基于平面波导芯片的光收发装置及激光雷达的制作方法

本申请属于激光雷达探测，尤其涉及一种基于平面波导芯片的光收发装置及激光雷达。

背景技术：

1、调频连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)激光雷达具备的4d(four dimensional)感知传感器模组能同时测距测速，可以在智慧交通、自动驾驶、辅助驾驶、导航、测绘、气象、航天、机器人等领域提供更多的环境目标信息。相对于飞行时间(timeof flight，tof)测速测距方法，fmcw激光探测及测距雷达(light detection andranging，lidar)能在1帧的探测数据中获得速度维度信息，能让fmcw激光探测及测距系统更快的识别环境中目标物，能以更快的速度传输至信息处理系统，以提前做出适应性的操作。

2、具有二维mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)振镜或2个一维mems振镜的扫描模块对目标进行水平方向和垂直方向的扫描，由于光在空间中传播需要时间,在这个时间中扫描模块的振镜会周期性振动，振镜在相对于目标的水平方向和垂直方向的两个维度方向上形成滞后角度，具有滞后角度的振镜使得从目标反射回来的回波的光路与激光发射光路的逆向光路存在差异，激光雷达在接收目标反射的回波时不能同时兼顾接收这两个维度方向都具有滞后角度的回波，导致回波接收效率低，进而影响激光雷达的探测性能。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置及激光雷达，旨在解决具有振镜的扫描模块由于在相对于目标的水平方向和垂直方向的两个维度方向存在探测光滞后角度，激光雷达在接收目标反射的回波时不能同时兼顾接收这两个维度方向都具有滞后角度的回波，造成回波整体接收效率低，进而影响激光雷达的探测性能的问题。

2、本申请实施例第一方面提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，包括：

3、阶梯基底，所述阶梯基底的上表面包括第一阶梯上表面和第二阶梯上表面，所述第一阶梯上表面和所述第二阶梯上表面处于平行于所述阶梯基底的底面且高度不同的平面；

4、设置于所述阶梯基底上的阶梯波导芯片，所述阶梯波导芯片包括第一平面波导芯片和第二平面波导芯片，所述第一平面波导芯片和所述第二平面波导芯片均用于发射激光以及用于接收回波并输出所述回波，其中，所述第一平面波导芯片设置于所述阶梯基底的第一阶梯上表面，所述第二平面波导芯片设置于所述阶梯基底的第二阶梯上表面。

5、在其中一个实施例中，在第一方向上，所述第一平面波导芯片与所述第二平面波导芯片接触，所述第一方向为平行于所述阶梯基底的底面且沿所述阶梯基底的上表面高度不同的横向方向。

6、在其中一个实施例中，所述第一平面波导芯片和所述第二平面波导芯片分别包括至少一个收发波导结构，所述第一平面波导芯片和所述第二平面波导芯片中多个所述收发波导结构均沿第二方向平行间隔设置，并沿第三方向从所述阶梯波导芯片的一端延伸至另一端，所述收发波导结构用于发射所述激光以及用于接收所述回波并输出所述回波，其中，所述第二方向为垂直于所述阶梯基底的底面的方向，所述第三方向为平行于所述阶梯基底的底面且沿所述阶梯基底的上表面同一高度延伸的纵向方向，所述第二方向同时垂直于所述第一方向和所述第三方向。

7、在其中一个实施例中，所述收发波导结构包括用于发射所述激光的第一波导结构和至少一个用于接收所述回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的至少一侧。

8、在其中一个实施例中，所述第一波导结构为单模波导结构；

9、所述第二波导结构为多模转单模波导结构、大模转单模波导结构、少模转单模波导结构以及所述单模波导结构中任一种波导结构。

10、在其中一个实施例中，

11、同一所述收发波导结构中至少一个所述第二波导结构相对于所述第一波导结构存在预设倾角。

12、在其中一个实施例中，所述预设倾角≦0.1度。

13、在其中一个实施例中，所述第一波导结构的发射端与邻近的所述第二波导结构的输入端之间的第一间隔为k，其中，0.1×w≦k≦0.2×w，w为所述第一波导结构或所述第二波导结构中单模波导结构的波导宽度。

