光子集成电路、光检测和测距系统及用于操作光子集成电路、光检测和测距系统的方法技术方案

一种光子集成电路，包括半导体光子衬底，该半导体光子衬底具有集成于其上的至少一个光接收输入端；至少一个分光器，用于将在至少一个光接收输入端处接收到的光分支到第一光路和第二光路；其中，光子集成电路在第一光路中包括：至少一个第一放大器结构，用于对第一光路中的光进行放大，以提供第一经放大的光；至少一个第一光输出端，用于输出来自至少一个第一放大器结构的第一经放大的光；以及至少一个第一光电检测器，用于接收来自光子集成电路外部的光，至少一个第一光电检测器被定位在至少一个第一光输出端附近；其中，光子集成电路在第二光路中包括：至少一个第二放大器结构，用于对第二光路中的光进行放大以提供第二经放大的光；至少一个第二光输出端，用于输出来自至少一个第二放大器结构的第二经放大的光；以及至少一个第二光电检测器，用于接收来自光子集成电路外部的光，该至少一个第二光电检测器被定位在至少一个第二光输出端附近。器被定位在至少一个第二光输出端附近。器被定位在至少一个第二光输出端附近。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子集成电路、光检测和测距系统及用于操作光子集成电路、光检测和测距系统的方法
(多个)相关申请
[0001]本申请要求于2019年12月27日提交的美国临时专利申请62/954,012的优先权，该申请的内容通过引用其整体结合于此。


[0002]本公开的各个方面总体上涉及光检测和测距系统领域。

技术介绍

[0003]由于光检测和测距(LIDAR)固有的抗光干扰能力以及用于既检测到目标的距离又检测到目标的距离速率(目标的相对速度)的能力，光检测和测距(LIDAR)的相干性对于自主交通工具而言是所期望的。尽管存在这些属性，相干LIDAR系统仍然必须提供远距离检测能力(>200米)和高数据速率(>1M像素/秒)，以及高光学分辨率(>100垂直像素)，以便在商业上可行。不幸地，相干LIDAR的性能受到检测过程中飞行时间(TOF)限制和散斑引起的波动(Swerling II)目标效应的负面影响。
[0004]TOF限制约束了由有限的光速所施加的相干LIDAR系统的数据速率和对解决多普勒模糊性的多个啁啾的需要。例如，对于300米的最大距离而言，单个光通道(激光束)的数据速率被限制为0.25M像素/秒。由于散斑，目标在相干LIDAR系统中会出现波动，并且高概率检测所需的信噪比(SNR)可以比非波动目标大10dB以上。在不进行缓解的情况下，与非相干系统相比，10dB SNR惩罚将使相干LIDAR的检测距离减少3倍。
[0005]缓解散斑以及重新获得相干LIDAR的测距性能的关键在于，在视场的每次扫描期间对每个场景像素获得多次测量，并且然后非相干地整合它们以缓解目标的波动。缺点在于，数据速率进一步降低2倍或更多，这取决于要整合的测量的数量。
[0006]对于相干LIDAR而言，光子集成电路(PIC)由于可能具有低成本和对高容量的可扩展性因此是所期望的。然而，由于PIC限制(尺寸、产量、成本)，垂直通道(分辨率元素)的数量是有限的(大约10个)并且不容易扩展。
附图说明
[0007]在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记一般指代相同部分。这些附图不一定是按比例的，而是一般着重于说明本专利技术的原理。在以下描述中，参照下面的附图描述本专利技术的各方面，其中：图1图示出根据各方面的光子集成电路的示意图；图2图示出根据各方面的光检测和测距系统；图3图示出根据各方面的光检测和测距系统；图4图示出根据各方面的光检测和测距系统；图5图示出根据各方面的操作光检测和测距系统的方法的流程图；以及
图6图示出根据各个方面的具有集成于其中的光检测和测距系统的交通工具的示意图。
具体实施方式
[0008]以下详细描述中对附图进行参考，附图通过图示的方式示出了可在其中实施本专利技术的具体细节和方面。
[0009]在本申请中使用词“示例性”来意指“充当示例、实例或说明”。在本申请中被描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为相对于其它方面或设计为优选的或有优势的。
[0010]图1图示出根据各方面的光子集成电路(PIC)100的示意图。光子集成电路100可包括半导体光子衬底102，该半导体光子衬底102具有集成于其中的至少一个光接收输入端104和至少一个分光器106，用以将在至少一个光接收输入端104处接收到的光120分支118到第一光路140
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1和第二光路140
