探测系统技术方案

本发明专利技术提供一种探测系统，属于光电探测技术领域。本发明专利技术的探测系统包括：光学透镜，用于对硅光芯片传输的探测光进行准直整形，还用于对与探测光对应的信号光进行聚焦；硅光芯片，用于选通本振光；通过控制开关状态选通预设光栅，以通过预设光栅将探测光传输至光学透镜，并接收聚焦后的信号光；还用于将本振光与信号光进行干涉混频和中频信号的光电转换；控制处理电路芯片，用于对光电转换后的电流信号进行处理，以得到待测信号。本发明专利技术通过控制开关状态选通某些光栅阵元实现全固态的二维扫描及光束的发射和接收，对本振光的选通可以提高本振光的利用效率、接收信噪比。接收信噪比。接收信噪比。

【技术实现步骤摘要】
探测系统


[0001]专利技术属于光电探测
，具体涉及一种探测系统。

技术介绍

[0002]低成本、纯固态、高集成度的片上/微型光电探测系统在机器人视觉、空间非合作目标识别、交通辅助避障、工业自动化/物流/AGV、消费电子等领域具有重要的应用价值。近年来，随着硅光工艺和微系统集成工艺的发展，国内外对光电探测系统的硅基芯片化开展了大量研究。
[0003]目前，针对纯固态硅基片上/微型光电探测系统，常见的技术体制是基于光学相控阵（OPA）来实现二维光束扫描，进而实现大视场的光束发射/接收，具体来说，主要有两种方案：一种是在相控阵远场两个方向均使用相位调制，实现二维光束扫描；另一种是在一个方向使用相位调制，另一方向使用波长调节。但是，由于需要对阵列中的所有光学天线进行精确的振幅和相位控制，这使得缩放具有挑战性，因此，到目前为止，大多数具有大像素数和大视场的OPA仅为一维阵列，通过使用可大范围调谐的激光器进行波长调谐，来实现正交方向的扫描。例如，2016年，MIT的Poulton等采用级联的相位调制器和50个光栅天线，优化了相位调制装置和天线结构，制作出一个小体积，大扫描范围的硅基光学相控阵，最终通过相位调制和波长可调光源，实现了二维扫描。2017年，Poulton等在前面工作的基础上，制造出了首个硅基光学相控阵的全固态光电探测接收芯片。2018年，Chung等人展示了具有45
°
视场角的一维OPA。2020年，Poulton等人报道了具有100
°
视场角的一维OPA。/>[0004]然而，基于OPA的集成光电探测接收系统仍存在一定的技术瓶颈。例如，一方面，当要求较大接收视场时，需要扩大相控阵的阵列规模，如果采用二维相位调制进行光束扫描，需要独立的相位调制器对每个阵元进行相位控制，相位控制难度大且损耗增加，即使结合波长扫描的方式实现一维的扫描接收，波长调节范围有限且成本较高，能够实现的光束扫描范围较小，所以此方案不利于实现较大阵列规模的集成；另一方面，当要求较高空间分辨率（扫描分辨率）时，如果采用二维相位调制进行光束扫描，要求二维相位调制器具有较高的相位控制精度，这样不仅会提高控制电路的复杂度和相位控制的难度，而且相位调制所需的能耗会大大增加，不利于可移动设备等低功耗场景的应用。
[0005]因此，针对上述技术问题，本专利技术提出一种新的探测系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种探测系统。
[0007]本专利技术提供一种探测系统，包括：光学透镜，用于对硅光芯片传输的探测光进行准直整形，以及，还用于对与所述探测光对应的信号光进行聚焦；硅光芯片，用于选通本振光；以及，还用于通过控制开关状态选通预设光栅，以通过所述预设光栅将所述探测光传输至所述光学透镜，并接收聚焦后的所述信号光；以及，还
用于将所述本振光与所述信号光进行干涉混频和中频信号的光电转换；控制处理电路芯片，用于对光电转换后的电流信号进行处理，以得到待测信号。
[0008]可选的，所述硅光芯片包括：硅基本体以及集成在所述硅基本体上的硅光开关、硅光环形器、硅基光栅开关阵列、硅光MMI阵列以及硅基探测器阵列；所述硅光开关，用于对所述本振光进行选通；所述硅光环形器，用于控制所述探测光的传播方向，以将所述探测光传输至所述硅基光栅开关阵列，并将所述硅基光栅开关阵列回传的信号光传输至所述硅光MMI阵列；所述硅基光栅开关阵列，用于控制开关状态选通预设光栅，以通过所述预设光栅将探测光传输至所述光学透镜，并接收聚焦后的所述信号光；所述硅光MMI阵列，用于对所述本振光和所述信号光进行干涉混频；所述硅基探测器阵列，用于对混频后的相干中频信号光电转换。
[0009]可选的，所述硅基光栅开关阵列的阵列规模为M
×
N，每个阵元包括相对应的发射/接收光栅天线和集成波导光开关，所述集成波导光开关与所述控制处理电路芯片电连接；其中，所述集成波导光开关，用于根据所述控制处理电路芯片的控制信号打开，以选通与该集成波导光开关相对应的光栅天线，通过选通的所述光栅天线将所述探测光传输至所述光学透镜，并将所述信号光回传至所述硅光环形器。
