lidar系统中的采样率的降低
1.相关申请本技术是2020年4月14日提交的题为“reduction of sampling rates in lidar systems”的美国专利申请第16/848,829号的继续申请，该美国专利申请以其整体并入本文。
技术领域
2.本发明涉及光学器件。具体而言，本发明涉及lidar系统。
背景技术：
3.许多lidar系统包括一个或多个模数转换器（adc），每个adc接收差拍（beating）信号。这些差拍信号的高频率要求模数转换器（adc）以高速率采样。然而，商用模数转换器（adc）的价格和功耗与该采样率直接相关。因此，与lidar系统中的一个或多个模数转换器（adc）相关联的高采样率会使这些系统对于商业化生产不切实际。因此，需要切实可行的lidar系统。
技术实现要素：
4.lidar系统具有发射器，所述发射器从lidar系统输出系统输出信号。lidar系统还包括电子器件，所述电子器件在一系列循环内控制系统输出信号的频率。循环包括多个数据时段。在第一个数据时段期间，电子器件以第一速率改变系统输出信号的频率。在第二个数据时段期间，电子器件以第二速率改变系统输出信号的频率。第二速率不同于第一速率。
5.lidar系统包括接收差拍信号的模数转换器（adc），该差拍信号将第一信号针对第二信号进行差拍（beat）。第一信号由从lidar系统离开的光产生，并且在被位于lidar系统之外的物体反射后返回到lidar系统。第二信号由未从lidar系统离开的光产生。差拍信号的频率具有来自lidar系统和物体之间的分离的频率贡献。电子器件产生多个第一可能频率值，每个值是频率贡献的值的候选。
6.操作lidar系统可以包括在模数转换器（adc）处接收差拍信号。差拍信号将第一信号针对第二信号进行差拍。第一信号由从lidar系统离开的光产生，并且在被位于lidar系统之外的物体反射后返回到lidar系统。第二信号由未从lidar系统离开的光产生。差拍信号的频率具有来自lidar系统和物体之间的分离的频率贡献。操作lidar系统还可以包括产生多个第一可能频率值，每个值是频率贡献的值的候选。
附图说明
7.图1a是lidar系统的示意的俯视图，该系统包括lidar芯片或由lidar芯片组成，该芯片在共同的波导上输出lidar输出信号和接收lidar输入信号。
8.图1b是lidar系统的示意的俯视图，该系统包括lidar芯片或由lidar芯片组成，该芯片在不同的波导上输出lidar输出信号和接收lidar输入信号。
9.图1c是lidar系统的另一实施例的示意的俯视图，该系统包括lidar芯片或由lidar芯片组成，该芯片在不同的波导上输出lidar输出信号和接收多个lidar输入信号。
10.图1d是lidar系统的示意的俯视图，该系统包括lidar芯片，该芯片接收来自位于lidar芯片外的光源的传出lidar信号。
11.图2是适用于图1b的lidar芯片的lidar适配器的示例的俯视图。
12.图3是适用于图1c的lidar芯片的lidar适配器的示例的俯视图。
13.图4是lidar系统的示例的俯视图，该系统包括在共同支架上的图1a的lidar芯片和图2的lidar适配器。
14.图5a示出了适用于lidar系统的处理组件的示例。
15.图5b提供了适用于根据图5a构造的处理组件的电子器件的示意图。
16.图5c示出了适用于lidar系统的处理组件的另一示例。
17.图5d提供了适用于根据图5c构建的处理组件的电子器件的示意图。
18.图5e是lidar输出信号中包括的通道之一的频率对时间的图形。
19.图5f示出了供lidar系统使用的频谱。
20.图6是在绝缘体上硅平台上包括波导的lidar芯片的部分的截面图。
具体实施方式
21.lidar系统发射系统输出信号。来自系统输出信号的光可以被位于lidar系统之外的物体反射。一部分反射光可以返回到lidar系统。lidar系统可以将返回的光与另一个光信号相组合，以形成差拍信号。lidar系统使用差拍信号产生数据信号，该数据信号是电信号，也是差拍。输出数字数据信号的模数转换器（adc）可以接收该数据信号。lidar系统包括使用数字数据信号来产生lidar数据（lidar系统与lidar系统之外的物体之间的距离和/或径向速度）的电子器件。
22.在lidar系统操作期间，lidar系统会经历一系列循环。在每个循环期间，lidar系统照明采样区域。可以从每个循环产生位于照明的采样区域中的物体的lidar数据。每个循环包括多个数据时段，并且电子器件在每个不同的数据时段期间控制系统输出信号的频率。例如，在至少两个数据时段中，电子器件可以在数据时段的持续时间内改变系统输出信号的频率。两个数据时段期间的频率改变率可以被选择成使得即使在模数转换器（adc）欠采样的情况下也能成功量化lidar数据。因此，lidar系统可能对一个或多个模数转换器（adc）欠采样。由于相对于现有lidar系统，欠采样会降低lidar系统所需的adc采样率。降低的采样率会降低lidar系统的成本和/或功耗。
23.图1a是lidar芯片的示意的俯视图，该lidar芯片可以用作lidar系统，或者可以包括在除了lidar芯片之外还包括组件的lidar系统中。lidar芯片可以包括光子集成电路（pic），并且可以是光子集成电路芯片。lidar芯片包括输出传出lidar信号的光源10。合适的光源10包括但不限于半导体激光器，例如外腔激光器（ecl）、分布反馈激光器（dfb）、离散模式（dm）激光器和分布布拉格反射器激光器（dbr）。
24.lidar芯片还包括实用波导12，其接收来自光源10的传出lidar信号。实用波导12终止于面（facet）14，并将传出lidar信号载送到面14。面14可以被定位成使得穿过面14行进的传出lidar信号离开lidar芯片并用作lidar输出信号。例如，面14可以位于芯片的边缘
处，使得穿过面14行进的传出lidar信号离开芯片并用作lidar输出信号。在一些情况下，从lidar芯片离开的那部分lidar输出信号也可视为系统输出信号。例如，当来自lidar芯片的lidar输出信号的出口也是来自lidar系统的lidar输出信号的出口时，lidar输出信号也可以被视为系统输出信号。当该部分lidar输出信号用作系统输出信号时，面14可以用作lidar系统的发射器。
25.lidar输出信号通过lidar系统所在的大气中的自由空间行进离开lidar系统。lidar输出信号可能被lidar输出信号的路径中的一个或多个物体反射。当lidar输出信号被反射时，至少一部分反射光作为lidar输入信号行进回到lidar芯片。在一些情况下，lidar输入信号也可视为系统返回信号。例如，当来自lidar芯片的lidar输出信号的出口也是来自lidar系统的lidar输出信号的出口时，lidar输入信号也可以被视为系统返回信号。
26.lidar输入信号可以通过面14进入实用波导12。进入实用波导12的那部分lidar输入信号用作传入lidar信号。实用波导12将传入lidar信号载送到分离器16，分离器16将来自实用波导12的传出lidar信号的一部分移动到比较波导18上作为比较信号。比较波导18将比较信号载送到处理组件22用于进一步处理。尽管图1a示出了作为分离器16操作的定向耦合器，但其他信号分接组件也可以用作分离器16。合适的分离器16包括但不限于定向耦合器、光耦合器、y型接头、锥形耦合器和多模干涉（mmi）器件。
