的比较信号部分（即，比较信号的第二部分的部分）不相对于第二复合信号的第二部分中的比较信号部分（即，比较信号的第二部分的部分）相移。合适的光传感器的示例包括锗光电二极管（pd）和雪崩光电二极管（apd）。
[0061]
第一光组合部件111将比较信号的第一部分和参考信号的第一部分组合成第一复
合信号。由于比较信号的第一部分与参考信号的第一部分之间的频率方面的差异，第一复合信号在比较信号的第一部分与参考信号的第一部分之间跳动。
[0062]
光组合部件111还将第一复合信号分路到第一检测器波导121和第二检测器波导122上。第一检测器波导121将第一复合信号的第一部分承载到第一光传感器123，第一光传感器123将第二复合信号的第一部分转换成第一电信号。第二检测器波导122将第二复合信号的第二部分承载到第二辅助光传感器124，第二辅助光传感器124将第二复合信号的第二部分转换成第二电信号。合适的光传感器的示例包括锗光电二极管（pd）和雪崩光电二极管（apd）。
[0063]
在一些实例中，光组合部件111对第一复合信号进行分路，使得复合信号的第一部分中包括的比较信号部分（即，比较信号的第一部分的部分）相对于复合信号的第二部分中的比较信号部分（即，比较信号的第一部分的部分）相移180
°
，但复合信号的第一部分中的参考信号部分（即，参考信号的第一部分的部分）不相对于复合信号的第二部分中的参考信号部分（即，参考信号的第一部分的部分）相移。可替换地，光组合部件111对复合信号进行分路，使得复合信号的第一部分中的参考信号部分（即，参考信号的第一部分的部分）相对于复合信号的第二部分中的参考信号部分（即，参考信号的第一部分的部分）相移180
°
，但复合信号的第一部分中的比较信号部分（即，比较信号的第一部分的部分）不相对于复合信号的第二部分中的比较信号部分（即，比较信号的第一部分的部分）相移。
[0064]
当第二光组合部件112对第二复合信号进行分路以使得第二复合信号的第一部分中的比较信号部分相对于第二复合信号的第二部分中的比较信号部分相移180
°
时，光组合部件111还对复合信号进行分路，使得复合信号的第一部分中的比较信号部分相对于复合信号的第二部分中的比较信号部分相移180
°
。当第二光组合部件112对第二复合信号进行分路以使得第二复合信号的第一部分中的参考信号部分相对于第二复合信号的第二部分中的参考信号部分相移180
°
时，光组合部件111还对复合信号进行分路，使得复合信号的第一部分中的参考信号部分相对于复合信号的第二部分中的参考信号部分相移180
°
。
[0065]
第一参考波导110和第二参考波导108被构造成在参考信号的第一部分与参考信号的第二部分之间提供相移。例如，第一参考波导110和第二参考波导108可以被构造以便在参考信号的第一部分与参考信号的第二部分之间提供90度相移。作为示例，一个参考信号部分可以是同相分量，并且另一参考信号部分可以是正交分量。相应地，参考信号部分之一可以是正弦曲线函数，并且另一参考信号部分可以是余弦函数。在一个示例中，第一参考波导110和第二参考波导108被构造成使得第一参考信号部分是余弦函数并且第二参考信号部分是正弦函数。相应地，第二复合信号中的参考信号部分相对于第一复合信号中的参考信号部分相移，然而，第一复合信号中的比较信号部分不相对于第二复合信号中的比较信号部分相移。
[0066]
第一光传感器123和第二光传感器124可以连接为平衡检测器，并且第一辅助光传感器118和第二辅助光传感器120也可以连接为平衡检测器。例如，图3b提供了电子器件、第一光传感器123、第二光传感器124、第一辅助光传感器118和第二辅助光传感器120之间的关系的示意图。光电二极管的符号用于表示第一光传感器123、第二光传感器124、第一辅助光传感器118和第二辅助光传感器120，但这些传感器中的一个或多个可以具有其他构造。在一些实例中，图3b的示意图中图示的所有部件被包括在lidar芯片上。在一些实例中，图
