一种集成式激光雷达接收装置及其制作方法制造方法及图纸

本申请提供了一种集成式激光雷达接收装置及其制作方法。本申请提供的集成式激光雷达接收装置，包括光学天线和集成于所述光学天线的光电探测器，所述光学天线和所述光电探测器光路连接；所述光学天线用于接收本振光和待探测物发射的信号光，并用于将所述本振光和所述信号光进行光学混频相干得到混频探测光且将所述混频探测光传输至所述光电探测器；所述光电探测器用于接收所述混频探测光并根据所述混频探测光执行与所述混频探测光相应的光学探测。本申请提供的种集成式激光雷达接收装置及其制作方法具有结构简单、高信噪比、低损耗及降低各光电部件参数要求的技术优势。及降低各光电部件参数要求的技术优势。及降低各光电部件参数要求的技术优势。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式激光雷达接收装置及其制作方法


[0001]本申请属于雷达
，更具体地说，是涉及一种集成式激光雷达接收装置及其制作方法。

技术介绍

[0002]现有的激光雷达探测技术包括传统的光电探测技术、非集成式相干探测技术或耦合再相干的检测技术。
[0003]传统的光电探测技术采用直接探测方式，信噪比很低。非集成式相干探测技术，稳定性低，且其需借助于机械转动部件才能够具备一定的探测视场，致使结构复杂化。而采用光栅耦合器或光学相控阵天线将反射光耦合进波导结构，之后再于本振光相干的探测技术相比，反射光耦合和波导传输过程中存在一定的损耗，信噪比很低，且该种技术的探测范围小，对发射光功率、光电探测器性能和片上损耗等参数的要求高。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的在于提供一种集成式激光雷达接收装置及其制作方法，具有结构简单、高信噪比、低损耗及降低各光电部件参数要求的技术优势。
[0005]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种集成式激光雷达接收装置，该集成式激光雷达接收装置包括光学天线和集成于所述光学天线的光电探测器，所述光学天线和所述光电探测器光路连接；
[0006]所述光学天线用于接收本振光和待探测物发射的信号光，并用于将所述本振光和所述信号光进行光学混频相干得到混频探测光且将所述混频探测光传输至所述光电探测器；所述光电探测器用于接收所述混频探测光并根据所述混频探测光执行与所述混频探测光相应的光学探测。
[0007]一实施例中，所述光学天线包括本振光输入结构和天线本体，所述天线本体和所述本振光输入结构光路连接，所述天线本体和所述光电探测器均集成于所述本振光输入结构；
[0008]所述本振光输入结构用于接收本振光并将所述本振光传输至所述天线本体；所述天线本体用于接收所述本振光和所述待探测物发射的信号光并将两者进行光学混频相干得到混频探测光并将所述混频探测光传输至所述光电探测器。
[0009]一实施例中，所述本振光输入结构包括SOI衬底、波导结构层、光耦合器和相阵调制系统；其中，
[0010]所述波导结构层形成于所述SOI衬底上，所述光耦合器和所述相阵调制系统通过所述波导结构层光路连接，所述相阵调制系统和所述天线本体通过所述波导结构层光路连接，所述光电探测器集成于所述SOI衬底；
[0011]所述光耦合器用于将所述本振光耦合至所述波导结构层；所述相阵调制系统用于将耦合至所述波导结构层的所述本振光传输至所述天线本体并使所述光学天线具备二维
视场。
[0012]一实施例中，所述相阵调制系统包括相阵调控器和光开关阵列两者中的至少一者。
[0013]一实施例中，所述SOI衬底包括由下至上层叠设置的硅衬底层、埋氧化层和顶部硅层，所述顶部硅层形成有所述波导结构层，所述光电探测器集成于所述硅衬底层和所述埋氧化层的至少一层。
[0014]一实施例中，所述光电探测器沿所述SOI衬底层叠方向的投影面积大于等于所述天线本体沿所述SOI衬底层叠方向的投影面积。
[0015]一实施例中，所述SOI衬底开设有键合槽，所述键合槽具有朝向下方和/或侧方的敞口，所述光电探测器键合于所述键合槽中。
[0016]一实施例中，所述SOI衬底的底面和/或侧面设置有贴片区域，所述光电探测器贴片于所述贴片区域。
[0017]一实施例中，设定第一入射角度为α，第二入射角度为
‑
α，其中，α为正数；
[0018]所述本振光于所述光学天线的出射角度为所述第一入射角度和所述第二入射角度中的其中一者，所述信号光于所述光学天线的入射角度为所述第一入射角度和所述第二入射角度中的另一者。
[0019]一实施例中，所述光电探测器为以下任一种：
[0020]‑
Si基光电探测器；
[0021]‑
Ge基光电探测器；
[0022]‑
InP基光电探测器。
[0023]一实施例中，所述相阵调制系统包括相阵调控器，所述波导结构层的波导阵列呈二维排布，所述波导阵列的二维方向均设置成由所述相阵调控器进行相位调制以形成所述二维视场；
[0024]或，所述相阵调制系统包括相阵调控器，所述波导结构层的各波导阵列分别呈一维排布，所述波导阵列的至少一个一维方向设置成由所述相阵调控器进行相位调制以形成所述一维视场，所述波导阵列的至少一个一维方向设置成由其波长调谐形成所述一维视场，两个所述一维视场扫描合成所述二维视场；
[0025]或，所述相阵调制系统包括光开关阵列，所述波导结构层的波导阵列呈二维排布，所述波导阵列的二维方向均设置成由所述光开关阵列进行路由选通以形成所述二维视场；