27.实用波导12还将传出lidar信号载送到分离器16。分离器16将来自实用波导12的传出lidar信号的一部分移动到参考波导20上作为参考信号。参考波导20将参考信号载送到处理组件22用于进一步处理。
28.由分离器16从实用波导12转移的光的百分比可以是固定的或基本固定的。例如，分离器16可以被配置成使得转移到参考波导20的参考信号的功率是传出lidar信号的功率的传出百分比，或者使得转移到比较波导18的比较信号的功率是传入lidar信号的功率的传入百分比。在许多分离器16（例如定向耦合器和多模干涉仪（mmi））中，传出百分比等于或基本上等于传入百分比。在一些情况下，传出百分比大于30%、40%或49%和/或小于51%、60%或70%，和/或传入百分比大于30%、40%或49%和/或小于51%、60%或70%。例如多模干涉仪（mmi）之类的分离器16通常提供50%或约50%的传出百分比和传入百分比。然而，多模干涉仪（mmi）比一些替代品更容易在例如绝缘体上硅平台之类的平台中制造。在一个示例中，分离器16是多模干涉仪（mmi），并且传出百分比和传入百分比是50%或者基本上50%。如下文将更详细描述的，处理组件22将比较信号与参考信号相组合以形成复合信号，该复合信号载送用于视场上的采样区域的lidar数据。因此，可以处理复合信号以便提取用于采样区域的lidar数据（lidar系统和lidar系统之外的物体之间的距离和/或径向速度）。
29.lidar芯片可以包括用于控制光源10的操作的控制分支。控制分支包括分离器26，分离器26将来自实用波导12的传出lidar信号的一部分移动到控制波导28上。传出lidar信号的耦合部分用作分接信号。尽管图1a示出了作为分离器26操作的定向耦合器，但其他信号分接组件也可以用作分离器26。合适的分离器26包括但不限于定向耦合器、光耦合器、y型接头、锥形耦合器和多模干涉（mmi）器件。
30.控制波导28将分接信号载送到控制组件30。控制组件可以与电子器件32电通信。在操作期间，电子器件32可以响应于来自控制组件的输出来调整传出lidar信号的频率。在2018年5月11日提交的题为“optical sensor chip”的美国专利申请序列号15/977,957中
提供了控制组件的合适构造的示例，该申请以其整体并入本文。
31.可以对lidar系统进行修改，以便传入lidar信号和传出lidar信号可以在不同的波导上载送。例如，图1b是被修改成使得传入lidar信号和传出lidar信号在不同的波导上载送的图1a的lidar芯片的俯视图。传出lidar信号通过面14离开lidar芯片，并用作lidar输出信号。当来自lidar输出信号的光被lidar系统之外的物体反射时，至少一部分反射光作为第一lidar输入信号返回到lidar芯片。第一lidar输入信号通过面34进入比较波导18，并用作比较信号。比较波导18将比较信号载送到处理组件22用于进一步处理。如在图1a的上下文中所描述的，参考波导20将参考信号载送到处理组件22用于进一步处理。如下文将更详细描述的，处理组件22将比较信号与参考信号相组合以形成复合信号，该复合信号载送用于视场上的采样区域的lidar数据。
32.lidar芯片可以被修改以接收多个lidar输入信号。例如，图1c示出了被修改以接收两个lidar输入信号的图1b的lidar芯片。分离器40被配置成将参考波导20上载送的参考信号的一部分放置在第一参考波导42上，并将参考信号的另一部分放置在第二参考波导44上。因此，第一参考波导42载送第一参考信号，并且第二参考波导44载送第二参考信号。第一参考波导42将第一参考信号载送到第一处理组件46，并且第二参考波导44将第二参考信号载送到第二处理组件48。合适的分离器40的示例包括但不限于y型接头、光耦合器和多模干涉耦合器（mmi）。
33.传出lidar信号通过面14离开lidar芯片，并用作lidar输出信号。当来自lidar输出信号的光被位于lidar系统之外的一个或多个物体反射时，至少一部分反射光作为第一lidar输入信号返回到lidar芯片。第一lidar输入信号通过面34进入比较波导18，并用作第一比较信号。比较波导18将第一比较信号载送到第一处理组件46用于进一步处理。
34.此外，当来自lidar输出信号的光被位于lidar系统之外的一个或多个物体反射时，反射信号的至少一部分作为第二lidar输入信号返回到lidar芯片。第二lidar输入信号通过面52进入第二比较波导50，并用作由第二比较波导50载送的第二比较信号。第二比较波导50将第二比较信号载送到第二处理组件48用于进一步处理。
35.虽然光源10被示为位于lidar芯片上，但是光源10的全部或一部分可以位于lidar芯片之外。例如，实用波导12可以终止于第二面，通过该第二面，传出lidar信号可以从位于lidar芯片之外的光源进入实用波导12。作为示例，图1d示出了被修改以包括位于lidar芯片之外的光源10的图1a的lidar系统。实用波导12包括第二面53。例如一个或多个光纤之类的光学链路54将传出lidar信号载送到实用波导12的第二面53。光学链路54与实用波导12对准，使得由光源10产生的传出lidar信号可以通过第二面53进入实用波导12。例如光纤块之类的对准机构55可以提供光学链路54和实用波导12之间的对准。光学放大器57可以可选地沿着光学链路放置，以便放大传出idar信号。当光源在lidar芯片之外时，合适的光源包括但不限于半导体激光器，例如外腔激光器（ecl）、分布反馈激光器（dfb）、离散模式（dm）激光器和分布布拉格反射器激光器（dbr）。在一些情况下，lidar系统包括一个或多个透镜（未示出），其将传出lidar源耦合到放大器57或实用波导12中。
36.在一些情况下，根据图1b或图1c构建的lidar芯片与lidar适配器结合使用。在一些情况下，由于（一个或多个）第一lidar输入信号和/或lidar输出信号从lidar芯片行进到视场的光路穿过lidar适配器，因此lidar适配器可以物理光学地定位在lidar芯片和一个
或多个反射物体和/或视场之间。此外，lidar适配器可以被配置成对第一lidar输入信号和lidar输出信号进行操作，使得第一lidar输入信号和lidar输出信号在lidar适配器和lidar芯片之间在不同光路上行进，但是在lidar适配器和视场中的反射物体之间在相同光路上行进。
37.图2中示出了适用于图1b的lidar芯片的lidar适配器的示例。lidar适配器包括位于基座上的多个组件。例如，lidar适配器包括位于基座102上的循环器100。所示的光循环器100包括三个端口，并且被配置成使得进入一个端口的光从下一个端口离开。例如，所示的光循环器包括第一端口104、第二端口106和第三端口108。lidar输出信号从lidar芯片的实用波导12进入第一端口104，并从第二端口106离开。
