基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达制造方法及图纸

本申请提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达，光收发装置应用于激光雷达，包括：提供的衬底；所述衬底上表面的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。本申请改善了激光雷达的扫描模块由于具有探测角度滞后导致回波信号接收效率低的问题，提高了激光雷达的测距性能、集成度及可靠性，降低了激光雷达的工艺复杂度和成本。艺复杂度和成本。艺复杂度和成本。

【技术实现步骤摘要】
基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达


[0001]本申请属于激光雷达探测
，尤其涉及一种基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达。

技术介绍

[0002]目前在智慧交通/无人驾驶等领域中，快速精确感知道路以及无人驾驶车辆的周围环境是关键，基于传感器设备感知获得的道路、车辆位置以及障碍物信息，能协调道路信号的控制，从而提高道路管理质量和效率，并控制无人驾驶车辆决策，以便调整无人驾驶车辆的行车安全距离，从而保障无人驾驶车辆安全、可靠地在道路上行驶。
[0003]调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达具备的4D(Four Dimensional)感知传感器模组能同时测距测速，能为自动驾驶或者辅助驾驶提供更多安全的信息。相对于飞行时间(Time of flight，ToF)测速测距方案，FMCW激光探测及测距系统(Light Detection and Ranging，LiDAR)能在1帧的探测数据中获得速度维度信息，能让FMCW激光探测及测距系统更快的识别前方目标物，能以更快的速度传输至车控制系统，以提前做出避险操作。
[0004]由于光在空间中传播需要时间,在这个时间中扫描模块中转镜也会转动，故使用具有机械扫描模块的FMCW激光雷达会出现探测光角度滞后问题。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达，解决了激光雷达探测光角度滞后造成回波信号接收效率低的问题。
[0006]本申请实施例第一方面提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，包括：
[0007]衬底；
[0008]设置于所述衬底上表面的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。
[0009]在其中一个实施例中，
[0010]同一所述收发波导结构中所述第二波导结构相对于所述第一波导结构存在预设倾角。
[0011]在其中一个实施例中，
[0012]所述预设倾角≦0.1度。
[0013]在其中一个实施例中，
[0014]所述第一波导结构为单模波导结构；
[0015]所述第二波导结构为多模转单模波导结构、大模转单模波导结构、少模转单模波导结构以及所述单模波导结构中任一种。
[0016]在其中一个实施例中，
[0017]所述第一波导结构的输出端与所述第二波导结构的输入端之间的间距为K，其中，0.1
×
W≦K≦0.2
×
W，W为所述第一波导结构的波导宽度。
[0018]在其中一个实施例中，
[0019]所述平面波导芯片的多个所述收发波导结构为阵列式布局。
[0020]在其中一个实施例中，
[0021]所述阵列式布局的收发波导结构中各所述收发波导结构按周期排列或者不规则排列，其中，各所述收发波导结构之间的间距大于或者等于所述第一波导结构的波导宽度的二分之一。
[0022]在其中一个实施例中，
[0023]所述光收发装置还包括设置于所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端的满足预设条件的收发透镜；
[0024]所述预设条件包括第一预设条件，所述第一预设条件为：
[0025]第一目标距离内的回波光斑的直径大于所述第一波导结构中单模波导直径的X倍，其中，1.0≦X≦2.0，所述第一目标距离≦100m。
[0026]在其中一个实施例中，
[0027]所述预设条件还包括第二预设条件，所述第二预设条件为：
[0028]f
‑
δf≦L1≦f+δf，或者L2＝f；
[0029]其中，L1为第一透镜距离，所述第一透镜距离为所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端端面与所述收发透镜中心之间的垂直距离，处于所述第一透镜距离的所述收发透镜用于接收所述第一目标距离的回波；
[0030]L2为第二透镜距离，所述第二透镜距离为所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端端面与所述收发透镜中心之间的垂直距离，处于所述第二透镜距离的所述收发透镜用于接收第二目标距离的回波，其中，L2>L1；
[0031]f为所述收发透镜的焦距；
[0032]δf为离焦距离。
[0033]在其中一个实施例中，
[0034]所述第二目标距离>100m；
[0035]f≧1mm；
[0036][0037]本申请实施例第二方面提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置的制作方法，包括：
[0038]形成衬底；
[0039]在所述衬底的上表面形成的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。
[0040]本申请实施例第三方面提供了一种激光雷达，包括：信号发送模块、激光发射模块、扫描模块、探测模块、信号处理模块以及如上述内容中任一项所述的基于平面波导芯片
的光收发装置；
[0041]所述信号发送模块用于输出发送信号；
[0042]所述激光发射模块用于根据所述发送信号输出激光，并将所述激光进行分束，获得N路+M路激光，其中，M、N都是正整数，M<N；
[0043]所述光收发装置用于接入所述N路激光，并输出至所述扫描模块；
[0044]所述扫描模块用于接入所述N路激光，并将所述N路激光发射至目标，并接收所述目标反射回来的回波；
[0045]所述光收发装置还用于接入所述扫描模块传送的回波，并输出所述回波至所述探测模块；
[0046]所述探测模块用于接入所述光收发装置传送的所述回波，并将所述回波与所述M路中每路激光分别进行混频获得对应的各拍频模拟电信号；
[0047]所述信号处理模块用于接入各所述拍频模拟电信号并进行处理获得所述目标的距离信息和速度信息。
[0048]可以理解的是，上述第二方面至第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0049]本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0050]本申请的实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，通过把用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波的第二波导结构的收发波导结构封装在衬底上表面形成平面波导芯片，由于平面波导芯片的收发波导结构中第二波导结构设于第一波导结构的任一侧，能补偿接收由于转镜的滞后角造成丢失的回波信号，从而提高了激光雷达接收回波信号的效率，并提高了激光雷达的测距性能。
附图说明
[0051]为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，其特征在于，包括：衬底；设置于所述衬底上表面的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。2.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，同一所述收发波导结构中所述第二波导结构相对于所述第一波导结构存在预设倾角。3.根据权利要求2所述的光收发装置，其特征在于，所述预设倾角≦0.1度。4.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述第一波导结构为单模波导结构；所述第二波导结构为多模转单模波导结构、大模转单模波导结构、少模转单模波导结构以及所述单模波导结构中任一种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光收发装置，其特征在于，所述第一波导结构的输出端与所述第二波导结构的输入端之间的间距为K，其中，0.1
×
W≦K≦0.2
×
W，W为所述第一波导结构的波导宽度。6.根据权利要求5所述的光收发装置，其特征在于，所述平面波导芯片的多个所述收发波导结构为阵列式布局。7.根据权利要求6所述的光收发装置，其特征在于，阵列式布局的各所述收发波导结构按周期排列或者不规则排列，其中，各所述收发波导结构之间的间距大于或者等于所述第一波导结构的波导宽度的二分之一。8.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述光收发装置还包括设置于所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端的满足预设条件的收发透镜；所述预设条件包括第一预设条件，所述第一预设条件为：第一目标距离内的回波光斑的直径大于所述第一波导结构中单模波导直径的X倍，其中，1.0≦X≦2.0，所述第一目标距离≦100m。9.根据权利要求8所述的光收发装置，其特征在于，所述预设条件还包括第二预设条件，所述第二预设条件为：f
‑
δf≦L1≦f+δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鹏，
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：