3b的示意图中图示的部件分布在lidar芯片与位于lidar芯片外的电子器件之间。
[0067]
电子器件将第一光传感器123和第二光传感器124连接为第一平衡检测器125，并将第一辅助光传感器118和第二辅助光传感器120连接为第二平衡检测器126。特别地，第一光传感器123和第二光传感器124串联连接。另外，第一辅助光传感器118和第二辅助光传感器120串联连接。第一平衡检测器中的串联连接与第一数据线128通信，第一数据线128承载来自第一平衡检测器的输出作为第一数据信号。第二平衡检测器中的串联连接与第二数据线132通信，第二数据线132承载来自第二平衡检测器的输出作为第二数据信号。第一数据信号是第一复合信号的电气表示，并且第二数据信号是第二复合信号的电气表示。相应地，第一数据信号包括来自第一波形和第二波形的贡献，并且第二数据信号是第一波形和第二波形的复合物。第一数据信号中的第一波形的部分相对于第一数据信号中的第一波形的部分相移，但第一数据信号中的第二波形的部分相对于第一数据信号中的第二波形的部分同相。例如，第二数据信号包括参考信号的部分，该部分相对于第一数据信号中包括的参考信号的不同部分相移。另外，第二数据信号包括比较信号的部分，该部分与第一数据信号中包括的比较信号的不同部分同相。第一数据信号和第二数据信号由于比较信号与参考信号之间的跳动（即，第一复合信号中和第二复合信号中的跳动）而跳动。
[0068]
电子器件62包括：变换机构138，被配置成在第一数据信号和第二数据信号上执行数学变换。例如，数学变换可以是具有第一数据信号和第二数据信号作为输入的复傅里叶变换。由于第一数据信号是同相分量并且第二数据信号是其正交分量，因此第一数据信号和第二数据信号一起充当复数据信号，其中第一数据信号是实分量并且第二数据信号是输入的虚分量。
[0069]
变换机构138包括：第一模数转换器（adc）164，其从第一数据线128接收第一数据信号。第一模数转换器（adc）164将第一数据信号从模拟形式转换成数字形式并输出第一数字数据信号。变换机构138包括：第二模数转换器（adc）166，其从第二数据线132接收第二数据信号。第二模数转换器（adc）166将第二数据信号从模拟形式转换成数字形式并输出第二数字数据信号。第一数字数据信号是第一数据信号的数字表示，并且第二数字数据信号是第二数据信号的数字表示。相应地，第一数字数据信号和第二数字数据信号一起充当复信号，其中第一数字数据信号充当复信号的实分量并且第二数字数据信号充当复数据信号的虚分量。
[0070]
变换机构138包括：变换部件168，其接收复数据信号。例如，变换部件168从第一模数转换器（adc）164接收第一数字数据信号作为输入，且还从第一模数转换器（adc）166接收第二数字数据信号作为输入。变换机构168可以被配置成：在复信号上执行数学变换，以便从时域转换到频域。数学变换可以是复变换，诸如复快速傅里叶变换（fft）。诸如复快速傅里叶变换（fft）之类的复变换提供针对lidar输入信号的频率中的相对于lidar输出信号的移位的非分歧解，该lidar输出信号由反射对象与lidar芯片之间的径向速度导致。变换部件168可以使用固件、硬件或软件或其组合来执行属性功能。
[0071]
当复傅里叶变换将输入从时域转换到频域时，图3c中的实线提供变换机构的输出的示例。实线示出了单个频率峰值。与该峰值相关联的频率被电子器件用作lidar输入信号的频率中的相对于lidar输出信号的移位，该lidar输出信号由反射对象与lidar芯片之间的径向速度和/或反射对象与lidar芯片之间的距离导致。当如图2b的λ2所示的那样lidar
