一种FMCW激光雷达的制作方法

本发明涉及光电子技术，尤其涉及一种fmcw激光雷达。

背景技术：

1、基于fmcw的激光雷达具有高信噪比，抗环境干扰，可测速等优势，具体是基于相干探测原理，在接收端将本振信号与接收到的回波信号进行混频、探测等以得到拍频信号，并对拍频信号进行处理，得到探测相关的信息。

2、fmcw激光雷达的发射光是频率呈三角波形状变化的变频信号，接收到的回波信号是从待测目标反射回来的漫反射光，可以认为是平行光。目前fmcw激光雷达使用硅光芯片上的端面耦合器阵列接收回波信号，端面耦合器是一维排列的接收装置，当回波信号的光斑较大时，使用这种方式进行接收的效率较低。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种fmcw激光雷达。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种fmcw激光雷达，包括：硅光芯片，所述硅光芯片采用二维排布的光栅耦合器阵列接收回波信号；

4、还包括：收发镜组及反射镜组；

5、所述收发镜组，位于所述光栅耦合器阵列的斜上方，用于接收并改变回波信号的光束方向，使所述回波信号呈一定倾斜角度照射至所述光栅耦合器阵列；

6、所述反射镜组，用于改变发射光束的传输方向，使得所述发射光束呈相同倾斜角度照射至所述收发镜组。

7、进一步的，所述硅光芯片包括：波长调节模块，用于调整原始光信号的波长以输出所述发射光束；所述波长调节模块包括：电压控制单元、调相器以及三个具有不同谐振谱的微环调制器，所述调相器通过加电的方式对谐振腔腔长进行调节，三个微环调制器通过加电的方式对准谐振峰，所述电压控制单元用于调节施加在所述调相器及所述三个微环调制器上的电压值。

8、进一步的，所述波长调节模块还包括：第一2×2耦合器，用于将波长调整后的所述发射光束分为两路，一路作为本振光输入至所述硅光芯片，另一路输出至所述反射镜组。

9、进一步的，所述反射镜组包括：垂直反射镜以及两个水平反射镜；所述两个水平反射镜，用于反射所述发射光束，使得所述发射光束改变传输方向后照射至所述垂直反射镜；所述垂直反射镜，用于反射来自于所述两个水平反射镜的所述发射光束，使得所述发射光束改变传输方向后呈一定倾斜角度照射至所述收发镜组。

10、进一步的，所述收发镜组包括：折光棱镜及准直透镜；所述折光棱镜，用于改变所述发射光束与所述回波信号的方向，使所述折光棱镜上方的光束垂直于所述硅光芯片所在平面；所述准直透镜，用于准直所述发射光束以及将所述回波信号接收。

11、进一步的，所述的一种fmcw激光雷达，还包括：光源模块，用于产生所述原始光信号，并将波长调整后的光信号作为所述发射光束输出至所述反射镜组；所述光源模块包括：第一半导体光放大器及第二半导体光放大器；所述第一半导体光放大器产生的光经微透镜准直后通过端面耦合器耦合至所述硅光芯片，所述波长调节模块对所述原始光信号的波长进行调整后经端面耦合器输出，且输出光经过微透镜与光隔离器后由所述第二半导体光放大器进行功率放大后并输出照射至所述反射镜组。

12、进一步的，所述硅光芯片还包括：信号探测模块，用于将所述本振光与所述光栅耦合器阵列输出的各路信号光进行混频与合束，并将合束后的总拍频信号输出至电信号处理模块；所述信号探测模块包括：1×n分束器及n个第二2×2耦合器，输入至所述信号探测模块的所述本振光由所述1×n分束器分束为n路本振光，且各路本振光与所述光栅耦合器阵列输出的各路信号光分别输入至所述第二2×2耦合器进行混频。

13、进一步的，所述信号探测模块还包括：光电平衡探测器及片上电极；所述光电平衡探测器将所述第二2×2耦合器输出的两路光信号转换为电流信号并做差，输出拍频电流信号；各路拍频电流信号输入至所述片上电极，经所述片上电极合并为一路总拍频信号并输出。