[0026]或，所述相阵调制系统包括光开关阵列，所述波导结构层的各波导阵列分别呈一维排布，所述波导阵列的至少一个一维方向设置成由所述光开关阵列进行路由选通以形成所述一维视场，所述波导阵列的至少一个一维方向设置成由其波长调谐形成所述一维视场，两个所述一维视场扫描合成所述二维视场。
[0027]本申请提供的集成式激光雷达接收装置的有益效果在于：
[0028]与现有技术相比，本申请提供的集成式激光雷达接收装置，其中的光学天线可接收输入的本振光和待探测物发射的信号光，该本振光和信号光在光学天线中进行光学混频相干进而得到混频探测光，光电探测器接收该混频探测光并可根据该混频探测光执行与混频探测光相应的光学探测。
[0029]其一、相比于传统的光电探测器所采用的直接探测方式，本申请提供的集成式激
光雷达接收装置采用本振光和信号光混频相干，该相干探测方式明显具备较高的信噪比；
[0030]其二，相比于非集成式相干探测技术，本申请提供的集成式激光雷达接收装置的稳定性佳，其可通过光学相控阵或光开关阵列具备一定的二维视场，在不借助于机械转动部件的条件下，即可完成探测流程，简化了整个装置的结构。
[0031]其三、本申请提供的集成式激光雷达接收装置，信号光直接入射至天线，可通过对光学天线的多维视场进行设计，使其接收到一定视场范围内的信号光，进而可增加探测范围，降低对信号光功率、光电探测器性能和片上损耗等参数的要求。
[0032]本申请另一目的还在于提供一种集成式激光雷达接收装置的制作方法，该集成式激光雷达接收装置的制作方法包括如下步骤：
[0033]预制光学天线，并预备光电探测器；
[0034]于所述光学天线的SOI衬底上开设键合槽；
[0035]通过键合方式将所述光电探测器键合于所述键合槽中。
[0036]本申请另一目的还在于提供一种集成式激光雷达接收装置的制作方法，该集成式激光雷达接收装置的制作方法包括如下步骤：
[0037]预制硅衬底层，并预备光电探测器；
[0038]于所述硅衬底层上开设键合槽或选取贴片区域；
[0039]将所述光电探测器键合于所述键合槽中或贴片于所述贴片区域；
[0040]于所述硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式激光雷达接收装置，其特征在于，包括光学天线(10)和集成于所述光学天线(10)的光电探测器(20)，所述光学天线(10)和所述光电探测器(20)光路连接；所述光学天线(10)用于接收本振光和待探测物发射的信号光，并用于将所述本振光和所述信号光进行光学混频相干得到混频探测光且将所述混频探测光传输至所述光电探测器(20)；所述光电探测器(20)用于接收所述混频探测光并根据所述混频探测光执行与所述混频探测光相应的光学探测。2.根据权利要求1所述的集成式激光雷达接收装置，其特征在于，所述光学天线(10)包括本振光输入结构和天线本体(14)，所述天线本体(14)和所述本振光输入结构光路连接，所述天线本体(14)和所述光电探测器(20)均集成于所述本振光输入结构；所述本振光输入结构用于接收本振光并将所述本振光传输至所述天线本体(14)；所述天线本体(14)用于接收所述本振光和所述待探测物发射的信号光并将两者进行光学混频相干得到混频探测光并将所述混频探测光传输至所述光电探测器(20)。3.根据权利要求2所述的集成式激光雷达接收装置，其特征在于，所述本振光输入结构包括SOI衬底(11)、波导结构层、光耦合器(12)和相阵调制系统(13)；其中，所述波导结构层形成于所述SOI衬底(11)上，所述光耦合器(12)和所述相阵调制系统(13)通过所述波导结构层光路连接，所述相阵调制系统(13)和所述天线本体(14)通过所述波导结构层光路连接，所述光电探测器(20)集成于所述SOI衬底(11)；所述光耦合器(12)用于将所述本振光耦合至所述波导结构层；所述相阵调制系统(13)用于将耦合至所述波导结构层的所述本振光传输至所述天线本体(14)并使所述光学天线(10)具备二维视场。4.根据权利要求3所述的集成式激光雷达接收装置，其特征在于，所述相阵调制系统(13)包括相阵调控器(132)和光开关阵列(131)两者中的至少一者。5.根据权利要求3所述的集成式激光雷达接收装置，其特征在于，所述SOI衬底(11)包括由下至上层叠设置的硅衬底层(111)、埋氧化层(112)和顶部硅层(113)，所述顶部硅层(113)形成有所述波导结构层，所述光电探测器(20)集成于所述硅衬底层(111)和所述埋氧化层(112)的至少一层。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的集成式激光雷达接收装置，其特征在于，所述光电探测器(20)沿所述SOI衬底(11)层叠方向的投影面积大于等于所述天线本体(14)沿所述SOI衬底(11)层叠方向的投影面积。7.根据权利要求3
‑
5任一项所述的集成式激光雷达接收装置，其特征在于，所述SOI衬底(11)开设有键合槽，所述键合槽具有朝向下方和/或侧方的敞口，所述光电探测器(20)键合于所述键合槽中。8.根据权利要求3
‑
5任一项所述的集成式激光雷达接收装置，其特征在于，所述SOI衬底(11)的底面和/或侧面设置有贴片区域，所述光电探测器(20)贴片于所述贴片区域。9.根据权利要求2
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鹏飞，徐洋，王鹏飞，罗光振，马建斌，杨正霞，王瑞廷，周旭亮，潘教青，张冶金，
申请(专利权)人：北京万集科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：