输出信号具有不随时间改变的频率时，lidar输入信号的频率中的相对于lidar输出信号的移位由反射对象与lidar芯片之间的径向速度导致，且不由反射对象与lidar芯片之间的距离导致。电子器件使用从变换部件168输出的频率以用于进一步处理，以生成lidar数据（反射对象与lidar芯片或lidar系统之间的距离和/或径向速度）。
[0072]
图3c还包括由虚线图示的第二峰值。对lidar输入信号的频率进行解析的在先方法利用了实傅里叶变换而不是上面公开的复傅里叶变换技术。这些在先方法输出由虚线和实线两者示出的峰值。相应地，在先方法输出均与样本区中的单个对象相关联的多个不同频率，这是因为如果从样本区移除了对象，则关联频率中的每一个将不存在。如上所提及，在使用lidar应用时，识别正确峰值可能变得困难。由于用于解析频率的以上技术生成针对频率的单个解，因此发明人已经解析了关于频率解的歧义。
[0073]
电子器件使用由图3c中的实线表示的单个频率以生成lidar数据。例如，以下等 式在一数据时段期间适用，其中，lidar输出的频率在该数据时段期间增大，诸如，在被 标签为dpi的数据时段期间与图2b的lidar输出信号λ0一起出现：+f
ub
＝-fd+ατ0，其 中f
ub
是由变换部件提供的频率，fd表示多普勒频移(fd＝
2v
fc/c)，其中fc是数据时段的起 始(即，t＝0)处的lidar输出信号的频率，v是反射对象与lidar芯片之间的径向速 度，其中从反射对象向着芯片的方向被假定为正方向，并且c是光速，α表示传出lidar 信号的频率在该时段期间增大或减小的速率，并且τ0是针对静止反射对象的往返延迟(从 lidar芯片离开的lidar输出信号与返回到lidar芯片的关联lidar输入信号之间的时 间)。以下等式在一数据时段间适用，其中，电子器件在该数据时段期间减小lidar输出信 号的频率，诸如，在被标签为dp2的数据时段期间与图2b的lidar输出信号λ1一起出 现：-f
db
＝-f
d-ατ0，其中f
db
是由变换机构提供的频率。在这两个等式中，fd和τ0是未 知数。这两个等式是针对两个未知数fd和τ0而求解的。被代入到解中的f
db
和f
ub
的值来自 于相同信道，且相应地来自于相同处理单元(在图1a和图1b中被标签为34)，但在相同周 期中的不同数据时段期间。由于周期与视野中的样本区相关联，因此该解针对视野中的样本 区产生fd和τ0的值。然后，可以根据多普勒频移确定针对该样本区的径向速度 (v＝c*fd/(2fc))，并且可以根据c*τ0/2确定针对该样本区的分离距离。由此，针对对样本区 进行照明的单个lidar输出信号(信道)确定针对该样本区的lidar数据。
[0074]
如上所讨论，lidar系统可以输出均承载不同信道的多于两个lidar输出信号。例如，lidar系统可以输出具有根据图2b的频率相对于时间的波形的三个lidar输出信号。lidar输出信号可以被同时定向到视野中的相同样本区。另外，可以跨一系列样本区顺序地扫描lidar输出信号，使得每个lidar输出信号在序列中被同时定向到样本区中的每一个。在一些实例中，该序列包括视野中的所有样本区。
[0075]
由于lidar系统可以针对同时对样本区进行照明的每个信道生成lidar数据结果，因此lidar系统可以针对每个样本区生成多个lidar数据结果。不同信道的波长可以被选择为对于可存在于视野中的特定材料而言有效。如上所提及，具有1290 nm至1310 nm范围内的波长的信道对于供皮肤使用而言有效。然而，其他波长由于增大的反射比而对于许多金属而言更有效。例如，具有1540-1560 nm范围内的波长的信道具有针对许多金属的更高反射比。作为示例，诸如暗铝和锌之类的金属的反射比对于1540-1560 nm范围内的波长比对于1290-1310范围内的波长高22%左右。相比而言，针对1290-1310范围内的皮肤波长的皮肤
