光学系统及其制造方法技术方案

提供一种光学系统，其可以包含光学体和由所述光学体承载的多个光学装置。此外，多个光学波导可以在所述光学体内在个别光学装置与所述光学体内的假想弯曲表面之间延伸，并且光学元件可以耦合到所述光学体且与所述多个光学波导光学对准。控制器可以被配置成选择性地操作所述多个光学装置以产生至少一个光束。

Optical system and its manufacturing method

An optical system may include an optical body and a plurality of optical devices carried by the optical body. In addition, a plurality of optical waveguides may extend in the optical body between an individual optical device and an imaginary curved surface in the optical body, and the optical elements may be coupled to the optical body and optically aligned with the plurality of optical waveguides. The controller may be configured to selectively operate the plurality of optical devices to generate at least one beam.

【技术实现步骤摘要】
光学系统及其制造方法
本专利技术涉及感测和通信系统，且更具体地，涉及用于感测和通信应用的光学装置以及相关方法。
技术介绍
高速小型化广角低发散激光束转向致动器用于各种应用，例如LIDAR传感器。虽然能够满足某些角范围和光束发散要求，但是机械旋转镜子或透镜的传统方法由于大孔径的所需机械致动而在尺寸、驱动功率和速度方面受到严格限制。目前使用的一种机械光束转向方法包含旋转(方位角)透镜，其在背焦平面中具有线性发射器阵列。然而，当在要求尺寸、重量和功率(SWaP)要求的应用中使用时，例如当在无人驾驶飞行器(UAV)中使用时，可能需要在光束转向能力方面的某些妥协来满足SWaP限制。在一些应用中也使用了另一类压电马达驱动的微机械传感器，但是此类传感器通常也在角分辨率和速度上被限制到毫秒时间范围内。为了在单个整体件上的大孔径上实现高速转向，已经在开发光学相控阵技术方面进行了一些尝试。然而，已经证明难以实现宽的转向范围(>～+10度)，因为需要相对紧密的光学发射器间隔。一种电子光束转向方法是在透镜或镜子的焦平面中的大量光学发射器之间进行切换。然而，由于形成平面焦面所需的大量相当大的光学器件，此方法通常受到有限视场的影响。还有其它电子光束转向方法包括光学相控阵技术的单片集成。然而，当前最先进的阵列的相对小的尺寸限制了此类装置的可用分辨率和转向范围，并且可能引入多个旁瓣。Guldimann的第2013/0234009号美国专利公开案公开了用于成像和光谱应用的光学装置，其中光学场曲率是主要特征。具体地，此公开涉及成像光学器件和用于映射弯曲图像场的光学装置。用于映射弯曲图像场的光学装置包含具有多个光处理元件的焦平面阵列和安装在焦平面阵列前面的焦平面适配器，所述焦平面适配器被配置成将弯曲图像场传输到焦平面阵列的光处理元件。焦平面适配器包含多个波导。面向入射弯曲图像场的波导的第一端布置在弯曲表面上，其中弯曲表面适应于弯曲图像场的光学场曲率的轮廓，使得多个波导沿着图像场的弯曲焦平面将弯曲图像场划分成多个图像片段。波导的第二端分配给光处理元件，以将多个图像片段映射到分配的光处理元件上。尽管存在此类系统，但在某些应用中可能需要进一步开发光学装置以提供改进的光束转向能力。
技术实现思路
提供一种光学系统，其可以包含光学体和由所述光学体承载的多个光学装置。此外，多个光学波导可以在所述光学体内在个别光学装置与所述光学体内的假想弯曲表面之间延伸，并且光学元件可以耦合到所述光学体且与所述多个光学波导光学对准。控制器可以被配置成选择性地操作所述多个光学装置以产生至少一个光束。更具体地，假想弯曲表面可以是凹的，并且光学元件可以包括球面透镜的至少一部分(例如，球透镜、半球透镜等)。根据实例实施方案，光学系统还可以包含由光学体承载并与多个光学波导相关联的相位调制器。更具体地，相位调制器可以包含与个别光学波导相关联的至少一个移相器。控制器也可以耦合到相位调制器。根据又一实例，至少一个幅度控制元件可以与个别光学波导相关联。举例来说，多个光学装置可以包含垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、光电二极管等。在另一实例实施方案中，光学体可以包括单片硅体。还提供了制造光学系统的相关方法。附图说明图1是根据实例实施例的包含具有弯曲表面的光学体的光学系统的示意性框图。图2是图1的单片光学体的示意性框图。图3和4是图1的光学系统的示意性框图，示出了在延伸的光束角范围内的光束转向。