本技術(shù)涉及激光掃描，尤其涉及一種固態(tài)光束掃描系統(tǒng)及固態(tài)光束掃描芯片。

背景技術(shù)：

1、相比于微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical?system，mems)振鏡、轉(zhuǎn)鏡等機(jī)械式激光掃描方案，基于光學(xué)相控陣(optical?phased?array，opa)的激光掃描系統(tǒng)，因其不存在運動部件，在可靠性、掃描速度、功率效率、分辨率上具有較大優(yōu)勢。同時，利用互補金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary?metal?oxide?semiconductor，cmos)加工技術(shù)，還可以實現(xiàn)opa芯片的低成本、大規(guī)模生產(chǎn)，使得opa掃描在激光雷達(dá)中的光束轉(zhuǎn)向應(yīng)用中具有廣闊前景?，F(xiàn)有技術(shù)中，色散光學(xué)相控陣(dispersive?optical?phased?array，dopa)方案可以通過固定長度差的波導(dǎo)陣列來產(chǎn)生相位延遲，通過切換光源的波長來產(chǎn)生不同的時延，從而控制光束方向，其掃描速度主要與光源波長切換速度相關(guān)。但該方案光束掃描質(zhì)量受光波導(dǎo)制作工藝影響較大，特別是對大規(guī)模相控陣，波導(dǎo)陣列中的路徑誤差將會造成較大成像誤差，嚴(yán)重影響光束成像質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，有必要提供一種固態(tài)光束掃描系統(tǒng)及固態(tài)光束掃描芯片，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的dopa系統(tǒng)中的波導(dǎo)陣列的路徑誤差導(dǎo)致光束成像質(zhì)量較低的問題。

2、第一個方面，在本實施例中提供了一種固態(tài)光束掃描系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的第一分束器、多個光程調(diào)節(jié)單元和多個光學(xué)相控陣單元；

3、所述第一分束器用于將入射光分為多個等光強(qiáng)的第一光束；

4、所述光程調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)各所述第一光束的排列順序，調(diào)節(jié)各第一光束對應(yīng)的光程，以使任意兩個相鄰的第一光束在進(jìn)入所述光學(xué)相控陣單元時的光程差相等；

5、所述光學(xué)相控陣單元用于將每個第一光束分為多個等光強(qiáng)的第二光束，并根據(jù)各所述第二光束的排列順序進(jìn)行對應(yīng)的傳輸和發(fā)射，各所述第二光束用于遠(yuǎn)場干涉成像，并根據(jù)所述入射光的波長改變出射角度進(jìn)行掃描。

6、在進(jìn)一步的實施例中，所述光程調(diào)節(jié)單元包括依次連接的第一波導(dǎo)和相移器；

7、所述第一波導(dǎo)用于沿預(yù)設(shè)的第一路徑將對應(yīng)的第一光束傳輸至對應(yīng)的相移器；

8、所述相移器用于補償對應(yīng)的第一光束與相鄰的第一光束之間由對應(yīng)的第一波導(dǎo)產(chǎn)生的第一光程差，與由對應(yīng)的光學(xué)相控陣單元產(chǎn)生的第二光程差之間的差值。

9、在進(jìn)一步的實施例中，所述光學(xué)相控陣單元包括依次連接的第二分束器、多個第二波導(dǎo)和多個發(fā)射器；

10、所述第二分束器用于將對應(yīng)的第一光束分為多個等光強(qiáng)的第二光束；

11、各所述第二波導(dǎo)用于根據(jù)各所述第一光束的排列順序，以及各所述第一光束對應(yīng)的第二光束的排列順序，沿預(yù)設(shè)的第二路徑將對應(yīng)的第二光束傳輸至對應(yīng)的發(fā)射器；同一光學(xué)相控陣單元中的任意兩個相鄰的第二波導(dǎo)之間具有恒定的光程差；

12、各所述發(fā)射器用于同時發(fā)射對應(yīng)的第二光束。

13、在進(jìn)一步的實施例中，任意兩個相鄰的發(fā)射器之間的間距相等。

14、在進(jìn)一步的實施例中，所述第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)的材料為硅波導(dǎo)、氮化硅波導(dǎo)、鈮酸鋰波導(dǎo)、聚合物波導(dǎo)、二氧化硅波導(dǎo)、復(fù)合波導(dǎo)中的任意一種。

15、在進(jìn)一步的實施例中，所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同或不同，且相鄰的第一光束在光程調(diào)節(jié)單元產(chǎn)生的光程差是對應(yīng)的光學(xué)相控陣單元中相鄰的第二波導(dǎo)產(chǎn)生的光程差的n倍，n為所述第二分束器的分光數(shù)量。

16、在進(jìn)一步的實施例中，所述第一分束器、第二分束器為1×m多模耦合器、1×m星型耦合器、多個1×2y分支級聯(lián)、多個方向耦合器級聯(lián)、多個1×2mmi級聯(lián)中的任意一種。

