硅光芯片、激光雷达及可移动设备制造技术

本申请实施例公开了一种硅光芯片、激光雷达及可移动设备，包括包层与层间耦合器，所述层间耦合器嵌设于所述包层，所述层间耦合器包括第一波导模块和第二波导模块，所述第一波导模块包括第一传输部与至少一个第一氮化硅波导；所述第二波导模块包括至少两根第一硅波导、合束器与第二传输部，每一所述第一硅波导用于耦合接收经由所述第一氮化硅波导传输的光信号的至少部分，所述合束器的输入端对应连接于一所述第一硅波导，输出端连接于所述第二传输部。层间耦合器包括多根第一硅波导，其能够承受更大的输入光功率，使硅光芯片能够实现更高的发射光功率，进而使激光雷达能够探测远距离目标物体。距离目标物体。距离目标物体。

【技术实现步骤摘要】
硅光芯片、激光雷达及可移动设备


[0001]本专利技术涉及激光探测
，具体涉及一种硅光芯片、激光雷达及可移动设备。

技术介绍

[0002]激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测光，然后将接收到的从目标反射回来的回波光与本振光进行比较，经过适当处理后，即可以获得目标的有关信息，如，目标距离、方位、高度、速度、姿态、形状等参数。
[0003]调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达将调频连续波测距与激光探测技术相结合，具有接收灵敏度高、抗环境光干扰等优点。一般地，FMCW激光雷达的架构是利用硅光芯片集成收发一体结构，在硅光芯片上同时实现信号发射和接收，从而能够减少器件数量并提高系统稳定性。在该硅光芯片中，通常收发一体结构设置于硅波导层，而激光器与光放大器输出的高功率发射光一般先输入到氮化硅波导层中，因为氮化硅端面耦合器可承受光功率和损耗优于硅端面耦合器，因此需要采用氮化硅
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硅层间耦合器将高功率的发射光从氮化硅波导耦合到硅波导中进行发射，实现目标物体距离和速度的测量。
[0004]但是，现有的氮化硅
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硅层间耦合器的最大承受光功率较小，限制了硅光芯片的最大发射光功率，因此，需要提出一种满足激光雷达探测要求的高耐受光功率氮化硅
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硅层间耦合器。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种硅光芯片、激光雷达及可移动设备，以改变当前激光雷达难以探测远距离目标物体的现状。
[0006]本申请实施例第一方面提供一种硅光芯片，包括包层与层间耦合器，所述层间耦合器嵌设于所述包层，所述层间耦合器包括第一波导模块和第二波导模块，所述第一波导模块位于氮化硅波导层，其包括第一传输部与至少一个第一氮化硅波导，所述第一氮化硅波导沿第一方向延伸，所述第一波导模块用于经由所述第一传输部接收并传输光信号，以及经由所述第一氮化硅波导输出所述光信号，所述第一方向垂直于所述硅光芯片的厚度方向；所述第二波导模块位于硅波导层，其包括至少两根第一硅波导、合束器与第二传输部，所述第一硅波导沿所述第一方向延伸，各所述第一硅波导沿第二方向间隔排布，每一所述第一硅波导用于耦合接收经由所述第一氮化硅波导传输的光信号的至少部分，各所述第一硅波导共同接收由所述第一波导模块传输的所有光信号，所述合束器包括多个输入端以及一输出端，每一所述输入端对应连接于一所述第一硅波导，所述输出端连接于所述第二传输部；且，所述氮化硅波导层与所述硅波导层为所述硅光芯片在厚度方向上的不同层。
[0007]本申请实施例第二方面提供一种激光雷达，所述激光雷达为FMCW激光雷达，包括激光模组、硅光芯片及光放大模组：所述光源模组用于产生至少一束第一光束；所述硅光芯
片的每一所述输入耦合器用于接收一所述第一光束；所述光放大模组与所述输入耦合器一一对应，沿所述第一光束的传输方向，设于所述光源模组与所述硅光芯片之间，用于对所述第一光束进行放大，以使放大后的第一光束进入所述硅光芯片。
[0008]本申请实施例第三方面提供一种可移动设备，包括所述激光雷达。
[0009]有益效果：层间耦合器包括多根第一硅波导，使输入光功率由多根第一硅波导共同承担，有效降低了单根第一硅波导的光功率密度，在达到相同的极限光功率密度时，该层间耦合器能够承受更大的输入光功率，使硅光芯片能够实现更高的发射光功率，进而使激光雷达能够探测远距离目标物体。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0011]图1是本申请实施例硅光芯片的结构示意图；图2是本申请实施例的层间耦合器第一种具体结构的俯视示意图；图3是本申请实施例的层间耦合器第一种具体结构的侧视示意图；图4和图5分别是图2中P、Q所指处的局部放大示意图；图6是相关技术和本申请实施例第一种具体结构的层间耦合器的光场传输及最大光功率密度对比图，其中(a)指相关技术，(b)指本申请实施例第一种具体结构，横坐标轴表示在第一方向上的距离，纵坐标轴表示在第二方向上的距离，不同的灰度对应不同的电场强度；图7是本申请实施例的层间耦合器第二种具体结构的俯视示意图；图8是本申请实施例的层间耦合器第三种具体结构的俯视示意图；图9是本申请实施例的层间耦合器第四种具体结构的俯视示意图；图10是本申请实施例的层间耦合器第五种具体结构的俯视示意图；图11是本申请实施例提供的激光雷达的结构示意图；图12是本申请实施例提供的可移动设备的结构示意图。
