【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
专利
本专利技术总体上涉及用于光学感测和成像的设备和方法，且特别涉及集成光子设备和包含这种设备的系统。
技术介绍
0、背景
1、在许多光学感测应用中，通过一束或多束光束在目标上辐照多个点，并且来自每个点的反射辐射被处理以分析目标的特性。在一些应用中，诸如光学相干层析成像(oct)和cw lidar，相干光束朝向目标发射，并且反射辐射与所发射的辐射相干地被感测和处理。为了以高分辨率感测目标的特性，应该通过在感兴趣区域内扫描发射的光束或者通过同时发射和感测多个光束的阵列来密集地探测该区域。然而，扫描解决方案通常遭遇低通量。发射器和接收器的阵列可以提高通量，但是它们的分辨率受到阵列的间距的限制，而阵列的间距又受到发射器和接收器本身尺寸的限制。
2、在本说明书和权利要求中使用的术语“光学(optical)”、“光(light)”和“光辐射(optical radiation)”是指可见、红外和紫外光谱范围中的任何一个范围内的电磁辐射。
技术实现思路
0、概述
1、下文描述的本专利技术的实施例提供了用于光学感测的改进的系统、设备和方法。
2、因此，根据本专利技术的实施例，提供了一种光电装置，该光电装置包括：载体衬底和双折叠式反射镜，该双折叠式反射镜被安装在该载体衬底上，并且包括相对于该载体衬底的法线以对角设置的第一反射表面和第二反射表面。多个相同的光子集成电路(pic)各自包括：平面衬底；光收发器单元的阵列，该光收发器单元的阵列被设置在该
3、在公开的实施例中，双折叠式反射镜具有三角形轮廓，其中，第一反射表面和第二反射表面分别以相对于法线的+45°和-45°取向。
4、附加地或替代地，每个pic中的边缘耦合器沿着边缘设置，在边缘耦合器之间具有预定义间距，并且，第一pic和第二pic被设置在载体衬底上，使得第一pic上的边缘耦合器相对于第二pic上的边缘耦合器移位该预定义间距的一半。
5、在一些实施例中，每个pic包括：中心区域，在该中心区域中，边缘耦合器沿着边缘设置，其中边缘耦合器之间具有第一间距；在中心区域的第一侧处的第一外围区域，在该第一外围区域中，没有边缘耦合器沿着边缘设置；以及在中心区域的与第一侧相对的第二侧处的第二外围区域，在该第二外围区域中，边缘耦合器以第二间距设置，该第二间距比第一间距更精细(finer)。在公开的实施例中，第二间距是第一间距的一半。
6、附加地或替代地，多个相同的pic包括：第三pic，该第三pic与第一pic并排设置在载体衬底上，使得第三pic的边缘靠近第一反射表面；以及第四pic，该第四pic相对于第一pic旋转180°并且与第二pic并排设置在载体衬底上，使得该第四pic的边缘靠近第二反射表面。
7、典型地，光分配树包括设置在平面衬底上的波导和交换机的网络。
8、在一些实施例中，光收发器单元被配置为：引导相干辐射通过相应的边缘耦合器，经由双折叠式反射镜朝向目标；经由双折叠式反射镜，通过相应边缘耦合器接收来自目标的光辐射；将相干辐射的一部分与通过边缘耦合器接收的光辐射混合；并且响应于所混合的辐射输出电信号。典型地，边缘耦合器限定光收发器单元的相应的光学孔径，并且，该装置包括一个或更多个光学元件，该一个或更多个光学元件被配置为将光学孔径成像到目标上，从而限定光收发器单元的相应的视场。在公开的实施例中，装置包括扫描仪，该扫描仪被配置为在目标上扫描光收发器单元的视场。
9、根据本专利技术的实施例，还提供了一种光电设备，该光电设备包括：平面衬底和光收发器单元的阵列，该光收发器单元的阵列被设置在衬底上。每个收发器单元包括光换能器，该光换能器被配置成在收发器单元和在衬底外部的目标之间耦合光辐射。光分配树包括由波导互连的、被设置在衬底上的交换机的分层网络，并且被耦合以将相干辐射从辐射源传送到光收发器单元。分层网络至少包括具有第一交换时间的第一交换机的第一层和具有不同于该第一交换时间的第二交换时间的第二交换机的第二层。控制器被配置为致动交换机，以便选择光收发器单元的不同子组以在不同时间从辐射源接收相干辐射。
10、在一些实施例中，第一层中的每个第一交换机具有至少两个第一输出，该至少两个第一输出分别耦合到第二层中的第二交换机中的至少两个第二交换机，而第二层中的每个第二交换机具有耦合到收发器单元的至少两个第二输出，并且，第一交换时间短于第二交换时间。在公开的实施例中，光收发器单元和第二交换机按第一分组和第二分组布置在衬底的不同的相应的第一区域和第二区域中，并且，波导将第一交换机和第二交换机互连，使得每个第一交换机的第一输出中的一个第一输出耦合到收发器单元和第二交换机的第一分组，而每个第一交换机的第一输出中的另一个第一输出耦合到收发器单元和第二交换机的第二分组。
11、在一些实施例中，设备包括扫描仪，该扫描仪被配置为在目标上扫描光收发器单元的相应的视场，其中，控制器被配置为致动交换机，以便选择光收发器单元的不同子组来在扫描仪在目标上的不同扫频(sweep)期间，朝向目标传送相干辐射。在一个实施例中，在目标上扫描光收发器单元的相应的视场限定在目标上的多条相应的扫描线，其中，第一交换时间短于第二交换时间，并且其中，控制器被配置为致动第一交换机，以便在目标上的每次扫频中，激活扫描线的不同分组。附加地或替代地，控制器被配置为致动交换机，以便选择性地在目标上的感兴趣区域中激活扫描线。
12、在公开的实施例中，控制器被配置为处理由收发器单元输出的信号以产生目标的三维(3d)图。
13、交换机包括热光交换机。