38.lidar适配器可以被配置成使得来自第二端口106的lidar输出信号的输出也可以用作来自lidar适配器并因此来自lidar系统的lidar输出信号的输出。因此，可以从lidar适配器输出lidar输出信号，使得lidar输出信号朝向视场中的采样区域行进。因此，在一些情况下，从lidar适配器离开的那部分lidar输出信号也可视为系统输出信号。例如，当来自lidar适配器的lidar输出信号的出口也是来自lidar系统的lidar输出信号的出口时，lidar输出信号也可以被视为系统输出信号。当lidar输出信号用作系统输出信号时，第二端口106可以用作lidar系统的发射器。
39.从lidar适配器输出的lidar输出信号包括来自从lidar芯片接收的lidar输出信号的光、由其组成、或基本上由其组成。因此，从lidar适配器输出的lidar输出信号可以与从lidar芯片接收的lidar输出信号相同或基本相同。但是，从lidar适配器输出的lidar输出信号与从lidar芯片接收的lidar输出信号之间可能存在差异。例如，lidar输出信号在其行进通过lidar适配器时可能会经历光学损耗，和/或lidar适配器可以可选地包括放大器，该放大器被配置成在lidar输出信号行进通过lidar适配器时对其进行放大。
40.当采样区域中的一个或多个物体反射lidar输出信号时，至少一部分反射光作为系统返回信号行进回到循环器100。系统返回信号通过第二端口106进入循环器100。图2示出了lidar输出信号和系统返回信号沿同一光路在lidar适配器和采样区域之间行进。
41.系统返回信号通过第三端口108离开循环器100，并被引导到lidar芯片上的比较波导18。因此，系统返回信号的全部或一部分可用作第一lidar输入信号，并且第一lidar输入信号包括来自系统返回信号的光、或由其组成。因此，lidar输出信号和第一lidar输入信号在lidar适配器和lidar芯片之间沿着不同的光路行进。
42.从图2中可以明显看出，除了循环器100之外，lidar适配器还可以包括光学组件。例如，lidar适配器可以包括用于引导和控制lidar输出信号和系统返回信号的光路的组件。例如，图2的适配器包括可选的放大器110，放大器110被定位成在lidar输出信号进入循环器100之前接收并放大lidar输出信号。放大器110可以由电子器件32操作，从而允许电子器件32控制lidar输出信号的功率。
43.图2还示出了包括可选的第一透镜112和可选的第二透镜114的lidar适配器。第一透镜112可以被配置成将lidar输出信号耦合到期望位置。在一些情况下，第一透镜112被配置成将lidar输出信号聚焦或准直在期望位置处。在一个示例中，当lidar适配器不包括放大器110时，第一透镜112被配置成耦合第一端口104上的lidar输出信号。作为另一个示例，当lidar适配器包括放大器110时，第一透镜112可以被配置成将输入端口上的lidar输出信
号耦合到放大器110。第二透镜114可以被配置成将lidar输出信号耦合在期望位置处。在一些情况下，第二透镜114被配置成将lidar输出信号聚焦或准直在期望位置处。例如，第二透镜114可以被配置成将lidar输出信号耦合在比较波导18的面34上。
44.lidar适配器还可以包括一个或多个方向改变组件，例如反射镜。图2示出了包括反射镜作为方向改变组件116的lidar适配器，方向改变组件116将来自循环器100的系统返回信号重新引导到比较波导18的面20。
45.lidar芯片包括一个或多个波导，其限制一个或多个光信号的光路。虽然lidar适配器可以包括波导，但是系统返回信号和lidar输出信号在lidar适配器上的组件之间和/或在lidar芯片与lidar适配器上的组件之间行进的光路可以是自由空间。例如，当在lidar适配器上的不同组件之间和/或在lidar适配器上的组件与lidar芯片之间行进时，系统返回信号和/或lidar输出信号可以行进通过lidar芯片、lidar适配器和/或基座102位于其中的大气。因此，可以采用例如透镜和方向改变组件之类的光学组件来控制由系统返回信号和lidar输出信号在lidar适配器上、向lidar适配器、从lidar适配器所行进的光路的特性。
46.用于lidar适配器的合适基座102包括但不限于基板、平台和板。合适的基板包括但不限于玻璃、硅和陶瓷。这些组件可以是附接到基板的分立组件。用于将分立组件附接到基座102的合适技术包括但不限于环氧树脂、焊料和机械夹紧。在一个示例中，一个或多个组件是集成组件，并且其余组件是分立组件。在另一个示例中，lidar适配器包括一个或多个集成放大器，并且其余组件是分立组件。
47.lidar系统可以被配置成补偿偏振。来自激光源的光通常为线性偏振，因此lidar输出信号也通常为线性偏振。来自物体的反射可能会改变返回光的偏振的角度。因此，系统返回信号可以包括不同线性偏振状态的光。例如，系统返回信号的第一部分可以包括第一线性偏振状态的光，并且系统返回信号的第二部分可以包括第二线性偏振状态的光。产生的复合信号的强度与比较信号和参考信号偏振场之间的角度的余弦的平方成比例。如果角度为90度，则lidar数据可能会在产生的复合信号中丢失。但是，可以修改lidar系统，以补偿lidar输出信号的偏振状态的改变。
48.图3示出了被修改成使得lidar适配器适用于图1c的lidar芯片的图3的lidar系统。lidar适配器包括分束器120，其接收来自循环器100的系统返回信号。分束器120将系统返回信号分成系统返回信号的第一部分和系统返回信号的第二部分。合适的分束器包括但不限于沃拉斯顿棱镜和基于mems的分束器。
49.系统返回信号的第一部分被引导到lidar芯片上的比较波导18，并用作图1c的上下文中描述的第一lidar输入信号。系统返回信号的第二部分被引导偏振旋转器122。偏振旋转器122输出第二lidar输入信号，该第二lidar输入信号被引导到lidar芯片上的第二输入波导76，并用作第二lidar输入信号。
50.分束器120可以是偏振分束器。偏振分束器的一个示例被构造成使得系统返回信号的第一部分具有第一偏振状态但不具有或基本上不具有第二偏振状态，并且系统返回信号的第二部分具有第二偏振状态但不具有或基本上不具有第一偏振状态。第一偏振状态和第二偏振状态可以是线性偏振状态，并且第二偏振状态不同于第一偏振状态。例如，第一偏振状态可以是te而第二偏振状态可以是tm，或者第一偏振状态可以是tm而第二偏振状态可以是te。在一些情况下，激光源可以线性偏振，使得lidar输出信号具有第一偏振状态。合适
的分束器包括但不限于沃拉斯顿棱镜和基于mems的偏振分束器。
51.偏振旋转器可以被配置成改变系统返回信号的第一部分和/或系统返回信号的第二部分的偏振状态。例如，图3中所示的偏振旋转器122可以被配置成将系统返回信号的第二部分的偏振状态从第二偏振状态改变为第一偏振状态。因此，第二lidar输入信号具有第一偏振状态，但不具有或基本上不具有第二偏振状态。因此，第一lidar输入信号和第二lidar输入信号各自具有相同的偏振状态（在该示例中为第一偏振状态）。尽管载送相同偏振状态的光，但由于使用了偏振分束器，第一lidar输入信号和第二lidar输入信号与不同的偏振状态相关联。例如，第一lidar输入信号载送以第一偏振状态反射的光，而第二lidar输入信号载送以第二偏振状态反射的光。因此，第一lidar输入信号与第一偏振状态相关联，而第二lidar输入信号与第二偏振状态相关联。
52.由于第一lidar输入信号和第二lidar载送相同偏振状态的光，因此由第一lidar输入信号产生的比较信号与由第二lidar输入信号产生的比较信号具有相同的偏振角。
