激光扫描单元制造技术

本申请公开了一种激光扫描单元

【技术实现步骤摘要】
激光扫描单元、模块、激光发射装置和激光雷达


[0001]本申请涉及雷达
，具体而言，涉及一种激光扫描单元
、
模块
、
激光发射装置和激光雷达
。

技术介绍

光学相控阵（
Optical Phase Array
，
OPA
）激光雷达是一种全固态激光雷达
。
相比于机械旋转式激光雷达
、
半固态激光雷达，全固态激光雷达消除了运动部件，比如转镜
、MEMS
器件
、
楔形镜等，使激光雷达系统更稳定
。
并且
OPA
普遍在硅基衬底上制备，与电子硬件非常兼容，并且非常小巧，是未来激光雷达发展的主流方式
。
[0002]现有的光学相控阵激光雷达在移相区调节激光的相位，从而使激光能够在水平方向上扫描，竖直方向扫描则由光栅区和其他参数控制实现
。
移相区的控制原理主要分为两种，分别是通过改变载流子浓度或温度使得波导折射率发生变化，从而发生相移实现光束偏转
。
如果需要利用载流子浓度变化来实现光束偏转，需要提前对波导进行掺杂，这会带来极大的光功率损耗，那么就增加了对激光器的功率要求；如果利用温度变化实现光束偏转需要在波导附近制备很多加热条，会带来很大的功耗问题，并且调制速率较低
。
因此，目前的光学相控阵激光雷达因结构缺陷而存在光功率损耗或功耗较大的问题
。

