发射器阵列

技术领域

本公开涉及一种发射器阵列，并且特别是涉及用于LIDAR系统的发射器阵列。

背景技术

常规集成光学相控阵以各种可控角度发射和接收光束，用于包括自由空间通信、全息照相以及光探测和测距(LIDAR)等各种应用。LIDAR传感器是通过使用来自激光器的脉冲或调制信号向目标照射光，并测量光往返于目标和LIDAR传感器的接收器所需的时间，来测量到目标的距离的光学遥感器。当检测到反射的脉冲或调制信号时，脉冲或调制信号的飞行时间对应于到感测目标的距离。LIDAR传感器是自动驾驶汽车、无人机导航系统和机器人交互中的重要组件，但目前成本较高且相对较大。

诸如相控阵等实现大孔径片上非机械波束转向的常规方法，可能存在以下一个或多个问题：1)高功耗，2)局限于一维转向，3)复杂的波束成形算法，以及4)对制造工艺均匀性的严格要求。

为了克服上述一些问题，在芯片上布置了一维或二维的点发射器阵列。如2020年3月19日公布的，标题为“基于光开关阵列的波束转向和接收方法(Beam Steering andReceiving Method Based on an Optical Switch Array)”的通过引用并入本文的WO2020/0506307所述，当在透镜系统的焦平面上放置点发射器时，取决于点发射器相对于透镜系统的纵向中心轴的位置，各个点发射器将指向特定的自由空间角度。然而，可在市售硅光子加工厂制造的点发射器通常是光栅耦合器，其可能具有以下一个或多个问题：1)发射效率低，2)制造工艺的不均匀性，3)强烈的波长依赖性，以及4)无法利用光偏振实现低损耗单稳态系统(monostatic system)。

发明内容

因此，本公开涉及一种光发射器装置，其包括：

多个点发射器，其布置成包括多行点发射器和多列点发射器的阵列，所述多个点发射器中的每个包括：

光栅耦合器，其被配置为在各自传输方向上发射各自光束；

各光栅耦合器包括：多个周期性间隔开的第一光波导光栅结构，所述光波导光栅结构中的至少一些包括缺口，由此各光波导光栅结构的第一部分与第二部分相比延伸不同的高度。

附图说明

将参照代表本发明优选实施方案的附图更详细地说明本发明，其中：

图1是根据本公开实施方案的光发射器装置的侧视图；

图2是移除转向基板的图1的装置的发射器阵列的平面图；

图3A是移除转向基板的图2的发射器阵列的部分的平面图；

图3B是包括转向基板的图3A的发射器阵列的部分的端视图；

图3C是包括转向基板的图3A的发射器阵列的部分的截面图；

图3D是具有另一示例转向反射器并且包括转向基板的图3A的发射器阵列的部分的截面图；

图4A是移除转向基板的图2的发射器阵列的另一实施方案的部分的平面图；

图4B是包括转向基板的图4A的发射器阵列的部分的端视图；

图4C是包括转向基板的图4A的发射器阵列的部分的截面图；

图4D是具有另一示例转向反射器并且包括转向基板的图4A的发射器阵列的部分的截面图；

图5是具有转向基板的图2的发射器阵列的点发射器的截面图；

图6是图5的点发射器的俯视图；

图7是图2的发射器阵列的点发射器的另一实施方案的截面图；

图8是图7的点发射器的俯视图；

图9A是用于图1的光发射器装置的转向基板的示例性实施方案的侧视图；

图9B是图9A的转向基板的俯视图；

图9C是图9A的转向基板的仰视图；

图10是图1的装置的发射器阵列的另一实施方案的平面图；

图11A是图10的发射器阵列的点发射器的实施方案的截面图；

图11B是图11A的点发射器的俯视图；

图12A是图10的发射器阵列的点发射器的实施方案的截面图；并且

图12B是图12A的点发射器的俯视图。

具体实施方式

虽然结合各种实施方案和示例说明了本教导，但这并不旨在将本教导限于这些实施方案。相反，如本领域技术人员将理解的，本教导包含各种替代方案和等同方案。

远程LIDAR系统依赖于向不同角度方向高效发射和从不同角度方向高效接收高度聚焦波束或准直波束。虽然透镜通常与成像相关，但是透镜可以应用于波束成形和波束转向。参照图1，光发射器装置1包括发射器阵列2和波束转向透镜系统3。对于波束成形，当将来自发射器阵列2的点发射器5

如下文所述，发射器阵列2可以包括：用于支撑包括点发射器5

透镜系统3的设计对系统的性能至关重要。如果需要，透镜系统3可以包括多个透镜元件。透镜系统3的大部分设计是在F数、视场和孔径大小之间的折衷。然而，可以有几个设计优先级：例如，a)具有图像平面远心设计，其中，图像空间中来自点发射器5

参照图2，光发射器装置1还可以包括至少一个光源，优选光源阵列，以及至少一个光电探测器，优选光学连接至发射器阵列2的相应点发射器5

间距＝分辨率/(2*arctan(L/2f))*L

类似地，当入射波束4

参照图3A-4D，点发射器5

可以为多个点发射器设置单个沟槽24，位于其附近的多个端射锥21的端部被定向至该沟槽中。理想地，为整行点发射器(例如，5

此外，可以为一行点发射器(例如5

图3A示出了移除转向基板9的点发射器阵列2的部分的俯视图，即，示出了一行点发射器5

在从端射锥21的端部传输时，在馈送光波导芯15中传播的导光模式扩展。模式扩展控制波束发散和通过透镜系统3的发射效率。进入透镜系统3周围的例如空气中的裸硅端射锥的最小可实现NA约为0.38，这对于透镜系统3的设计是困难的，因为输出波束4

图4A示出了移除转向基板9的点发射器阵列2的另一实施方案的部分的俯视图，即，示出了一行点发射器5

图5和图6分别示出了转向反射器22和可选的微透镜23(如果需要)与端射锥21或双端射锥21'组合的截面图和俯视图。转向反射器22可以由单独的(例如，硅或石英)转向基板9形成(例如，蚀刻)，具有倾斜的壁角，例如，与限定传输方向的端射锥21的纵轴成45°，并且可以涂覆或配置有例如银、铜、铝、金或布拉格光栅(Bragg grating)的反射层或涂层42。如果转向反射器22具有足够高的折射率n

参照图7和图8，为了进一步减小点发射器5

此外，在一些或所有上述实施方案中，转向反射器22可以包括在其倾斜表面上或形成其倾斜表面的集成弯曲反射面53，以进一步减少点发射器5

参照图9A至图9C，可以在同一转向基板9上制造转向反射器22和微透镜23，由此，可以在同一转向基板9上配置多个转向反射器22和多个微透镜23，然后可以将转向基板接合在包括发射器阵列2的光子学芯片的上部。因此，可以在与光波导结构8的制造分开的制造过程中将反射层或涂层42、AR涂层43和各个微透镜23上的AR涂层设置(例如，涂覆)到转向基板9的相应特征上。此外，多个转向反射器22可以包括延伸转向基板9的长度的单个单片结构，用于反射来自发射器阵列2的列中的点发射器(例如，5

在图10、图11A和图11B所示的另一实施方案中，光发射器装置101包括发射器阵列102和波束转向透镜系统3。如上参照图1所述，对于波束成形，当将来自发射器阵列102的点发射器5

在图12A和图12B所示的另一实施方案中，点发射器5

为了图示和说明的目的，已经给出了本发明的一个或多个实施方案的上述说明。其并非旨在穷尽或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导，可以进行许多变形和变化。本发明的范围不受该详细说明的限制，而是由所附权利要求书的限定。