53.合适的偏振旋转器包括但不限于偏振保持光纤的旋转、法拉第旋转器、半波片、基于mems的偏振旋转器、以及使用非对称y分支、马赫-曾德尔干涉仪和多模干涉耦合器的集成光学偏振旋转器。
54.由于传出lidar信号是线性偏振的，因此第一参考信号可以具有与第二参考信号相同的线性偏振状态。此外，可以选择lidar适配器上的组件，使得第一参考信号、第二参考信号、比较信号和第二比较信号各自具有相同的偏振状态。在图3的上下文中公开的示例中，第一比较信号、第二比较信号、第一参考信号和第二参考信号可以各自具有第一偏振状态的光。
55.作为上述配置的结果，由第一处理组件46产生的第一复合信号和由第二处理组件48产生的第二复合信号各自由相同偏振状态的参考信号和比较信号的组合产生，并且相应地在参考信号和比较信号之间提供期望的差拍。例如，复合信号由第一偏振状态的第一参考信号和第一比较信号组合而成并排除或基本上排除第二偏振状态的光，或者复合信号由第二偏振状态的第一参考信号和第一比较信号组合而成并排除或基本上排除第一偏振状态的光。类似地，第二复合信号包括第二参考信号，并且相同偏振状态的第二比较信号将相应地提供参考信号和比较信号之间的期望差拍。例如，第二复合信号由第一偏振状态的第二参考信号和第二比较信号组合而成并排除或基本上排除第二偏振状态的光，或者第二复合信号由第二偏振状态的第二参考信号和第二比较信号组合而成并排除或基本上排除第一偏振状态的光。
56.上述配置导致从来自采样区域的多个不同复合信号（即，第一复合信号和第二复合信号）产生用于视场中的单个采样区域的lidar数据。在一些情况下，确定用于采样区域的lidar数据包括电子器件组合来自不同复合信号（即复合信号和第二复合信号）的lidar数据。组合lidar数据可以包括对从不同复合信号产生的lidar数据取平均、中值或模。例如，电子器件可以将lidar系统和反射物体之间的根据复合信号确定的距离与根据第二复合信号确定的距离进行平均，和/或电子器件可以将lidar系统和反射物体之间的根据复合信号确定的径向速度与根据第二复合信号确定的径向速度进行平均。
57.在一些情况下，确定用于采样区域的lidar数据包括电子器件将一个或多个复合信号（即，复合信号和/或第二复合信号）标识为最能表示现实的lidar数据（表示性lidar数
据）的源。然后，电子器件可以将来自标识出的复合信号的lidar数据用作表示性lidar数据，以用于附加处理。例如，电子器件可以将具有较大幅度的信号（复合信号或第二复合信号）标识为具有表示性lidar数据，并且可以使用来自标识出的信号的lidar数据以供lidar系统进一步处理。在一些情况下，电子器件将标识复合信号与表示性lidar数据与组合来自不同lidar信号的lidar数据相组合。例如，电子器件可以将幅度高于幅度阈值的每个复合信号标识为具有表示性lidar数据，并且当多于两个复合信号被标识为具有表示性lidar数据时，电子器件可以组合来自每个标识的复合信号的lidar数据。当一个复合信号被标识为具有表示性lidar数据时，电子器件可以使用来自该复合信号的lidar数据作为表示性lidar数据。当没有复合信号被标识为具有表示性lidar数据时，电子器件可以丢弃与这些复合信号相关联的用于采样区域的lidar数据。
58.尽管图3是在组件被布置成使得第一比较信号、第二比较信号、第一参考信号和第二参考信号各自具有第一偏振状态的上下文中描述的，但是图3中的组件的其他配置可以被布置成使得复合信号由相同线性偏振状态的参考信号和比较信号组合而成，并且第二复合信号由相同线性偏振状态的参考信号和比较信号组合而成。例如，分束器120可以被构造成使得系统返回信号的第二部分具有第一偏振状态，并且系统返回信号的第一部分具有第二偏振状态，偏振旋转器接收系统返回信号的第一部分，并且传出lidar信号可以具有第二偏振状态。在该示例中，第一lidar输入信号和第二lidar输入信号均具有第二偏振状态。
59.上述系统配置导致系统返回信号的第一部分和系统返回信号的第二部分被引导成不同的复合信号。因此，由于系统返回信号的第一部分和系统返回信号的第二部分各自与不同的偏振状态相关联，但是电子器件可以处理每个复合信号，因此lidar系统响应于lidar输出信号的反射而补偿lidar输出信号的偏振状态的改变。
60.图3的lidar适配器可以包括附加的光学组件，包括无源光学组件。例如，lidar适配器可以包括可选的第三透镜126。第三透镜126可以被配置成将第二lidar输出信号耦合在期望位置处。在一些情况下，第三透镜126将第二lidar输出信号聚焦或准直在期望位置处。例如，第三透镜126可以被配置成将第二lidar输出信号聚焦或准直在第二比较波导50的面52上。lidar适配器还包括一个或多个方向改变组件124，例如反射镜和棱镜。图3示出了包括反射镜作为方向改变组件124的lidar适配器，该方向改变组件124将来自循环器100的系统返回信号的第二部分重新引导到第二比较波导50的面52和/或第三透镜126。
61.当lidar系统包括lidar芯片和lidar适配器时，lidar芯片、电子器件和lidar适配器可以放置在共同底座上。合适的共同底座包括但不限于玻璃板、金属板、硅板和陶瓷板。作为示例，图4是lidar系统的俯视图，该lidar系统包括在共同支架140上的图1a的lidar芯片和电子器件32以及图2的lidar适配器。尽管电子器件32被示出为位于共同支架上，但是电子器件的全部或一部分可以位于共同支架之外。当光源10位于lidar芯片之外时，光源可以位于共同支架140上或共同支架140外。用于将lidar芯片、电子器件和/或lidar适配器安装在共同支架上的合适方法包括但不限于环氧树脂、焊料和机械夹紧。
62.lidar系统可以包括组件，包括附加的无源和/或有源光学组件。例如，lidar系统可以包括从lidar芯片或从lidar适配器接收lidar输出信号的一个或多个组件。从一个或多个组件离开的那部分lidar输出信号可用作系统输出信号。例如，lidar系统可以包括一个或多个光束转向组件，其从lidar芯片或从lidar适配器接收lidar输出信号，并输出用作
系统输出信号的全部或一部分lidar输出信号。合适的光束转向组件包括但不限于可移动反射镜、mems反射镜和光学相控阵（opa）。在这些情况下，一个或多个组件可以用作lidar系统的系统输出信号的发射器。
63.图5a至图5d示出了合适的处理组件的示例，所述处理组件用作从由处理组件22、第一处理组件46和第二处理组件48组成的组中选择的全部或一部分处理组件。处理组件接收来自比较波导196的比较信号和来自参考波导198的参考信号。图1a和图1b所示的比较波导18和参考波导20可以用作比较波导196和参考波导198，图1c所示的比较波导18和第一参考波导42可以用作比较波导196和参考波导198，或者图1c所示的第二比较波导50和第二参考波导44可以用作比较波导196和参考波导198。
64.处理组件包括第二分离器200，其将比较波导196上载送的比较信号分开到第一比较波导204和第二比较波导206上。第一比较波导204将比较信号的第一部分载送到光组合组件211。第二比较波导208将比较信号的第二部分载送到第二光组合组件212。