技术实现思路

>[0003]本申请的目的包括，提供一种激光扫描单元模块
、
激光发射装置和激光雷达，其具有较低的功耗，且光功率损耗较低
。
[0004]本申请的实施例可以这样实现：第一方面，本申请提供一种激光扫描单元，包括：分束组件，具有一个输入端和多个输出端，分束组件用于将输入端接收的激光分成多路并通过多个输出端输出；移相组件，包括多个移相波导，多个移相波导一一对应地与分束组件的多个输出端连接，移相波导包括第一包覆层
、
第一芯层以及第一铌酸锂层，第一芯层沿光传输方向延伸且周侧被第一包覆层包裹，第一芯层的折射率大于第一包覆层的折射率，第一铌酸锂层铺设于第一包覆层外侧，第一铌酸锂层上设置有第一调制电极，第一调制电极用于调节第一铌酸锂层的折射率；光栅组件，包括多个光栅波导，多个光栅波导一一对应地与移相组件的多个移相波导连接
。
[0005]在本申请实施例中，分束组件用于形成多个光路，移相组件用于对多个光路进行调制，使得不同的移相波导中的光具有一定的相位差，从而调节最终离开激光扫描单元的光束在第一方向（比如水平方向）上的偏转角度
。
本申请实施例通过在第一包覆层外侧铺设第一铌酸锂层，使得光在移相波导中（主要在第一芯层中）传输时，第一铌酸锂层中也会存在一定的模式分布
。
第一调制电极通过向第一铌酸锂层施加电场可以调节第一铌酸锂层的
折射率，折射率会影响移相波导中光的相位，当不同的移相波导中的第一铌酸锂层具有不同的折射率时，各个移相波导中的光呈现出相位差，因此也就能够实现最终发出的光束在第一方向上的偏转
。
由于铌酸锂的特殊性质，其无需掺杂且具有高光电效应，因此通过第一调制电极来控制其折射率，进而控制光的相位，具有较佳的控制效果
。
改善了现有技术中对波导进行掺杂带来光功率损耗大的问题，也改善了通过热调方式调节波导折射率所带来的功耗高
、
调制速率低的问题
。
此外，本申请实施例的移相波导可以通过在现有的波导上贴设铌酸锂层和调制电极来制作得到，制作工艺成本较低
。
[0006]在可选的实施方式中，第一芯层为
Si
或者
Si3N4，第一包覆层为
SiO2。Si
和
Si3N4的折射率大于
SiO2，使得光能够沿着
Si
或者
Si3N4所构成的第一芯层传输，传输效果较好
。
并且，硅基波导结构成本较低
。
[0007]在可选的实施方式中，第一芯层与第一铌酸锂层之间的第一包覆层厚度为
50~120nm
，第一铌酸锂层的厚度为
100~300nm。
[0008]第一芯层与第一铌酸锂层之间的第一包覆层厚度为
50~120nm
，使得原本束缚在第一芯层中的光会有一部分泄漏到第一铌酸锂层之中，并随着移相波导的延伸方向传输，而第一铌酸锂层的厚度为
100~300nm
，能够保证光在第一铌酸锂层中有足够的模式分布，进而来保证通过调节第一铌酸锂层的折射率能够显著地调节移相波导中光的相位
。
[0009]在可选的实施方式中，第一调制电极成对地设置于第一铌酸锂层背离第一包覆层的一面，属于同一对的两个第一调制电极分别在第一铌酸锂层的宽度方向上间隔设置
。
[0010]通过将两个第一调制电极分别在第一铌酸锂层的宽度方向上间隔设置，使得第一铌酸锂层能够更多地处于两个第一调制电极所形成的电场中，使得通过第一调制电极调节第一铌酸锂层折射率的调制效果更好
。
[0011]在可选的实施方式中，光栅波导包括第二芯层
、
第二包覆层以及第二铌酸锂层，第二芯层沿光传输方向延伸且呈周期结构，第二芯层的周侧被第二包覆层包裹，第二芯层的折射率大于第二包覆层的折射率，第二铌酸锂层铺设于第二包覆层外侧，第一铌酸锂层上设置有第二调制电极，第二调制电极用于调节第二铌酸锂层的折射率
。
[0012]光进入光栅波导后，光会从光栅波导中衍射到自由空间中，衍射的方向相对于光栅波导的延伸方向呈一定角度，通过控制该角度变化，实现在第二方向（比如竖直方向）上的扫描
。
衍射角度与光栅周期（即第二芯层的一个周期的长度）
、
光栅波导的有效折射率
、
激光波长相关
。
光栅周期是固定的，现有方法是调整激光波长来调整衍射角度，从而实现扫描
。
本实施例中则以第二调制电极来调节第二铌酸锂层的折射率，从而改变光栅波导的有效折射率，进而调节衍射角度
。
本实施例通过调制电极来调节衍射角度，因此对光源的要求低，且调节效率高
。
[0013]在可选的实施方式中，第二芯层为
Si
或者
Si3N4，第二包覆层为
SiO2。Si
和
Si3N4的折射率大于
SiO2，使得光能够被第二包覆层束缚，沿着
Si
或者
Si3N4所构成的第二芯层传输，传输效果较好
。
并且，硅基波导结构成本较低
。
[0014]在可选的实施方式中，分束组件包括分束器和连接于分束器的若干分束波导，分束组件的输出端形成于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种激光扫描单元，其特征在于，包括：分束组件，具有一个输入端和多个输出端，所述分束组件用于将所述输入端接收的激光分成多路并通过多个所述输出端输出；移相组件，包括多个移相波导，多个所述移相波导一一对应地与所述分束组件的多个所述输出端连接，所述移相波导包括第一包覆层
、
第一芯层以及第一铌酸锂层，所述第一芯层沿光传输方向延伸且周侧被所述第一包覆层包裹，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率，所述第一铌酸锂层铺设于所述第一包覆层外侧，所述第一铌酸锂层上设置有第一调制电极，所述第一调制电极用于调节所述第一铌酸锂层的折射率；光栅组件，包括多个光栅波导，多个所述光栅波导一一对应地与所述移相组件的多个所述移相波导连接
。2.
根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述第一芯层为
Si
或者
Si3N4，所述第一包覆层为
SiO2。3.
根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述第一芯层与第一铌酸锂层之间的所述第一包覆层厚度为
50~120nm
，所述第一铌酸锂层的厚度为
100~300nm。4.
根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述第一调制电极成对地设置于所述第一铌酸锂层背离所述第一包覆层的一面，属于同一对的两个所述第一调制电极分别在所述第一铌酸锂层的宽度方向上间隔设置
。5.
根据权利要求1所述的激光扫描单元，其特征在于，所述光栅波导包括第二芯层
、
第二包覆层以及第二铌酸锂层，所述第二芯层沿光传输方向延伸且呈周期结构，所述第二芯层的周侧被所述第二包覆层包裹，所述第二芯层的折射率大于所述第二包覆层的折射率，所述第二铌酸锂层铺设于所述第二包覆层外侧，所述第一铌酸锂层上设置有第二调制电极，所述第二调制电极用于调节所述第二铌酸锂层的折射率
。6.
根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长达，赵至尊，疏达，
申请(专利权)人：北醒北京光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：