反射比因子具有1540-1560 nm范围内的波长的皮肤反射比因子多于三倍大的反射比因子。由此，当生成lidar输出信号以使得至少一个lidar输出信号具有1540-1560 nm范围内的波长并且至少一个lidar输出信号具有1290-1310 nm范围内的波长的lidar系统对于金属对象和皮肤两者而言有效时。被选择的波长可以对lidar系统的应用来说是特定的。例如，由于皮肤和金属是很可能存在于车辆的路径中的材料，因此1290-1310 nm和1540-1560 nm的波长范围适于供自动驾驶汽车使用。
[0076]
承载1540-1560 nm范围内的波长处的信道的lidar输出信号具有与承载1290-1310范围内的波长处的信道的lidar输出信号相比的其他优势。例如，针对1540-1560 nm范围内的波长中的光的放大器比针对1290-1310 nm范围内的波长中的光的放大器更容易取得。由此，承载1540-1560 nm范围内的波长的lidar输出信号可以具有比承载1290-1310 nm范围内的波长的lidar输出信号更高的强度。另外，1540-1560 nm范围内的波长可以具有比1290-1310 nm范围内的波长更高的大气透射率。提高的功率级别和增加的大气透射可以补偿某些材料的较低反射率。
[0077]
另外，1290-1310 nm范围内的波长对于在针对包括聚酯、湿木材（诸如，橡树）、雪、针叶树、落叶树和草的湿和干织物生成lidar数据时使用而言也有效。进一步地，1540-1560 nm和1290-1310 nm范围内的波长对于针对干木材（诸如，橡树）、湿和干混凝土、沥青、土壤、塑料（诸如，pvc）和云生成lidar数据而言都有效。由此，当lidar系统生成lidar输出信号以使得至少一个lidar输出信号具有1540-1560 nm范围内的波长并且至少一个lidar输出信号具有1290-1310 nm范围内的波长时，lidar系统对于大范围的材料而言有效，且相应地适于大范围的应用。
[0078]
在一些实例中，一种生成和/或操作lidar系统的方法包括：识别在一个或多个对象中可能包括的材料，该一个或多个对象可能将来自lidar系统的lidar输出信号反射回到lidar系统。该方法还包括：将lidar输出信号的至少部分配置成均具有下述波长，该波长所具有的针对所识别的材料之一的反射比比针对其他lidar输出信号中的任一个的反射比更高。在一些实例中，lidar输出信号的部分中包括的lidar输出信号的数目等于从lidar系统输出的lidar输出信号的总数。
[0079]
对于特定材料而言有效的波长范围的其他示例包括但不限于：对于树而言有效的850-905 nm范围内的波长；以及对于在包括雨和雾的差能见度状况期间穿透大气而言有效的2000-2500 nm范围内的波长。相应地，lidar系统可以生成至少一个、两个、三个或四个lidar输出信号，其中每一个承载由1290-1310 nm、1540-1560 nm、850-905 nm和1290-1310 nm构成的组中包括的范围中的不同范围内的波长。
[0080]
由于波长选择涉及选择对于特定材料而言有效的波长，因此不同信道的波长一般在波长谱上不规则地分隔，而不是在波长谱上周期性地分隔。另外或可替换地，可以成对地考虑信道，其中每个对中的信道彼此邻近地位于波长谱上，并且没有其他信道具有该对中包括的两个信道之间的波长。在该布置中，单个信道可以被包括在波长谱上彼此邻近的多于一对信道中。基于材料的波长选择可以增加信道对中的信道之间的间隔。例如，lidar系统可以生成lidar输出信号，使得至少一个、两个或三个信道对具有分离多于10 nm、20 nm或30 nm的波长。
[0081]