14、进一步的，所述的一种fmcw激光雷达，还包括：反馈控制单元；所述信号探测模块还包括：电光相位调制器，设置于所述1×n分束器与所述第二2×2耦合器之间，并与所述反馈控制单元连接；所述反馈控制单元，用于接收所述总拍频信号，并根据所述总拍频信号的幅度对所述电光相位调制器加载的电压进行调节，直至所述总拍频信号达到最大值。

15、本发明所带来的有益效果：

16、1.本发明使用二维排布的光栅耦合器阵列接收回波信号，并辅以收发镜组与反射镜组完成光信号的有效收发，相较于使用一维排布的端面耦合器阵列的接收方式，总体接收效率更高；

17、2.本发明的fmcw激光雷达的结构布置合理，集成度高，易于实现激光雷达的小型化；

18、4.本发明fmcw激光雷达的硅光芯片实现调频功能，使得芯片外的光源不再需要配置具有调频能力的功能模块，因此可大幅降低激光器的成本；

19、5.通过反馈控制单元与片上电极，将各路拍频电流信号进行合束，效果上等同于将所有接收到的回波信号进行合束，使得总拍频信号维持在最佳合束状态，实现了对各光栅耦合器阵列接收到的回波信号的最佳利用。

技术特征：

1.一种fmcw激光雷达，包括：硅光芯片，其特征在于，所述硅光芯片采用二维排布的光栅耦合器阵列接收回波信号；

2.根据权利要求1所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片包括：波长调节模块，用于调整原始光信号的波长以输出所述发射光束；

3.根据权利要求2所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，所述波长调节模块还包括：第一2×2耦合器，用于将波长调整后的所述发射光束分为两路，一路作为本振光输入至所述硅光芯片，另一路输出至所述反射镜组。

4.根据权利要求3所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，所述反射镜组包括：垂直反射镜以及两个水平反射镜；所述两个水平反射镜，用于反射所述发射光束，使得所述发射光束改变传输方向后照射至所述垂直反射镜；所述垂直反射镜，用于反射来自于所述两个水平反射镜的所述发射光束，使得所述发射光束改变传输方向后呈一定倾斜角度照射至所述收发镜组。

5.根据权利要求4所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，所述收发镜组包括：折光棱镜及准直透镜；所述折光棱镜，用于改变所述发射光束与所述回波信号的方向，使所述折光棱镜上方的光束垂直于所述硅光芯片所在平面；所述准直透镜，用于准直所述发射光束以及将所述回波信号接收。

6.根据权利要求5所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，还包括：光源模块，用于产生所述原始光信号，并将波长调整后的光信号作为所述发射光束输出至所述反射镜组；

7.根据权利要求6所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括：信号探测模块，用于将所述本振光与所述光栅耦合器阵列输出的各路信号光进行混频与合束，并将合束后的总拍频信号输出至电信号处理模块；

8.根据权利要求7所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，所述信号探测模块还包括：光电平衡探测器及片上电极；所述光电平衡探测器将所述第二2×2耦合器输出的两路光信号转换为电流信号并做差，输出拍频电流信号；各路拍频电流信号输入至所述片上电极，经所述片上电极合并为一路总拍频信号并输出。

9.根据权利要求8所述的一种fmcw激光雷达，其特征在于，还包括：反馈控制单元；所述信号探测模块还包括：电光相位调制器，设置于所述1×n分束器与所述第二2×2耦合器之间，并与所述反馈控制单元连接；所述反馈控制单元，用于接收所述总拍频信号，并根据所述总拍频信号的幅度对所述电光相位调制器加载的电压进行调节，直至所述总拍频信号达到最大值。

技术总结
本发明公开一种FMCW激光雷达，包括：光源模块、硅光芯片、收发镜组、反射镜组、反馈控制单元。其中，硅光芯片包括：光栅耦合器阵列、波长调节模块、信号探测模块。本发明使用二维排布的光栅耦合器阵列接收回波信号，总体接收效率更高；集成度高，易于实现激光雷达的小型化；硅光芯片实现调频功能，降低激光器的成本；通过反馈控制单元与片上电极，将各路拍频电流信号进行合束，实现了对各光栅耦合器阵列接收到的回波信号的最佳利用。

技术研发人员：刘畅,祁帆,蔡鹏飞
受保护的技术使用者：NANO科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8