14、在其中一个实施例中，在所述第二方向上，所述第一平面波导芯片的多个所述收发波导结构与所述第二平面波导芯片的多个所述收发波导结构相互错位设置；和/或

15、在所述第二方向上，第一间距大于或者等于50μm，所述第一间距为所述第一平面波导芯片或所述第二平面波导芯片中相邻所述收发波导结构之间的垂直距离。

16、在其中一个实施例中，在所述第一方向上，所述第一平面波导芯片和所述第二平面波导芯片均包括阵列式布局的多个收发波导结构。

17、在其中一个实施例中，所述光收发装置还包括收发透镜，所述收发透镜设置于所述收发波导结构中所述第一波导结构的发射端。

18、在其中一个实施例中，在所述第一方向上，第二间距小于或者等于所述收发透镜直径的十分之一，所述第二间距为所述第一平面波导芯片的所述收发波导结构与所述第二平面波导芯片的所述收发波导结构的相互靠近的侧面之间的垂直距离。

19、本申请实施例第二方面提供了一种激光雷达，包括激光发射模块、扫描模块、探测模块、信号处理模块以及的如权利要求1至12中任一项所述的光收发装置；

20、所述激光发射模块，用于输出激光，将所述激光进行分束，获得n路激光和m路本振光，并分别输出n路所述激光和m路所述本振光，其中，m、n都是正整数，n≧2，m≧2；

21、所述光收发装置，用于接入n路中各路所述激光，并分别输出各路所述激光；

22、所述扫描模块，用于接入各路所述激光，并将各路所述激光出射至目标以进行扫描，所述扫描模块还用于接收所述目标反射回来的回波，再输出所述回波；

23、所述光收发装置，还用于接入所述回波，并输出所述回波；

24、所述探测模块，具有m个探测单元，每个所述探测单元接入m路中的一路所述激光，所述探测单元用于接入所述回波，并将所述回波与接入的一路所述本振光进行混频获得对应的拍频电信号；

25、所述信号处理模块，用于接入各所述拍频电信号并进行处理获得所述目标的探测信息。

26、本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

27、本申请的实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，具有振镜的激光雷达对目标进行扫描时，由于振镜在相对于目标的水平方向和垂直方向的两个维度方向都形成了滞后角，通过在这两个维度方向相对应的回波光路上设置具有接收与发射功能的基于平面波导芯片的光收发装置，对两个维度方向上具有滞后角的回波同时进行接收，提高了激光雷达在相对于目标的水平方向和垂直方向的两个维度方向的回波整体接收效率，提高了这两个方向的分辨率，进而提升了激光雷达的探测性能。

技术特征：

1.一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的光收发装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的光收发装置，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的光收发装置，其特征在于，

6.根据权利要求4或5中任一项所述的光收发装置，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的光收发装置，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的光收发装置，其特征在于，

9.根据权利要求3所述的光收发装置，其特征在于，

10.根据权利要求4所述的光收发装置，其特征在于，

11.根据权利要求4所述的光收发装置，其特征在于，

12.根据权利要求11所述的光收发装置，其特征在于，

13.一种激光雷达，其特征在于，包括激光发射模块、扫描模块、探测模块、信号处理模块以及的如权利要求1至12中任一项所述的光收发装置；

技术总结
本申请提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置及激光雷达，光收发装置包括：阶梯基底，阶梯基底的上表面包括第一阶梯上表面和第二阶梯上表面，第一阶梯上表面和第二阶梯上表面处于平行于阶梯基底的底面且高度不同的平面；设置于阶梯基底上的阶梯波导芯片，阶梯波导芯片包括第一平面波导芯片和第二平面波导芯片，第一平面波导芯片和第二平面波导芯片均用于发射激光以及用于接收回波并输出回波，其中，第一平面波导芯片设置于阶梯基底的第一阶梯上表面，第二平面波导芯片设置于阶梯基底的第二阶梯上表面。本申请提高了激光雷达在相对于目标的水平方向和垂直方向两个方向滞后角的回波的整体接收效率，进而提升了激光雷达的探测能力。

技术研发人员：蒋鹏,王皓,刘乐天
受保护的技术使用者：深圳市速腾聚创科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16