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2。
[0011]光子集成电路100可以包括进一步的光路140
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N，其中N是有理数。换句话说，光子集成电路100可包括像第一光路140
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1和第二光路140
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2那样配置的相等或类似的多个光路140
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N。因此，作为示例，可以提供并行操作的多个(>10个)垂直光通道。因此，可以启用高(>1M像素/秒)的整体数据速率或有效数据速率。增加垂直分辨率元素的PIC通道的数量(或通过使用更少或更小的PIC来降低成本)是容易扩展的。在硅PIC上实现的相干LIDAR将(唯一地)实现客户对自主交通工具应用所要求的高性能和价格。
[0012]半导体光子衬底102可以由半导体材料(例如硅)制成。例如，至少对于多个光路而言，半导体光子衬底102可以是共同的衬底。术语“在其中集成的”可以理解为由衬底的材料形成，并且因此，可以与其中元件在衬底的顶部上形成、被布置在衬底的顶部上或被定位在衬底的顶部上的情况不同。
[0013]光子集成电路100在第一光路140
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1中可包括：至少一个第一放大器结构108，用于对第一光路140
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1中的(例如直接或间接来自至少一个分光器106的)光118进行放大以提供第一经放大的光116；至少一个第一光输出端114，用于输出来自至少一个第一放大器结构108的第一经放大的光116；以及至少一个第一光电检测器112，用于接收来自光子集成电路100外部的光122。至少一个第一光电检测器112可被定位在至少一个第一光输出端114附近，例如被集成在共同的半导体光子衬底102中。光子集成电路100在第二光路140
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2中可包括：至少一个第二放大器结构108，用于对第二光路140
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2中的(例如直接或间接来自至少一个分光器106的)光118进行放大以提供第二经放大的光116；至少一个第二光输出端114，用于输出来自至少一个第二放大器结构108的第二经放大的光116；以及至少一个第二光电检测器112，用于接收来自光子集成电路100外部的光122。至少一个第二光电检测器112可被定位在至少一个第二光输出端114附近，例如被集成在共同的半导体光子衬底102中。
[0014]在各个方面，“定位在
……
附近”可以解释为形成在同一(共同)半导体光子衬底102中或形成在同一(共同)半导体光子衬底102上。
[0015]至少一个第一光输出端114和至少一个第一光电检测器112可被布置在光子集成电路100的同一侧。替代地或另外，至少一个第二光输出端114和至少一个第二光电检测器112可被布置在光子集成电路100的同一侧。
[0016]至少一个第一光电检测器112可以包括第一光电二极管。替代地或另外，至少一个第二光电检测器112可以包括第二光电二极管。
[0017]光子集成电路100在第一光路140
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1中可包括至少一个第一波导结构124。替代地或另外，第二光路140
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2可包括至少一个第二波导结构124。波导结构124可以是条形线或微条形线的形式。然而，波导结构124也可以是平面波导。波导结构124可以被配置成用于将从耦合至输入端104的光源发出的电磁辐射引导至输出端114。波导结构124可以由半导体光子衬底102的材料形成。在第一光路140