[0010]可选的，所述光学透镜采用微透镜阵列，所述微透镜阵列中的每个阵元与所述硅基光栅开关阵列中的阵元一一对应；并且，所述微透镜阵列的结构参数与所述硅基光栅开关阵列的阵元方向以及周期相匹配；以及，所述硅基光栅开关阵列中光栅天线的发射/接收方向与周期相匹配。
[0011]可选的，所述硅光开关的阵列规模为1
×
M，用于根据所述控制处理电路芯片的控制信号打开，以选通该硅光开关对应的光路，通过选通的光路将所述本振光输出至所述硅光MMI阵列。
[0012]可选的，所述硅光环形器采用具有三端口的硅基无源波导器件，所述硅光环形器包括波导耦合器和两个微环；其中，所述波导耦合器，用于分离所述探测光和所述信号光；所述两个微环，用于根据热光效应耦合不同频率的光，并将不同频率的光从不同端口输出。
[0013]可选的，所述硅光芯片还包括集成在所述硅基本体上的硅光分束器、以及与所述控制处理电路芯片电连接的激光器；其中，所述激光器，用于根据所述控制处理电路芯片的控制信号，产生连续且频率可调制的光束；所述硅光分束器，用于将所述光束分为本振光与探测光，且将所述本振光传输至所述硅光开关，所述探测光传输至所述硅光环形器。
[0014]可选的，所述硅光分束器采用具有可调节分束比的硅基波导器件，其中，所述分束比根据所述探测光、所述信号光的损耗以及所述硅基光栅开关阵列的阵列规模进行调节。
[0015]可选的，所述控制处理电路芯片包括信号发生电路、信号处理电路以及电源模块；其中，所述信号发生电路，用于对所述激光器的频率进行调制；所述信号处理电路，用于对所述硅基探测器阵列中的电流信号进行读出处理，以得到待测信号；所述电源模块，用于对所述硅基光栅开关阵列进行选通控制；还用于对所述控制处理电路芯片和所述硅光芯片供电。
[0016]可选的，所述硅光芯片与所述控制处理电路芯片采用光电异构集成技术进行三维光电集成。
[0017]本专利技术提供一种探测系统，包括：光学透镜，用于对硅光芯片传输的探测光进行准直整形，以及，还用于对与所述探测光对应的信号光进行聚焦；硅光芯片，用于选通本振光；以及，还用于通过控制开关状态选通预设光栅，以通过所述预设光栅将所述探测光传输至所述光学透镜，并接收聚焦后的所述信号光；以及，还用于将所述本振光与所述信号光进行干涉混频和中频信号的光电转换；控制处理电路芯片，用于对光电转换后的电流信号进行处理，以得到待测信号。本专利技术通过控制开关状态选通某些光栅阵元实现全固态的二维扫描及光束的发射和接收，无需设置独立的相位调节器对每个阵元进行相位控制，以及，通过对本振光的选通，可以提高本振光的利用效率、接收信噪比，本专利技术的探测系统实现了收发一体化集成设计，可实现二维大视场、高精度、低损耗和高速率的视场扫描与发射/接收。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探测系统，其特征在于，包括：光学透镜，用于对硅光芯片传输的探测光进行准直整形，以及，还用于对与所述探测光对应的信号光进行聚焦；硅光芯片，用于选通本振光；以及，还用于通过控制开关状态选通预设光栅，以通过所述预设光栅将所述探测光传输至所述光学透镜，并接收聚焦后的所述信号光；以及，还用于将所述本振光与所述信号光进行干涉混频和中频信号的光电转换；控制处理电路芯片，用于对光电转换后的电流信号进行处理，以得到待测信号。2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述硅光芯片包括：硅基本体以及集成在所述硅基本体上的硅光开关、硅光环形器、硅基光栅开关阵列、硅光MMI阵列以及硅基探测器阵列；所述硅光开关，用于对所述本振光进行选通；所述硅光环形器，用于控制所述探测光的传播方向，以将所述探测光传输至所述硅基光栅开关阵列，并将所述硅基光栅开关阵列回传的信号光传输至所述硅光MMI阵列；所述硅基光栅开关阵列，用于控制开关状态选通预设光栅，以通过所述预设光栅将探测光传输至所述光学透镜，并接收聚焦后的所述信号光；所述硅光MMI阵列，用于对所述本振光和所述信号光进行干涉混频；所述硅基探测器阵列，用于对混频后的相干中频信号光电转换。3.根据权利要求2所述的探测系统，其特征在于，所述硅基光栅开关阵列的阵列规模为M
×
N，每个阵元包括相对应的发射/接收光栅天线和集成波导光开关，所述集成波导光开关与所述控制处理电路芯片电连接；其中，所述集成波导光开关，用于根据所述控制处理电路芯片的控制信号打开，以选通与该集成波导光开关相对应的光栅天线，通过选通的光栅天线将所述探测光传输至所述光学透镜，并将所述信号光回传至所述硅光环形器。4.根据权利要求3所述的探测系统，其特征在于，所述光学透镜采用微透镜阵列，所述微透镜阵列中的每个阵元与所述硅基光栅开关阵列中的阵元一一对应；并且，所述微透镜阵列的结构参数与所述硅基光栅开关阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽君，胡小燕，王伟平，曹静，班郁，刘松，操俊，彭志龙，汪志强，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：