[0012]附图标记说明：1、激光雷达100、光源模组；110、光源模块；120、分束模块；200、光放大模组；300、硅光芯片；310、包层；320、层间耦合器；320a、第一层间耦合器；320b、第二层间耦合器；321、第一波导模块；3211、第一传输部；3212、第一氮化硅波导；32121、第一耦合部；3213、分束器；3213a、第二输入端；3213b、第二输出端；322、第二波导模块；3221、第一硅波导；32211、第二耦合部；3222、合束器；3222a、第一输入端；3222b、第一输出端；3223、第二传输部；323、氮化硅波导层；324、硅波导层；330、收发波导模组；331、发射波导模块；332、接收波导模块；340、光电探测模组；341、混频器；342、平衡光电探测器；350、输入耦合器；360、分光器；
400、微透镜；X、第一方向；Y、第二方向；Z、厚度方向。
具体实施方式
[0013]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。
[0014]下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0015]氮化硅
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硅层间耦合器是一种用于将光从氮化硅波导转换到硅波导中的器件。激光雷达发射光通过端面耦合器进入到氮化硅波导层后，通过氮化硅
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硅层间耦合器输入到硅波导层中，再通过硅波导层中的发射结构发射出去，被探测目标物体反射的回波光由上述发射结构旁的接收结构接收，形成完整的收发链路。相关技术中，氮化硅
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硅层间耦合器为单根氮化硅波导与单根硅波导耦合结构，氮化硅波导包括宽度逐渐收缩的第一锥形部，硅波导包括与第一锥形部相对设置的第二锥形部，该第二锥形部宽度则逐渐扩张，以便于实现发射光的层间耦合。在光场从氮化硅波导转换到硅波导的过程中，所有的光功率被单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅光芯片，其特征在于，包括包层与层间耦合器，所述层间耦合器嵌设于所述包层，所述层间耦合器包括：第一波导模块，位于氮化硅波导层，包括第一传输部与至少一个第一氮化硅波导，所述第一氮化硅波导沿第一方向延伸，所述第一波导模块用于经由所述第一传输部接收并传输光信号，以及经由所述第一氮化硅波导输出所述光信号；以及第二波导模块，位于硅波导层，包括至少两根第一硅波导、合束器与第二传输部，所述第一硅波导沿所述第一方向延伸，各所述第一硅波导沿第二方向间隔排布，每一所述第一硅波导用于耦合接收经由所述第一氮化硅波导传输的光信号的至少部分，各所述第一硅波导共同接收由所述第一波导模块传输的所有光信号，所述合束器包括多个输入端以及一输出端，每一所述输入端对应连接于一所述第一硅波导，所述输出端连接于所述第二传输部；其中，所述氮化硅波导层与所述硅波导层为所述硅光芯片在厚度方向上的不同层，所述第一方向、所述第二方向与所述厚度方向中的任意两者垂直。2.如权利要求1所述的硅光芯片，其特征在于，所述第一波导模块包括一根所述第一氮化硅波导，所述第一氮化硅波导与所述第一传输部直接连接；所述第二波导模块包括至少两根所述第一硅波导，各所述第一硅波导均用于耦合经由所述第一氮化硅波导传输的光信号。3.如权利要求2所述的硅光芯片，其特征在于，所述第二波导模块包括两根所述第一硅波导，沿所述厚度方向观察，两根所述第一硅波导关于所述第一氮化硅波导对称设置。4.如权利要求1所述的硅光芯片，其特征在于，所述第一波导模块包括第一传输部、分束器与至少两根所述第一氮化硅波导，所述分束器包括第二输入端与至少两第二输出端，所述第一传输部连接于所述第二输入端，每一所述第一氮化硅波导对应连接于一所述第二输出端；所述第二波导模块包括多个第一硅波导，每一所述第一硅波导用于耦合接收至少一所述第一氮化硅波导所传输的光信号的至少部分。5.如权利要求4所述的硅光芯片，其特征在于，所述第一氮化硅波导的数量与所述第一硅波导的数量相同，一所述第一氮化硅波导对应一所述硅波导，对应的第一氮化硅波导与第一硅波导用于共同配合，以使所述第一硅波导可耦合接收经由所述第一氮化硅波导传输的光信号。6.如权利要求5所述的硅光芯片，其特征在于，所述第一波导模块包括两第一氮化硅波导，所述第二波导模块包括两第一硅波导，每一所述第一氮化硅波导与一所述第一硅波导沿所述厚度方向相对设置。7.如权利要求4所述的硅光芯片，其特征在于，每一所述第一氮化硅波导对应两所述第一硅波导，不同的所述第一氮化硅波导所对应的所述第一硅波导不同；沿所述厚度方向观察，所述第一氮化硅波导位于对应的两所述第一硅波导之间。8.如权利要求4所述的硅光芯片，其特征在于，所述层间耦合器中的第一硅波导比所述第一氮化硅波导多一个；沿所述厚度方向观察，所述第一硅波导与所述第一氮化硅波导沿所述第二方向交替设置。9.如权利要求1所述的硅光芯片，其特征在于，所述第一波导模块与所述第二波导模块
沿所述厚度方向的间距介于150nm~250nm之间。10.如权利要求1至9中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖佳文，
申请(专利权)人：深圳市速腾聚创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：