使用衍射波导的同轴激光雷达系统的制作方法

背景技术：

1、本公开整体涉及激光雷达(lidar)系统，并且尤其涉及结合有衍射波导的激光雷达系统。

2、光成像、检测和测距(激光雷达)系统通过用脉冲激光照射目标并用传感器测量反射脉冲来测量到目标的距离。接着可使用飞行时间测量来产生目标的数字3d表示。激光雷达系统可用于其中3d深度图像为有用的多种应用，包括考古学、地理学、地质学、林业、测绘、建筑、医学成像和军事应用，以及其它应用。在一些应用中，例如，自主交通工具可将激光雷达用于障碍物检测和避让以及交通工具导航。

3、紧凑且重量轻的激光雷达系统是期望的，特别是对于诸如交通工具系统的移动应用而言。

技术实现思路

1、本发明的某些实施方案涉及可通过相同光学路径发射和接收光的激光雷达系统，其中衍射波导用于将所接收的光重定向到传感器阵列中。

2、根据一些实施方案，激光雷达系统可包括发射器通道、传感器通道、微光学元件和衍射波导。发射器通道可包括用于产生工作波长的光的光源和用于准直由该光源产生的光的第一微光学元件。传感器通道可包括光电传感器并且可设置在与发射器通道相距侧向距离处。可提供第二微光学元件以发散来自第一微光学元件的准直光以及准直从环境接收的光。可设置在第一微光学元件和第二微光学元件之间的衍射波导可包括衍射光栅，该衍射光栅将从第二微光学元件接收的具有工作波长的光朝向传感器通道重定向。在一些实施方案中，体光学模块可设置在第二微光学元件和环境之间，使得发射器通道和传感器通道在体光学模块中具有公共光轴。

3、在一些实施方案中，第一衍射光栅可设置在衍射波导的第一表面处。第一衍射光栅可被配置为将从第二微光学元件接收的具有工作波长的光以在衍射波导的第二表面处产生全内反射的角度重定向到衍射波导中，该第二表面可以与第一表面相对。第二重定向部件(其可为例如第二衍射光栅或镜)可被定位为将已从第二表面反射的接收光在离开衍射波导并且进入传感器通道的方向上重定向。在一些实施方案中，第一衍射光栅可包括非衍射开口，该非衍射开口的尺寸和位置被设定为使得来自发射器通道的准直光穿过非衍射开口。在一些实施方案中，第一表面可朝向第二微光学元件取向，并且第一衍射光栅可以是透射光栅。在其它实施方案中，第一表面可朝向第一微光学元件取向，并且第一衍射光栅可以是反射光栅。

4、根据一些实施方案，激光雷达系统可包括发射器通道阵列、传感器通道阵列、微光学元件、和衍射波导。发射器通道阵列中的每个发射器通道可包括用于产生工作波长的光的光源和用于准直由该光源产生的光的第一微光学元件。传感器通道阵列可被布置成使得每个传感器通道对应于发射器通道中的不同一者，并且每个传感器通道可包括光检测器。可提供第二微光学元件阵列，其中每个第二微光学元件被配置为发散来自发射器通道中对应的一个发射器通道的准直光并且准直从环境接收的光。衍射波导可设置在第一微光学元件和第二微光学元件阵列之间，并且可包括衍射光栅，该衍射光栅将从第二微光学元件阵列接收的具有工作波长的光朝向传感器通道阵列重定向。在一些实施方案中，体光学模块可设置在第二微光学元件阵列和环境之间，使得发射器通道和传感器通道在体光学模块中具有公共光轴。在一些实施方案中，发射器通道阵列和传感器通道阵列形成在同一基底上，并且阵列可以是例如一维或二维阵列。

5、在一些实施方案中，第一衍射光栅可设置在衍射波导的第一表面处。第一衍射光栅可被配置为将从第二微光学元件阵列接收的具有工作波长的光以在第二表面处产生全内反射的角度重定向到衍射波导中。第二重定向部件(其可为例如第二衍射光栅或镜)可被定位为将已从第二表面反射的接收光在离开衍射波导并且进入传感器通道的方向上重定向。在一些实施方案中，第一衍射光栅可包括非衍射开口的阵列，该非衍射开口的阵列的尺寸和位置被设定为使得来自发射器通道中的每个发射器通道的准直光穿过非衍射开口中的一个非衍射开口。在一些实施方案中，第一表面可朝向第二微光学元件取向，并且第一衍射光栅可以是透射光栅。在其它实施方案中，第一表面可朝向第一微光学元件取向，并且第一衍射光栅可以是反射光栅。

6、以下详细描述与附图一起将提供对所要求保护的本发明的性质和优点的更好理解。

1.一种激光雷达系统，包括：

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述衍射波导具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且其中所述衍射波导包括：

3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中所述第一衍射光栅包括非衍射开口，所述非衍射开口的尺寸和位置被设定为使得来自所述发射器通道的所述准直光穿过所述非衍射开口。

4.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中所述第一表面朝向所述第二微光学元件取向，并且所述第一衍射光栅是透射光栅。

5.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中所述第一表面朝向所述第一微光学元件取向，并且所述第一衍射光栅是反射光栅。

6.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中所述第二重定向部件包括第二衍射光栅。

7.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中所述第二重定向部件包括与所述第一表面成角度定位的镜。

8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括设置在所述第一微光学元件和所述衍射波导之间的光圈层，所述光圈层具有开口以用于准许由所述第一微光学元件输出的光进入所述衍射波导中。

9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括：

10.一种激光雷达系统，包括：

11.根据权利要求10所述的激光雷达系统，还包括：

12.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其中所述衍射波导具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且其中所述衍射波导包括：

13.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其中所述第一衍射光栅包括非衍射开口的阵列，所述非衍射开口的阵列的尺寸和位置被设定为使得来自所述发射器通道中的每个发射器通道的所述准直光穿过所述非衍射开口中的一个非衍射开口。

14.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其中所述第一表面朝向所述第二微光学元件取向，并且所述第一衍射光栅是透射光栅。

15.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其中所述第一表面朝向所述第一微光学元件取向，并且所述第一衍射光栅是反射光栅。

16.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其中所述第二重定向部件包括第二衍射光栅。

17.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其中所述第二重定向部件包括与所述第一表面成角度定位的镜。

18.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其中所述发射器通道阵列和所述传感器通道阵列形成在同一基底上。

19.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其中所述发射器通道阵列和所述传感器通道阵列是一维阵列。

20.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其中所述发射器通道阵列和所述传感器通道阵列是二维阵列。