65.处理组件包括第一分离器202，其将参考波导198上载送的参考信号分开到第一参考波导204和第二参考波导206上。第一参考波导204将参考信号的第一部分载送到光组合组件211。第二参考波导208将参考信号的第二部分载送到第二光组合组件212。
66.第二光组合组件212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和参考信号的第二部分之间的频率差，第二复合信号在比较信号的第二部分和参考信号的第二部分之间差拍。
67.第二光组合组件212还将得到的第二复合信号分离到第一辅助检测器波导214和第二辅助检测器波导216上。第一辅助检测器波导214将第二复合信号的第一部分载送到第一辅助光传感器218，第一辅助光传感器218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216将第二复合信号的第二部分载送到第二辅助光传感器220，第二辅助光传感器220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）。
68.在一些情况下，第二光组合组件212分离第二复合信号，使得包括在第二复合信号的第一部分中的比较信号的部分（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的部分（即，比较信号的第二部分的部分）相移180
°
、但是第二复合信号的第二部分中的参考信号的部分（即参考信号的第二部分的部分）相对于第二复合信号的第一部分中的参考信号的部分（即参考信号的第二部分的部分）没有相移。替代地，第二光组合组件212分离第二复合信号，使得第二复合信号的第一部分中的参考信号的部分（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的部分（即，参考信号的第二部分的部分）相移180
°
、但是第二复合信号的第一部分中的比较信号的部分（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的部分（即比较信号的第二部分的部分）没有相移。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）。
69.第一光组合组件211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和参考信号的第一部分之间的频率差，第一复合信号在比较信号的第一部分和参考信号的第一部分之间差拍。
70.第一光组合组件211还将第一复合信号分离到第一检测器波导221和第二检测器
波导222上。第一检测器波导221将第一复合信号的第一部分载送到第一光传感器223，第一光传感器223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222将第二复合信号的第二部分载送到第二光传感器224，第二光传感器224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）。
71.在一些情况下，光组合组件211分离第一复合信号，使得包括在复合信号的第一部分中的比较信号的部分（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的部分（即，比较信号的第一部分的部分）相移180
°
、但是复合信号的第一部分中的参考信号的部分（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的部分（即，参考信号的第一部分的部分）没有相移。替代地，光组合组件211分离复合信号，使得复合信号的第一部分中的参考信号的部分（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的部分（即，参考信号的第一部分的部分）相移180
°
、但是复合信号的第一部分中的比较信号的部分（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的部分（即，比较信号的第一部分的部分）没有相移。
72.当第二光组合组件212分离第二复合信号使得第二复合信号的第一部分中的比较信号的部分相对于第二复合信号的第二部分中的比较信号的部分相移180
°
时，光组合组件211也分离复合信号使得复合信号的第一部分中的比较信号的部分相对于复合信号的第二部分中的比较信号的部分相移180
°
。当第二光组合组件212分离第二复合信号使得第二复合信号的第一部分中的参考信号的部分相对于第二复合信号的第二部分中的参考信号的部分相移180
°
时，光组合组件211也分离复合信号使得复合信号的第一部分中的参考信号的部分相对于复合信号的第二部分中的参考信号的部分相移180
°
。
73.第一参考波导210和第二参考波导208被构造成在参考信号的第一部分和参考信号的第二部分之间提供相移。例如，第一参考波导210和第二参考波导208可以被构造成在参考信号的第一部分和参考信号的第二部分之间提供90度相移。例如，一个参考信号部分可以是同相分量，而另一个是正交分量。因此，参考信号部分之一可以是正弦函数，而另一个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210和第二参考波导208被构造成使得第一参考信号部分是余弦函数而第二参考信号部分是正弦函数。因此，第二复合信号中的参考信号的部分相对于第一复合信号中的参考信号的部分相移，然而，第一复合信号中的比较信号的部分相对于第二复合信号中的比较信号的部分没有相移。
74.第一光传感器223和第二光传感器224可以作为平衡检测器而连接，并且第一辅助光传感器218和第二辅助光传感器220也可以作为平衡检测器而连接。例如，图5b提供了电子器件、第一光传感器223、第二光传感器224、第一辅助光传感器218和第二辅助光传感器220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223、第二光传感器224、第一辅助光传感器218和第二辅助光传感器220，但是这些传感器中的一个或多个可以具有其他构造。在一些情况下，图5b的示意图中所示的全部组件都包括在lidar芯片上。在一些情况下，图5b的示意图中所示的组件分布在lidar芯片和位于lidar芯片之外的电子器件之间。
75.电子器件连接第一光传感器223和第二光传感器224作为第一平衡检测器225，并
且连接第一辅助光传感器218和第二辅助光传感器220作为第二平衡检测器226。特别地，第一光传感器223和第二光传感器224串联连接。此外，第一辅助光传感器218和第二辅助光传感器220串联连接。第一平衡检测器中的串联连接与第一数据线228通信，第一数据线228载送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232通信，第二数据线232载送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表示，并且第二数据信号是第二复合信号的电表示。因此，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。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，第二数据信号包括相对于包括在第一数据信号中的参考信号的不同部分相移的参考信号的部分。此外，第二数据信号包括与包括在第一数据信号中的比较信号的不同部分同相的比较信号的部分。第一数据信号和第二数据信号由于比较信号和参考信号之间的差拍（即第一复合信号和第二复合信号中的差拍）而差拍。