在一些实施例中，lidar系统可以被配置成将分别与不同波长范围相对应的多个
lidar输出信号（例如，两个或更多个lidar输出信号）定向成扫描相同样本区。lidar系统然后可以接收分别与不同波长范围相对应的多个所反射的lidar输入信号，该多个所反射的lidar输入信号可以如前面关于图1a-3c描述的那样与本地生成的参考信号组合以生成多个lidar数据信号。
[0082]
在一些实例中，系统可以同时扫描具有多个lidar输出信号的相同样本区。lidar系统可以被配置成将多个lidar数据信号进行组合，并生成与所扫描的样本区内的对象的距离和/或速度相关联的经组合的数据。在这些实例中，系统软件可以处理经组合的lidar数据结果，以便最大化在样本区上获得的信息的量。经组合的数据可以取决于对象针对入射到对象上的不同波长范围中的每一个的反射率。在一些实例中，包括不同材料的对象可能得到与对应于不同lidar输出信号的lidar输入信号相关联的不同信噪比。
[0083]
例如，相对于其他lidar波长（例如，1540 nm
ꢀ–ꢀ
1560 nm），包括用户和汽车的样本区的lidar扫描可以在被定向到与用户的皮肤相关联的样本区上时接收针对1250 nm
ꢀ–ꢀ
1300 nm范围内的lidar波长的更高lidar返回信号功率级别，而对于与主要包括金属体的汽车相关联的样本区，相反情况可能成立。由此，相对于1250 nm和1300 nm之间的lidar波长，近似1540 nm和1560 nm之间的lidar波长可能被汽车的金属体更强烈地反射。然后，当系统扫描汽车时，lidar系统可以接收与近似1540 nm和1560 nm之间的波长相关联的更高lidar返回信号功率级别，从而得到针对所得lidar数据的更高信号功率级别。
[0084]
更高lidar返回信号功率级别可能由于更高的信噪比而得到改进的系统性能（例如，准确度、精度、扫描速率和/或范围方面的提高）。相应地，基于由不同波长生成的lidar数据的组合而生成的经组合的lidar数据可以同时准确地检测由不同材料组成的各种对象。在一些实施例中，这可以使lidar系统能够通过减少啁啾持续时间来提高扫描速度。在一些其他实例中，lidar输入信号中的改进的信噪比可以允许lidar系统在较低激光功率级别处操作，且避免在针对材料的较高激光功率级别处操作的需要，否则这将难以检测到。这可能提高跨不同材料的范围的检测的概率和/或降低错误肯定的概率。
[0085]
如上所提及，当lidar系统将多于一个lidar输出信号定向到样本区时，lidar系统可以生成针对该样本区的多于一个lidar数据结果。在这些实例中，电子器件可以处理经组合的lidar数据结果，以便最大化在样本区上获得的信息的量。在一个示例中，lidar数据结果可能由于样本区的反射比特性对于除单个信道外的所有信道而言非常低，而对于除该单个信道外的所有信道而言不可测量。在该情况下，来自具有可测量反射比的信道的lidar数据被视为针对样本区的最终lidar数据。
[0086]
在另一示例中，针对每个信道的所测量的反射比可以以指示样本区中的材料的模式而变化。例如，不同lidar输入信号的强度相对于彼此的一个或多个比率可以指示哪个材料处于样本区中。从对于所识别的材料而言优选的lidar输出信号生成的lidar数据可以被视为针对样本区的最终lidar数据。在另一示例中，样本区可以由被背景材料包围的感兴趣对象（例如，从上面看的雪上的北极熊）构成。在该情况下，可以有利的是：使用在熊与周围环境之间具有反射比方面的显著差异的信道，将包括北极熊和包围熊的雪的样本区的反射比进行比较，并因而提高熊与其周围环境之间的对比度。例如，在1500 nm处，熊皮的反射比超过范围20-60%并且雪的反射比＜5%，从而提供了可辅助对象辨别的增强对比度。
[0087]