图5-7是具有3D波导阵列的图1的光学系统的实例实施方案的透视图，示出了在延伸的光束转向范围内的光束转向。图8和9是示出在不同时间与图1的光学系统一起使用以提供相控阵操作的实例传输器/接收器配置的示意图。图10是可以用在图1光学系统的调制部分中的实例微加热器移相器配置的透视图。图11是图10的微加热器元件的侧视图。图12和13是可以用在图1光学系统的调制部分中的实例集成铌酸锂相位调制器配置的透视图。图14a和14b是可以用在图1光学系统中的移相器和马赫曾德尔调制器(MZM)幅度控制配置的等效示意电路图。图15是图2单片光学体的替代实施例的示意性框图，其中波导终止处的假想弯曲表面与安放光学透镜的光学体的弯曲表面间隔开。图16是与半球透镜而不是全球透镜耦合的图2单片光学体的另一替代实施例的示意性框图。具体实施方式参考附图进行当前描述，在附图中展示示例性实施例。但是，可以使用许多不同实施例，且因此描述不应被解释为限于在本文中阐述的特定实施例。实际上，提供这些实施例以使得本公开将是彻底且完整的。贯穿附图相同数字指代相同元件，且在不同实施例中加撇标号和加多撇标号用于指示类似元件。首先参考图1-3，光学系统30示意性地包含具有弯曲表面62的光学体31，以及由所述光学体承载并与所述弯曲表面间隔开的多个光学装置63。此外，多个光学波导37在光学体31内在个别光学装置63与弯曲表面62之间延伸，并且光学元件65耦合到弯曲表面。举例来说，光学装置63可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、光电二极管(PD)等。在实例实施方案中，光学体31可以是单片硅体。更具体地，光学材料可以是熔融硅石，但是在不同的实施例中可以使用其它合适的光学材料。根据一个实例实施方案，单片体31和其中的波导37可以使用飞秒激光形成，且更具体地，使用飞秒激光直写(FLDW)和/或飞秒激光诱导化学蚀刻(FLICE)形成。因此，光学系统30提供弯曲的光学发射器阵列，这提供了多个优点。这些优点包含相对高的切换速度，因为光学系统30利用光学装置63的电子切换来执行光束转向。在所示的实例中，控制器或控制电路66耦合到光学装置63，以选择性地控制这些装置进行光信号传输/接收，如下文将进一步论述。控制器66可以使用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等来实现，在一些实施例中可以将所述控制器安装在光学体31上(但是所述控制器也还可以与光学体分开放置)。应注意，尽管参考电子切换描述了本实例，但是在其它实施例中，可以执行光学切换单个激光源的输出，其中光学开关可以是固态的、机械的、基于MEMS的等。光学开关网络可以包含装置外部的组件，在图1的实施例中，所述组件将由光纤阵列(例如，MPO光纤带连接器)馈电，或者开关网络可以集成在单片体31上。光学系统30的另一个优点是其尺寸相对较小。也就是说，实例配置利用单个透镜设计，其具有波导37的阵列和高速光学装置/开关63的单片集成。举例来说，透镜65可以使用光学粘合剂附接到光学体65，如所属领域的技术人员将了解。一般而言，透镜65的尺寸设定光束发散度，其可以相对较低(对于1cm直径透镜和0.2NA波导为约0.05度)。此外，角分辨率也可以通过球透镜的尺寸和波导的NA来设定。举例来说，对于1cm透镜和0.2NA波导，角分辨率可以为约0.15度。一般而言，角分辨率通过球透镜的尺寸设定，因为更大的尺寸导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其包括：/n光学体；/n由所述光学体承载的多个光学装置；/n多个光学波导，所述多个光学波导在所述光学体内在个别光学装置与所述光学体内的假想弯曲表面之间延伸；/n光学元件，所述光学元件耦合到所述光学体且与所述多个光学波导光学对准；以及/n控制器，所述控制器被配置成选择性地操作所述多个光学装置以产生至少一个光束。/n

【技术特征摘要】
20180531 US 15/993,8471.一种光学系统，其包括：
光学体；
由所述光学体承载的多个光学装置；
多个光学波导，所述多个光学波导在所述光学体内在个别光学装置与所述光学体内的假想弯曲表面之间延伸；
光学元件，所述光学元件耦合到所述光学体且与所述多个光学波导光学对准；以及
控制器，所述控制器被配置成选择性地操作所述多个光学装置以产生至少一个光束。


2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述假想弯曲表面是凹的。


3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学元件包括球面透镜的至少一部分。


4.根据权利要求1所述的光学系统，其包括由所述光学体承载且与所述多个光学波导相关联的相位调制器。


5.根据权利要求1所述的光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·H·詹金斯，
申请(专利权)人：伊格尔科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US