76.电子器件32包括变换机构238，其被配置成对第一数据信号和第二数据信号执行数学变换。例如，数学变换可以是以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且第二数据信号其正交分量，因此第一数据信号和第二数据信号一起作为复数据信号，其中第一数据信号是输入的实部且第二数据信号是输入的虚部。
77.变换机构238包括从第一数据线228接收第一数据信号的第一模数转换器（adc）264。第一模数转换器（adc）264将第一数据信号从模拟形式转换为数字形式，并输出第一数字数据信号。变换机构238包括从第二数据线232接收第二数据信号的第二模数转换器（adc）266。第二模数转换器（adc）266将第二数据信号从模拟形式转换为数字形式，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。因此，第一数字数据信号和第二数字数据信号一起作为复信号，其中第一数字数据信号作为复信号的实部并且第二数字数据信号作为复数据信号的虚部。
78.变换机构238包括接收复数据信号的变换组件268。例如，变换组件268接收来自第一模数转换器（adc）264的第一数字数据信号作为输入，并且还接收来自第一模数转换器（adc）266的第二数字数据信号作为输入。变换组件268可以被配置成对复信号执行数学变换，以便从时域转换到频域。数学变换可以是复变换，例如复快速傅里叶变换（fft）。复变换（例如复快速傅里叶变换（fft））提供了针对由反射物体和lidar芯片之间的径向速度引起的lidar输入信号相对于lidar输出信号的频率偏移的明确解决方案。电子器件使用从变换组件268输出的一个或多个频率峰值进行进一步处理，以产生lidar数据（反射物体与lidar芯片或lidar系统之间的距离和/或径向速度）。变换组件268可以使用固件、硬件或软件或其组合来执行所赋予的功能。
79.尽管图5a至图5b示出了将参考信号的一部分与比较信号的一部分相组合的光组合组件，但是处理组件可以包括将参考信号与比较信号相组合以形成复合信号的单个光组合组件。结果，参考信号的至少一部分和比较信号的至少一部分可以被组合以形成复合信号。参考信号的组合部分可以是整个参考信号或参考信号的一部分，而比较信号的组合部
分可以是整个比较信号或比较信号的一部分。
80.作为组合参考信号和比较信号以形成复合信号的处理组件的示例，图5c示出了被修改成包括单个光组合组件的图5a的处理组件。比较波导196将比较信号直接载送到第一光组合组件211，并且参考波导198将参考信号直接载送到第一光组合组件211。
81.第一光组合组件211将比较信号和参考信号组合成复合信号。由于比较信号和参考信号之间的频率差，第一复合信号在比较信号和参考信号之间差拍。第一光组合组件211还将复合信号分离到第一检测器波导221和第二检测器波导222上。第一检测器波导221将复合信号的第一部分载送到第一光传感器223，第一光传感器223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222将复合信号的第二部分载送到第二光传感器224，第二光传感器224将第二复合信号的第二部分转换成第二电信号。
82.图5d提供了图5c的电子器件、第一光传感器223和第二光传感器224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223和第二光传感器224，但是这些传感器中的一个或多个可以具有其他构造。在一些情况下，图5d的示意图中所示的全部组件都包括在lidar芯片上。在一些情况下，图5d的示意图中所示的组件分布在lidar芯片和位于lidar芯片外的电子器件之间。
83.电子器件连接第一光传感器223和第二光传感器224作为第一平衡检测器225。特别地，第一光传感器223和第二光传感器224串联连接。第一平衡检测器中的串联连接与第一数据线228通信，第一数据线228载送来自第一平衡检测器的输出作为第一数据信号。第一数据信号是复合信号的电表示。
84.电子器件32包括被配置成对第一数据信号执行数学变换的变换机构238。数学变换可以是以第一数据信号作为输入的实傅里叶变换。电子器件可以使用来自上述变换的频率输出来提取lidar数据。
85.在图5a至图5d的上下文中公开的每个平衡检测器可以用单个光传感器代替。结果，处理组件可以包括一个或多个光传感器，每个光传感器接收复合信号的至少一部分，因为复合信号的接收部分可以是整个复合信号或复合信号的一部分。
86.图5e示出了lidar输出信号和/或系统输出信号的频率、时间、循环和数据时段之间的关系的示例。虽然图5e示出了仅一个通道的频率对时间，但所示的频率对时间模式可以表示每个通道的频率对时间。lidar输出信号（fo）的基频可以是循环开始时lidar输出信号的频率。
87.图5e示出了标记为cyclej和cycle
j+1
的两个循环的序列的频率对时间。在一些情况下，频率对时间模式在每个循环中重复，如图5e所示。所示出的循环不包括重新定位时段和/或重新定位时段不位于循环之间。因此，图5e示出了连续扫描的结果。
88.每个循环包括k个数据时段，每个数据时段都与时段索引k相关联并标记为dpk。在图5e的示例中，每个循环包括标记为dpk的三个数据时段，其中k=1、2和3。在一些情况下，对于不同循环中彼此对应的数据时段，频率对时间模式是相同的，如图5e所示。对应的数据时段是具有相同时段索引的数据时段。因此，在图5e中，每个数据时段dp1可被视为对应的数据时段，并且相关联的频率对时间模式相同。在循环结束时，电子器件将频率恢复到其开始上一个循环时的相同频率水平。
89.在数据时段dp1期间，电子器件操作光源，使得lidar输出信号的频率改变b1，其中
b1≠0。dp1期间频率改变的持续时间由t1表示，其中t1》0。在数据时段dp2期间，电子器件操作光源，使得lidar输出信号的频率改变b2，其中b2≠0。dp2期间频率改变的持续时间由t2表示，其中t2》0。dp1期间的频率改变率可以由α1表示，其中α1≠0。在图5e中，dp1期间的频率改变率（α1）与b1/t1的值呈线性关系。dp2期间的频率改变率可以由α2表示，其中α2≠0。在图5e中，dp2期间的频率改变率（α2）与b2/t2的值呈线性关系。在数据时段dp3期间，电子器件操作光源，使得lidar输出信号的频率在数据时段期间恒定。dp3的持续时间由t3表示，其中t3》0。t1、t2和t3的值可以相同或不同。在一些情况下，t1=t2。在一个示例中，t1=t2≠t3。在另一个示例中，t1=t2=t3。在一些情况下，t1≠t2。
90.在数据时段dpk期间，从第一复合信号、第一数据信号、第二复合信号和第二数据信号中选择的全部或部分差拍信号的差拍频率是fk，其中k表示数据时段索引。例如，当根据图5c和图5d构建处理组件时，第一复合信号和第一数据信号的差拍频率由fk表示。当根据图5a和图5b构建处理组件时，第一复合信号、第一数据信号、第二复合信号和第二数据信号的差拍频率由fk表示。