另外或可替换地，还可以采用将多个不同lidar数据结果进行组合的其他方法。例
如，可以对针对样本区的多个不同lidar数据结果求平均以找到最终lidar数据结果，可以将中位数用作最终lidar数据结果。另外，可以将lidar数据结果的加权平均用作最终lidar数据结果。在一个示例中，通过不同lidar输入信号的强度来对加权平均进行加权。
[0088]
以上，将复数据信号描述为具有包括参考信号的异相部分的同相分量和正交分量；然而，可以通过生成其他复数据信号来实现非分歧lidar数据解。例如，可以使用复数据信号来实现非分歧lidar数据解，在该复数据信号中，同相分量和正交分量包括比较信号的异相部分。例如，第一比较波导104和第二比较波导106可以被构造，以便在比较信号的第一部分与比较信号的第二部分之间提供90度相移，其中第一参考波导110和第二参考波导被构造成使得参考信号的第一部分和参考信号的第二部分在复合信号中同相。相应地，第一复合信号中的比较信号部分相对于第二复合信号中的比较信号部分相移，然而，第一复合信号中的参考信号部分不相对于第二复合信号中的参考信号部分相移。
[0089]
用于在图1a至图3c的lidar系统中使用的合适的输出部件26可以是波导小平面。例如，图4a是lidar芯片的包括终止于小平面300处的lidar信号波导24的部分的顶视图，通过小平面300，lidar输出信号离开lidar芯片和/或lidar输入信号进入lidar芯片。
[0090]
在一些实例中，期望将lidar输出信号扫描到视野中的多个不同样本区，因此，可以针对不同样本区生成lidar数据。当lidar信号波导24终止于小平面300处时，可以使用各种扫描机制以扫描lidar输出信号。例如，lidar输出信号可以由一个或多个反射设备和/或一个或多个准直设备接收。该一个或多个反射设备可以被配置成重定向和/或导向lidar输出信号，以便提供lidar输出信号的扫描。合适的反射设备包括但不限于镜，诸如机械驱动的镜和微机电系统（mems）镜。该一个或多个准直设备提供lidar输出信号的准直，且可以相应地增加lidar输入信号的进入lidar信号波导24的部分。合适的准直设备包括但不限于个体透镜和复合透镜。
[0091]
图4b图示了图4a中所示的lidar芯片的与反射设备302和准直设备304一起使用的部分。例如，透镜充当接收lidar输出信号且提供lidar输出信号的准直的准直设备。镜充当接收经准直的lidar输出信号且在期望方向上反射经准直的lidar输出信号的反射设备302。如被标签为a的箭头所图示，电子器件可以移动镜，以便导向经准直的lidar输出信号和/或扫描经准直的lidar输出信号。镜的移动可以处于两个维度或三个维度中。合适的镜包括但不限于机械驱动的镜和微机电系统（mems）镜。
[0092]
图4c图示了图4a中所示的lidar芯片的与反射设备302和准直设备304一起使用的部分。例如，镜充当接收lidar输出信号且在期望方向上反射lidar输出信号的反射设备302。如被标签为a的箭头所图示，电子器件可以移动镜，以便导向lidar输出信号和/或扫描lidar输出信号。透镜充当从镜接收lidar输出信号且提供lidar输出信号的准直的准直设备304。透镜可以被配置成随镜的移动而移动，因此透镜继续接收镜的不同位置处的lidar输出信号。可替换地，镜的移动可以被充分限制以使得透镜继续接收镜的不同位置处的lidar输出信号。镜的移动可以处于两个维度或三个维度中。合适的镜包括但不限于机械驱动的镜和微机电系统（mems）镜。
[0093]
图5图示了可以可选地包括波束导向能力的合适输出部件26的示例。输出部件26包括：分路器384，其从lidar信号波导24接收传出光信号。分路器384将传出光信号划分成均在导向波导386上承载的多个输出信号。导向波导中的每一个结束于小平面388处。小平