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1中，光子集成电路可包括至少一个第一波导结构124，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光子集成电路，包括半导体光子衬底，所述半导体光子衬底具有集成于其中的以下各项：至少一个光接收输入端；至少一个分光器，用于将在所述至少一个光接收输入端处接收到的光分支到第一光路和第二光路；其中，所述光子集成电路在所述第一光路中包括：至少一个第一放大器结构，用于对所述第一光路中的光进行放大以提供第一经放大的光；至少一个第一光输出端，用于输出来自所述至少一个第一放大器结构的所述第一经放大的光；以及至少一个第一光电检测器，用于接收来自所述光子集成电路外部的光，所述至少一个第一光电检测器被定位在所述至少一个第一光输出端附近；其中，所述光子集成电路在所述第二光路中包括：至少一个第二放大器结构，用于对所述第二光路中的光进行放大以提供第二经放大的光；至少一个第二光输出端，用于输出来自所述至少一个第二放大器结构的所述第二经放大的光；以及至少一个第二光电检测器，用于接收来自所述光子集成电路外部的光，所述至少一个第二光电检测器被定位在所述至少一个第二光输出端附近。2.如权利要求1所述的光子集成电路，进一步包括：其中所述半导体光子衬底由半导体材料制成。3.如权利要求1至2中任一项所述的光子集成电路，其中，所述至少一个第一光输出端和所述至少一个第一光电检测器被布置在所述光子集成电路的同一侧上；和/或其中，所述至少一个第二光输出端和所述至少一个第二光电检测器被布置在所述光子集成电路的同一侧上。4.如权利要求1至3中任一项所述的光子集成电路，其中，所述光子集成电路在所述第一光路中包括至少一个第一波导结构；和/或其中，所述光子集成电路在所述第二光路中包括至少一个第二波导结构。5.如权利要求1至4中任一项所述的光子集成电路，其中，所述光子集成电路在所述第一光路中包括至少一个分光器，所述至少一个分光器用于将从所述至少一个光接收输入端接收到的光分支到所述至少一个第一光电检测器和所述第一光输出端；和/或其中，所述光子集成电路在所述第二光路中包括至少一个分光器，所述至少一个分光器用于将从所述至少一个光接收输入端接收到的光分支到所述至少一个第二光电检测器和所述第二光输出端。6.如权利要求1至5中任一项所述的光子集成电路，其中，所述光子集成电路在所述第一光路中包括至少一个经平衡的光电检测器对；和/或
其中，所述光子集成电路在所述第二光路中包括至少一个经平衡的光电检测器对。7.如权利要求1至6中任一项所述的光子集成电路，包括在共同的半导体光子衬底上的多个波导结构，以及在同一半导体光子衬底上的多个光电检测器，其中所述多个波导结构中的每个波导结构耦合至所述多个光电检测器中的至少一个光电检测器，使得耦合至不同波导结构的光电检测器是彼此独立可寻址的。8.如权利要求1至7中任一项所述的光子集成电路，其中，所述至少一个分光器被配置成用于将在所述至少一个光接收输入端处接收到的光分支到多个光路，其中所述多个光路中的每个光路包括至少一个放大器结构，用于对所述光路中的光进行放大以提供经放大的光；至少一个光输出端，用于输出来自所述光子集成电路的经放大的光；以及至少一个光电检测器，用于接收来自所述光子集成电路外部的光，所述至少一个光电检测器被定位在所述至少一个光输出端附近。9.如权利要求1至8中任一项所述的光子集成电路，进一步包括至少一个电磁辐射源，所述至少一个电磁辐射源耦合至所述至少一个光接收输入端并且被配置成用于发射某一频率或频带的电磁辐射。10.如权利要求9所述的光子集成电路，其中，所述电磁辐射源被配置成用于发射至少一个相干电磁辐射。11.如权利要求9至10中任一项所述的光子集成电路，进一步包括：至少另一电磁辐射源，所述至少另一电磁辐射源耦合至所述至少另一光接收输入端并且被配置成用于发射另一频率或另一频带的另一电磁辐射。12.一种光检测和测距系统，包括：半导体光子衬底，所述半导体光子衬底具有集成于其中的以下各项：至少一个光接收输入端；至少一个分光器，用于将在所述至少一个光接收输入端处接收到的光分支到第一光路和第二光路；其中所述第一光路包括：至少一个第一放大器结构，用于对所述第一光路中的光进行放大以提供第一经放大的光；至少一个第一光输出端，用于输出来自所述至少一个第一放大器结构的所述第一经放大的光；以及至少一个第一光电检测器，用于接收来自所述光子集成电路外部的光，所述至少一个第一光电检测器被定位在所述至少一个第一光输出端附近；其中所述第二光路包括：至少一个第二放大器结构，用于对所述第二光路中的光进行放大以提供第二经放大的光；至少一个第二光输出端，用于输出来自所述至少一个第二放大器结构的所述第二经放大的光；以及至少一个第二光电检测器，用于接收来自所述光子集成电路外部的光，所述至少一个第二光电检测器被定位在所述至少一个第二光输出端附近；
至少一个电磁辐射源，所述至少一个电磁辐射源耦合至所述至少一个光接收输入端并且被配置成用于发射电磁辐射；以及光栅结构，所述光栅结构被光学地布置成用于将来自所述多个光路的输出端的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：