91.f1表示数据时段dp1期间的差拍信号的差拍频率。f1的值可以包括来自lidar系统和反射物体之间的距离的贡献（f
r，1
）和来自lidar系统和反射物体之间的径向速度的贡献（f
d，1
）。因此，f1可以写成f1=f
r，1
+f
d，1
。在lidar系统的正常操作条件下，f1可能出现的最大可能值由f
1max
表示。
92.数据时段dp2期间的差拍信号的差拍频率由f2表示。f2的值可以包括来自lidar系统和反射物体之间的距离的贡献（f
r，2
）和来自lidar系统和反射物体之间的径向速度的贡献（f
d，2
）。在lidar系统的正常操作条件下，f2可能出现的最大可能值由f
2max
表示。
93.数据时段dp3期间的差拍信号的差拍频率由f3表示。在lidar系统的正常操作条件下，f3可能出现的最大可能值由f
3max
表示。由于lidar输出信号的频率在数据时段dp3期间是恒定的，因此f3将具有来自lidar系统和反射物体之间的径向速度的贡献（多普勒频率f
d，3
），但不会具有来自lidar系统和反射物体之间的距离的贡献。因此，f3的值可以设置为多普勒频率（f
d，3
）的值，其中f
d，3
=2ν/λ，其中ν表示在从反射物体向lidar系统的方向为正方向的情况下的lidar系统和反射物体之间的径向速度，λ表示lidar输出信号的波长。因此，f3=f
d，3
=2ν/λ且f
3max
=f
dmax
=2ν
max
/λ，其中f
dmax
表示在正常条件下lidar系统操作期间的多普勒频率的最大值，并且ν
max
表示在正常操作条件期间的径向速度（ν）的最大值。
94.以上描述的部分变量是在正常操作条件的上下文中公开的。正常操作条件是指lidar系统设计用于操作的条件，通常在lidar系统的规格中规定。因此，当规格可用时，ν
max
值将表示规格中规定的最大径向速度。作为另一个示例，f
1max
将表示当在规格中规定的径向速度和距离内操作lidar系统时可能出现的f1的最大值。
95.数据时段索引不表示时间顺序。例如，尽管图5e示出了dp1发生在dp2和dp3之前的循环；循环可以具有数据时段的其他布置。具有不同数据时段布置的循环的示例包括但不限于dp1发生在dp2和dp3之间的循环、或dp3发生在dp2之前、dp2发生在dp1之前的循环。
96.在操作lidar系统以产生lidar数据之前，可以选择和/或计算一个或多个操作参数的值。电子器件可以使用针对产生lidar数据中的一个或多个参数所标识的值。这些参数之一的示例是模数转换器（adc）采样率（f
samp
）。处理组件包括一个或多个模数转换器，例如图5a和图5c的第一模数转换器（adc）264和图5d的第二模数转换器（adc）266。一个或多个模
数转换器各自接收差拍信号之一，并且各自以adc采样率（f
samp
）采样。在以前的lidar系统中，产生有用的lidar数据所需的adc采样率（f
samp
）可能不切实际；然而，可以操作lidar系统，使得电子器件对模数转换器（adc）264和/或第二模数转换器（adc）266进行欠采样。使用欠采样可以允许使用切实可行的采样率。
97.可以选择adc采样率（f
samp
），使得f
samp
≥2|f
3max
|。由于f
3max
=f
dmax
=2ν
max
/λ，因此可以选择adc采样率（f
samp
），使得f
samp
≥2|f
3max
|，或f
samp
≥2|f
dmax
|或f
samp
≥4|ν
max
/λ|。根据奈奎斯特采样定理，模数转换器（adc）的采样率应大于或等于差拍信号最高频率的两倍。因此，奈奎斯特采样定理将根据：f
samp
≥2*max|f
1max
，f
2max
，f
3max
|提供采样率（f
samp
）。当采样率大于2*max|f
1max
，f
2max
，f
3max
|时，差拍信号被视为过采样；当采样率小于2*max|f
1max
，f
2max
，f
3max
|时，差拍信号被视为欠采样。可以选择f
samp
的值，以便对信号进行欠采样。例如，可以选择f
samp
，使得2|f
3max
|≤f
samp
≤2*max|f
1max
，f
2max
，f
3max
|或2|f
dmax
|≤f
samp
≤2*max|f
1max
，f
2max
，f
3max
|或4|ν
max
/λ|≤f
samp
≤2*max|f
1max
，f
2max
，f
3max
|。
98.一旦选择adc采样率（f
samp
），则可标识一个或多个其他参数的值，以用于产生lidar数据。例如，可以根据图5f限定频谱。如图5f所示，f1的值可以在0.0和f
1max
之间变化。从-f
1max
至f
1max
的频率范围可分为多个区域，每个区域的长度等于f
samp
。每个区域与kk区域索引相关联，其中下标k表示数据时段索引，并且kk的每个值都是整数。图5f示出了数据时段dp1的kk值（k1）。如图5f所示，k1的值可以从-k
1max
到k
1max
变化，从而为k1提供总计2*k
1max
+1个值。在图5f中，k
1max
的值为2。k
1max
的值可以选择为使得：（k
1max-0.5）f
samp
≤f
1max
《（k
1max
+0.5）f
samp
。
99.k
1max
的选择值可用于选择参数p和q的值，其中p是整数且q是整数。p和q的值被选择为使得p《q，q》2k
1max
+2，并且p》q/（2k
1max
+2）。在一些情况下，p/q是不可约分数。所选择的p和q的值可以用来选择b1和b2，使得b2=+/-（p/q）*b1，或者当t1≠t2时，使得α2=+/-（p/q）*α1。
100.在lidar系统的操作期间，一个或多个模数转换器（adc）可以各自以等于f
samp
的速率被采样，并且响应于在数据时段dp1期间从lidar系统输出的系统输出信号而从变换组件268输出的频率可以用作f
1，dc
的值；响应于在数据时段dp2期间从lidar系统输出的系统输出信号而从变换组件268输出的频率可以用作f
2，dc
的值；并且响应于在数据时段dp3期间从lidar系统输出的系统输出信号而从变换组件268输出的频率可以用作f
3，dc
的值。
101.电子器件可以将lidar系统和反射物体之间的径向速度对值f1的贡献的值（f
d，1
）近似为等于（f
d，3
），并将lidar系统和反射物体之间的径向速度对f2的值的贡献的值（f
d，2
）近似为等于（f
d，3
）。因此，电子器件可以设置f
d，1
=f
d，2
=f
d，3
。如上所述，f
d，3
=f3。此外，电子器件可以将f3的值近似为等于f
3，dc
，因为f
3dc
不是欠采样的结果，因为f
samp
≥2|f
3max
|，其在数据时段dp3期间满足奈奎斯特采样定理。因此，电子器件可以近似f
d，1
=f
d，2
=f
d，3
=f3=f
3，dc
=fd。
102.由于adc的欠采样，lidar系统和反射物体之间的距离对f1值的贡献（f
r，1
）有多个可能值，并且lidar系统和反射物体之间的距离对f2值的贡献（f
r，2
）有多个可能值。电子器件可以确定针对数据时段dp1的f
r，1
的可能值和针对数据时段dp2的f
r，2
的可能值。每个不同的可能值可以由f