17、在進(jìn)一步的實施例中，所述發(fā)射器為光柵耦合器或端面耦合器。

18、在進(jìn)一步的實施例中，所述第一波導(dǎo)為單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，或由寬多模波導(dǎo)和窄單模波導(dǎo)構(gòu)成的混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

19、在進(jìn)一步的實施例中，所述相移器為基于金屬電極加熱波導(dǎo)構(gòu)成的熱相移器、基于摻雜波導(dǎo)構(gòu)成的熱相移器、基于載流子效應(yīng)的電光相位調(diào)制器中的任意一種。

20、第二個方面，在本實施例中提供了一種固態(tài)光束掃描芯片，所述固態(tài)光束掃描芯片包括如第一個方面所述的固態(tài)光束掃描系統(tǒng)。

21、本實用新型的固態(tài)光束掃描系統(tǒng)，通過第一分束器將入射光分為多個等光強(qiáng)的第一光束，為實現(xiàn)多光束間的干涉成像提供基礎(chǔ)條件；通過光程調(diào)節(jié)單元根據(jù)各第一光束的排列順序，調(diào)節(jié)各第一光束對應(yīng)的光程，使任意兩個相鄰的第一光束在進(jìn)入光學(xué)相控陣單元時的光程差相等，將相鄰的第一光束的光程差轉(zhuǎn)換為各光程調(diào)節(jié)單元之間的路徑差；通過光學(xué)相控陣單元將每個第一光束分為多個等光強(qiáng)的第二光束，并根據(jù)各第二光束的排列順序進(jìn)行對應(yīng)的傳輸和發(fā)射，將傳統(tǒng)的單個整體光學(xué)相控陣分割成多個小的光學(xué)相控陣單元，降低了對波導(dǎo)陣列工藝制作的要求，提高了波導(dǎo)陣列布局的靈活性和可擴(kuò)展性，降低了光學(xué)相控陣單元中的波導(dǎo)長度和發(fā)射間距，提升了掃描視場范圍，解決了波導(dǎo)陣列的路徑誤差導(dǎo)致光束成像質(zhì)量較低的問題，提高了干涉成像的質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種固態(tài)光束掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括依次連接的第一分束器、多個光程調(diào)節(jié)單元和多個光學(xué)相控陣單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光程調(diào)節(jié)單元包括依次連接的第一波導(dǎo)和相移器；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)相控陣單元包括依次連接的第二分束器、多個第二波導(dǎo)和多個發(fā)射器；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，任意兩個相鄰的發(fā)射器之間的間距相等。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)的材料為硅波導(dǎo)、氮化硅波導(dǎo)、鈮酸鋰波導(dǎo)、聚合物波導(dǎo)、二氧化硅波導(dǎo)、復(fù)合波導(dǎo)中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同或不同，且相鄰的第一光束在光程調(diào)節(jié)單元產(chǎn)生的光程差是對應(yīng)的光學(xué)相控陣單元中相鄰的第二波導(dǎo)產(chǎn)生的光程差的n倍，n為所述第二分束器的分光數(shù)量。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一分束器、第二分束器為1×m多模耦合器、1×m星型耦合器、多個1×2y分支級聯(lián)、多個方向耦合器級聯(lián)、多個1×2mmi級聯(lián)中的任意一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射器為光柵耦合器或端面耦合器。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一波導(dǎo)為單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，或由寬多模波導(dǎo)和窄單模波導(dǎo)構(gòu)成的混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相移器為基于金屬電極加熱波導(dǎo)構(gòu)成的熱相移器、基于摻雜波導(dǎo)構(gòu)成的熱相移器、基于載流子效應(yīng)的電光相位調(diào)制器中的任意一種。

11.一種固態(tài)光束掃描芯片，其特征在于，所述固態(tài)光束掃描芯片包括如權(quán)利要求1至權(quán)利要求9任一所述的固態(tài)光束掃描系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種固態(tài)光束掃描系統(tǒng)及固態(tài)光束掃描芯片，所述系統(tǒng)包括依次連接的第一分束器、多個光程調(diào)節(jié)單元和多個光學(xué)相控陣單元；所述第一分束器用于將入射光分為多個等光強(qiáng)的第一光束；所述光程調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)各所述第一光束的排列順序，調(diào)節(jié)各第一光束對應(yīng)的光程，以使任意兩個相鄰的第一光束在進(jìn)入所述光學(xué)相控陣單元時的光程差相等；所述光學(xué)相控陣單元用于將每個第一光束分為多個等光強(qiáng)的第二光束，并根據(jù)各所述第二光束的排列順序進(jìn)行對應(yīng)的傳輸和發(fā)射，各所述第二光束用于遠(yuǎn)場干涉成像，并根據(jù)所述入射光的波長改變出射角度進(jìn)行掃描，解決了波導(dǎo)陣列的路徑誤差導(dǎo)致光束成像質(zhì)量較低的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒俊,范柱平,戴建寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心
技術(shù)研發(fā)日：20240206
技術(shù)公布日：2024/10/21