光子芯片和集成该芯片的光子组件的制作方法

本发明涉及光子芯片和集成该芯片的光子组件。光子芯片和光子组件特别适用于自由空间通信和lidar(光检测和测距)或光纤遥测的领域。

背景技术：

1、x.zhang等人的文档“20×20focal plane switch array for optical beamsteering”，2020 conference on laser and electro-optics(cleo),san jose,ca,usa,2020提出了一种用于使光束转向的二维器件，该二维器件由集成在由硅制成的光子芯片上的具有微机电(mems)光学开关的20×20阵列开关组成。这些开关分别连接到表面耦合器，并且光辐射可以通过根据耦合器的行秩和耦合器的列秩选择该耦合器来选择性地从光源传播到所选耦合器。准直透镜按照使得表面耦合器布置在透镜的焦平面中的方式与集成器件相关联。每个表面耦合器被配置为在自由空间中传播发射光束的形式的光辐射，该发射光束在远场中沿着从表面耦合器延伸并穿过透镜中心的直线取向。因此，与常规机械解决方案相比，允许较快转向、具有较低消耗且具有宽视场的集成光束转向器件是可用的。例如，该器件可以形成lidar系统的组件。

2、针对ch.poulton等人的文档“coherent solid-state lidar with siliconphotonic optical phased arrays”,opt.lett.42,4091-4094(2017)，提出了一种使用集成光学相控阵来使发射光束转向的调频连续波(fmcw)lidar。该组件包括光子集成电路，该光子集成电路形成在硅平台上并且具有用于在自由空间中通过光学相控阵传播光束的第一边缘耦合器。它包括用于在由发射光束照射的场景的主体上接收反射光束的第二边缘耦合器。

3、实现调频连续波lidar的光子组件通常利用光学混合器来通过发射辐射与反射辐射之间的干涉脉冲生成测量信号。测量信号的力度(force)取决于这些信号的偏振。为了使该力度最大化，需要辐射在混合器的输入部处具有相同的偏振，如果两个辐射的偏振彼此正交，则测量信号为零。

4、专利申请wo2019161388a1和公开“photonic integrated circuit-based fmcwcoherent lidar”，journal of lightwave technology,vol.36,no.19,october 1,2018提出了其它调频连续波lidar架构。如在前一参考文献中那样，这些架构还提供分别用于进行发送和接收的两个耦合器，这降低了光子电路的紧凑度。

5、此外，这些架构实现了至少一个光纤环行器，以区分发送辐射行进的正向路径和反射辐射行进的返回路径。为了保持这些辐射的光场的偏振，光纤必须保持其偏振，这是昂贵的。最后，这些架构对反射辐射的偏振变化不够稳健，这些变化能够被链接到场景的被照射主体的性质，或者被链接到光束在该主体上的入射角。

技术实现思路

1、本发明提出用于与现有技术不同地发送和接收光束并试图提供高度集成的解决方案的光子芯片和光子组件。在一些实施方式中，芯片和光子组件在保持其紧凑特性的同时还能够使用具有两种不同偏振的光束来照射场景。

2、技术方案

3、为了实现该目的，本发明提出了一种光子芯片，所述光子芯片包括至少一个发射-接收电路，所述至少一个发射-接收电路包括用于向光学混合器提供称为本振(localoscillator)的第一辐射并且用于向耦合器件提供发射辐射的至少一个激光源，所述本振和所述发射辐射具有预定偏振。所述耦合器件被配置为从测量表面在自由空间中传播发射光束形式的所述发射辐射，并且在同一测量表面接收返回的反射光束并朝着所述光学混合器引导所述反射光束作为具有所述预定偏振的反射辐射。所述光学混合器通过所述本振和所述反射辐射的干涉脉冲生成测量信号。

4、根据单独地或根据任何技术上可行的组合获得的本发明的其它有利非限制性特征：

5、-所述激光源包括频率调制器或与频率调制器相关联；

6、-所述光子芯片包括与所述激光源以光学方式相关联的功率分配器，所述功率分配器提供所述本振和所述发射辐射；

7、-所述收发器电路的所述耦合器件包括第一波导和第二波导以及布置在所述第一波导与所述第二波导之间的边缘耦合器，所述边缘耦合器以光学方式连接到偏振分束器和偏振旋转器；

8、-所述收发器电路的所述耦合器件包括第一波导和第二波导以及布置在所述第一波导与所述第二波导之间的具有偏振分路光栅的表面耦合器；

9、-所述收发器电路包括第一测量通道和第二测量通道，所述第一测量通道用于传播在芯片输出部具有第一传播偏振的第一发射光束，并且所述第二测量通道用于传播具有与所述第一传播偏振正交的第二传播偏振的第二发射光束；

10、-所述第一发射光束是通过第一耦合器件传播的，并且所述第二发射光束是通过与所述第一耦合器件分离(discrete)的第二耦合器件传播的；

11、-所述收发器电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关以光学方式布置在所述激光源与所述第一耦合器件和所述第二耦合器件之间，并且所述第二开关以光学方式布置在所述第一耦合器件和所述第二耦合器件与所述混合器之间；

12、-所述收发器电路包括：

13、-第一开关，所述第一开关用于选择性地将复用耦合器件的第一波导连接到所述激光源或所述混合器(m)；

14、-第二开关，所述第二开关用于选择性地将所述复用耦合器件的第二波导连接到所述激光源或所述混合器；

15、-所述光子芯片包括多个收发器电路；

16、-所述收发器电路包括多个耦合器件；

17、-所述至少一个激光源发射具有多个波长的辐射，并且所述收发器电路包括波分解复用器，所述波分解复用器用于分别朝着以光学方式连接到所述解复用器的输出部的所述耦合器件分发所述辐射的所述波长；

18、-所述收发器电路包括分别发射所述多个波长的多个激光源，所述收发器电路还包括用于产生具有所述多个波长的所述辐射的波分复用器；

19、-所述解复用器的所述输出部分别联接到功率分配器，所述功率分配器分别向混合器提供本振并且分别向所述耦合器件(c)提供发射辐射；

20、-所述收发器电路包括：

21、○以光学方式连接到所述激光源的单向发送总线和以光学方式连接到所述混合器的接收总线，所述多个耦合器件以光学方式布置在所述单向发送总线与所述接收总线之间；

22、○第一多个传输元件，所述第一多个传输元件布置在所述单向发送总线与所述多个耦合器件之间，以选择性地将所述单向发送总线联接到预定耦合器件并允许所述发射辐射的传播；

23、○第二多个传输元件，所述第二多个传输元件布置在所述多个耦合器件与所述接收总线之间，以选择性地将所述预定耦合器件联接到所述接收总线并允许所述反射辐射的传播；

24、-所述传输元件是滤波器，所述滤波器分别与一耦合器件相关联，所述滤波器具有彼此相同的传输波长范围；

25、-所述传输元件是开关；

26、-所述收发器电路包括以光学方式布置在功率分配器与所述混合器之间的双向传输总线，所述双向传输总线通过光学环行器开关选择性地联接到所述耦合器件；

27、-所述光子芯片还包括用于在所述双向传输总线中选择性地沿第一传播方向或沿与所述第一传播方向相反的第二传播方向传播所述发射辐射的两个开关。

28、根据另一方面，本发明提出了一种光子组件，所述光子组件包括如前所述的至少一个光子芯片和布置在所述芯片的所述测量表面以拦截所述发射光束和所述反射光束的至少一个法拉第旋转器。

29、所述光子组件可以包括用于使所述发射光束和所述反射光束准直的透镜和/或被配置为允许所述发射光束和所述反射光束按照单偏振传输的偏振器。