面被布置成使得通过388小平面离开lidar芯片的输出信号进行组合以形成lidar输出信号。
[0094]
分路器384和导向波导386可以被构造成使得在邻近导向波导的小平面处的输出信号之间不存在相位差。例如，分路器可以被构造成使得输出信号中的每一个在从分路器离开时同相并且导向波导均可以具有相同长度。输出信号之间的相位差的缺少使传出lidar信号中的信道中的每一个在相同方向（θ）上远离输出部件26而行进。导向波导386的合适数目（m）包括但不限于大于10或500和/或小于1000或2000的m。合适的分路器包括但不限于星形耦合器、级联y形接头和级联1x2 mmi耦合器。
[0095]
在一些实例中，可选地，沿导向波导的至少部分而定位相位调谐器390。尽管相位调谐器被示为沿第一导向波导和最后一导向波导而定位，但这些相位调谐器中的一个或全部两个是可选的。例如，输出部件26不必包括导向波导k = 1上的相位调谐器。
[0096]
电子器件可以被配置成操作相位调谐器390，以便在邻近导向波导386的小平面处的输出信号之间创建相位差。电子器件可以操作相位调谐器390，使得相位差是恒定的，其中它跨导向波导线性地增加。例如，电子器件可以操作相位调谐器，使得导向波导号码k的调谐器诱导的相位是(k-1)β，其中k是从1至m的整数，且表示当导向波导如图5中所示的那样被顺序地编号时与导向波导相关联的号码，β是相邻导向波导之间的调谐器诱导的相位差。相应地，导向波导号码k的相位是f
0 + (k-1)f + (k-1)β。图5图示了具有仅4个导向波导的芯片，以便简化图示，然而，芯片可以包括更多导向波导。例如，芯片可以包括多于4个导向波导、多于100个导向波导或多于1000个导向波导和/或少于10000个导向波导。
[0097]
电子器件可以被配置成操作相位调谐器390，以便调谐相位差β的值。调谐相位差β的值改变lidar输出信号远离芯片而行进的方向（θ）。相应地，电子器件可以通过改变相位差α来扫描lidar输出信号。可在其上扫描lidar输出信号的角度的范围是φr，且在一些实例中从φv扩展到-φv，其中，当β = 0时，在lidar输出信号的方向上测量φ=0
°
。
[0098]
除了创建相位差外或者作为创建相位差的可替换方案，相位调谐器390可以被操作，以便对lidar输出信号进行准直或聚焦。例如，相位调谐器390可以被操作，使得存在在接续波导之间诱导的恒定相位差β，使得针对波导k的所诱导的相位是φ
k = (k-1)β，其中β在经准直的波束的情况下是常量。对于经聚焦的波束，可以诱导合适的非线性相位依赖性。
[0099]
与根据图5而构造的输出部件26的构造和操作有关的附加细节可以在于2018年6月5日提交、序列号为62/680,787且以其全文并入本文的美国临时专利申请中找到。
[0100]
可以存在不同lidar输出信号随着它们远离输出部件26行进而在传出lidar信号中的一些延展。因为lidar输出信号被定向到相同样本区，所以分离的程度可以使得：在lidar系统被配置成提供lidar数据的最大距离处，lidar输出信号中的每一个的斑大小与其他lidar输出信号中的至少一个重叠多于重叠阈值百分比。合适的重叠阈值百分比包括斑大小的多于5%、斑大小的多于25%或斑大小的多于50%。如上所提及，最大距离通常由lidar系统正在被应用于的应用的规范来设置。其中可以存在不同lidar输出信号随着它们远离输出部件26行进而在传出lidar信号中的一些延展的情形的示例是：当导向波导386之间的路径长度差是非零时。
[0101]
本发明的其他实施例、组合和修改对本领域技术人员来说在考虑到这些教导时将是容易想到的。因此，本发明不应仅由所附权利要求限制，所附权利要求包括在结合以上说
明书和附图而查看时的所有这种实施例和修改。