r，k，n，e
表示，其中k表示数据时段索引，n是-k
1max
≤n≤k
1max
范围内的可能值索引，其中n的每个值都是整数，并且e表示等式索引，其标识从中产生可能值的等式。电子器件可以根据以下等式1a确定针对数据时段dp1的一系列可能值：f
r，1，n，a
=f
1，dc
+fd+n*f
samp
，其中-k
1max
≤n≤k
1max
。因此，对于f
r，1，n，e
可以有2*k
1max
+1个值。电子器件可以根据以下确定
针对数据时段dp2的一系列可能值：等式2a：f
r，2，n，a
=（f
2，dc
+fd）*（q/p）+n*f
samp
*（q/p），当dp2期间的频率改变率（α2）为正时；或者等式2b：f
r，2，n，b
=-（f
2，dc
+fd）*（q/p）-n*f
samp
*（q/p），当dp2期间的频率改变率（α2）为正时，其中-k
1max
≤n≤k
1max
。因此，对于f
r，2，n，e
可以有（2*k
1max
+1）个值。
103.从数据时段dp1确定的fr的可能值之一（以上f
r，1，n，a
）将与从数据时段dp2确定的fr的可能值之一（f
r，2，n，a
和f
r，2，n，b
）匹配或基本匹配。电子器件可以标识匹配对。由于选择p和q的条件，对于-k
1max
≤n≤k
1max
范围内的n值，每个循环将只有一个匹配对。该范围之外的n值可以产生其他匹配。用于匹配对的fr的值用作用于循环的fr的值。
104.电子器件可以使用针对fr和/或fd确定的值来确定用于循环的lidar数据。例如，电子器件可以根据c*fr*t/（2*b1）量化物体和lidar系统之间的距离和/或根据ν=λ*fd/2量化物体和lidar系统之间的径向速度。
105.虽然图5d示出了三个数据时段，但数据时段的数量可能不同。例如，当反射物体相对于lidar系统静止时（即ν=0.0），数据时段dp3可以是可选的。在这些情况下，lidar数据可按上述公开的那样产生，其中f
d，1
=f
d，2
=f
d，3
=f
3，dc
=fd=0.0。
106.lidar芯片的合适平台包括但不限于二氧化硅、磷化铟和绝缘体上硅晶片。图6是由绝缘体上硅晶片构成的芯片的部分的截面图。绝缘体上硅（soi）晶片包括基板312和光传输介质314之间的掩埋层310。在绝缘体上硅晶片中，掩埋层310是二氧化硅，而基板312和光传输介质314是硅。光学平台（例如soi晶片）的基板312可以用作整个lidar芯片的基座。例如，图1a至图1d的lidar芯片上所示的光学组件可以位于基板312的顶面和/或侧面上或上方。
107.图6是包括波导构造的lidar芯片的一部分的截面图，该波导构造适用于由绝缘体上硅晶片构成的lidar芯片。光传输介质的脊316远离光传输介质的平板区域318延伸。光信号被限制在脊316的顶部和掩埋氧化物层310之间。
108.脊波导的尺寸标记在图6中。例如，脊的宽度标记为w，高度标记为h。平板区域的厚度标记为t。对于lidar应用，这些尺寸可能比其他尺寸更重要，因为需要使用比其他应用中使用的更高水平的光功率。脊宽（标记为w）大于1μm且小于4μm，脊高（标记为h）大于1μm且小于4μm，平板区域厚度大于0.5μm且小于3μm。这些尺寸可适用于波导的直的或基本直的部分、波导的弯曲部分和（一个或多个）波导的锥形部分。因此，波导的这些部分将是单模的。然而，在一些情况下，这些尺寸适用于波导的直的或基本直的部分。附加地或替代地，波导的弯曲部分可以具有减小的平板厚度，以便减小波导的弯曲部分中的光学损耗。例如，波导的弯曲部分可以具有远离平板区域延伸的脊，其厚度大于或等于0.0μm且小于0.5μm。虽然上述尺寸通常将提供具有单模构造的波导的直的或基本直的部分，但是它们可以导致作为多模的（一个或多个）锥形部分和/或（一个或多个）弯曲部分。多模几何形状与单模几何形状之间的耦合可以使用基本上不激发高阶模的锥形来实现。因此，可以构造波导，使得即使当在具有多模尺寸的波导部分中载送时，在波导中载送的信号也以单模进行载送。图6的上下文中公开的波导构造适于根据图1a至图1d构建的lidar芯片上的全部或部分波导。
109.与lidar芯片上的波导对接的光传感器可以是独立于芯片然后附接到芯片的组件。例如，光传感器可以是光电二极管或雪崩光电二极管。合适的光传感器组件的示例包括但不限于由位于日本滨松市的滨松制造的ingaas pin光电二极管、或由位于日本滨松市的
滨松制造的ingaas apd（雪崩光电二极管）。这些光传感器可以位于lidar芯片的中央。替代地，终止于光传感器的全部或部分波导可以终止于位于芯片边缘的面，并且光传感器可以在面上附接到芯片边缘，使得光传感器接收穿过面的光。作为与芯片分离的组件的光传感器的使用适于从由第一辅助光传感器218、第二辅助光传感器220、第一光传感器223和第二光传感器224组成的组中选择的全部或部分光传感器。
110.作为是单独组件的光传感器的替代，全部或部分光传感器可以与芯片集成。例如，与由绝缘体上硅晶片构成的芯片上的脊波导对接的光传感器的示例可以在如下中找到：optics express vol.15，no.21，13965-13971（2007）；2012年1月10日发布的美国专利号8,093,080；2012年8月14日发布的美国专利号8,242,432；和2000年8月22日发布的美国专利号6,108,8472，其每个以其整体并入本文。与芯片集成的光传感器的使用适于从由辅助光传感器218、第二辅助光传感器220、第一光传感器223和第二光传感器224组成的组中选择的全部或部分光传感器。
111.与实用波导12对接的光源10可以是与lidar芯片分离然后附接到lidar芯片的激光芯片。例如，光源10可以是激光芯片，其使用倒装芯片布置到芯片。当光源10要与由绝缘体上硅晶片构成的芯片上的脊波导对接时，使用倒装芯片布置是合适的。替代地，实用波导12可以包括例如布拉格光栅之类的光栅（未示出），其用作外腔激光器的反射器。在这些情况下，光源10可以包括增益元件，其与lidar芯片分离，然后以倒装芯片布置的方式附接到lidar芯片。在2017年7月11日公布的美国专利第9,705,278号和1999年11月23日公布的美国专利第5,991,484号中可以找到倒装芯片增益元件和由绝缘体上硅晶片构成的芯片上的脊波导之间的合适接口的示例；其每个以其整体并入本文。当光源10是增益元件或激光芯片时，电子器件32可以通过改变施加给通过增益元件或激光腔的电流水平来改变传出lidar信号的频率。
112.合适的电子器件32可以包括但不限于控制器，该控制器包括模拟电路、数字电路、处理器、微处理器、数字信号处理器（dsp）、现场可编程门阵列（fpga）、计算机、微计算机或适于执行上述操作、监视和控制功能的组合、或由其组成。在一些情况下，控制器可以接入存储器，该存储器包括在执行操作、控制和监视功能期间由控制器执行的指令。虽然电子器件被示出为单个位置中的单个组件，但是电子器件可以包括彼此独立的和/或放置在不同位置中的多个不同组件。此外，如上所述，所公开的电子器件的全部或一部分可以包括在芯片上，包括与芯片集成的电子器件。
113.鉴于这些教导，本领域普通技术人员将容易想到本发明的其他实施例、组合和修改。因此，本发明仅由所附权利要求来限制，当组合上述说明书和附图来看时，权利要求包括全部这样的实施例和修改。