14、根据本专利技术的实施例，提供了一种热光交换机，该热光交换机包括：干涉仪，该干涉仪包括具有相应的输入端和输出端的第一波导和第二波导；以及第一加热器和第二加热器，该第一加热器和第二加热器被配置为分别加热第一波导和第二波导。分光器被耦合以接收相干光信号并将该光信号输入到第一波导和第二波导两者的输入端。混合器被耦合以接收和混合来自第一波导和该第二波导的输出端的光信号，并且根据第一波导和第二波导之间的相移，将所混合的光信号引导到交换机的第一输出或第二输出。控制器被耦合以控制第一加热器和该第二加热器，以便在第一输出和该第二输出之间交换混合的光信号。
15、在一些实施例中，控制器被配置为交替地驱动第一加热器和该第二加热器，以在第一输出和第二输出之间切换(toggle)混合的光信号。在公开的实施例中，控制器被配置为在每次切换输出时，利用包括预加重脉冲的电压波形来驱动第一加热器和第二加热器。附加地或本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光电装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述双折叠式反射镜具有三角形轮廓，其中，所述第一反射表面和所述第二反射表面分别以相对于所述法线的+45°和-45°取向。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，每个PIC中的边缘耦合器沿着边缘设置，在所述边缘耦合器之间具有预定义间距，并且其中，所述第一PIC和所述第二PIC被设置在所述载体衬底上，使得所述第一PIC上的边缘耦合器相对于所述第二PIC上的边缘耦合器移位所述预定义间距的一半。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，每个PIC包括：
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二间距是所述第一间距的一半。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个相同的PIC包括：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述光分配树包括设置在所述平面衬底上的波导和交换机的网络。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述光收发器单元被配置为：引导相干辐射通过相应的边缘耦合器，经由所述双折叠式反射镜朝向目标；经由所述双折叠式反射
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述边缘耦合器限定所述光收发器单元的相应的光学孔径，并且其中，所述装置包括一个或更多个光学元件，所述一个或更多个光学元件被配置为将所述光学孔径成像到所述目标上，从而限定所述光收发器单元的相应的视场。
10.根据权利要求9所述的装置，并且包括扫描仪，所述扫描仪被配置为在所述目标上扫描所述光收发器单元的视场。
11.一种光电设备，包括：
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一层中的每个第一交换机具有至少两个第一输出，所述至少两个第一输出分别耦合到所述第二层中的所述第二交换机中的至少两个第二交换机，而所述第二层中的每个第二交换机具有耦合到所述收发器单元的至少两个第二输出，并且其中，所述第一交换时间短于所述第二交换时间。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述光收发器单元和所述第二交换机按第一分组和第二分组被布置在所述衬底的不同的相应的第一区域和第二区域中，并且其中，所述波导将所述第一交换机和所述第二交换机互连，使得每个第一交换机的所述第一输出中的一个第一输出耦合到所述收发器单元和所述第二交换机的所述第一分组，而每个第一交换机的所述第一输出中的另一个第一输出耦合到所述收发器单元和所述第二交换机的所述第二分组。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，并且包括扫描仪，所述扫描仪被配置为在所述目标上扫描所述光收发器单元的相应的视场，其中，所述控制器被配置为致动所述交换机，以便选择所述光收发器单元的不同子组来在所述扫描仪在所述目标上的不同扫频期间，朝向所述目标传送所述相干辐射。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，在所述目标上扫描所述光收发器单元的相应的视场限定在所述目标上的多条相应的扫描线，其中，所述第一交换时间短于所述第二交换时间，并且其中，所述控制器被配置为致动所述第一交换机，以便在所述目标上的每次扫频中，激活所述扫描线的不同分组。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，在所述目标上扫描所述光收发器单元的相应的视场限定在所述目标上的多条相应的扫描线，并且其中，所述控制器被配置为致动所述交换机，以便选择性地在所述目标上的感兴趣的区域中激活所述扫描线。
17.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为处理由所述收发器单元输出的信号以产生所述目标的三维(3D)图。
18.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其中，所述交换机包括热光交换机。
19.一种热光交换机，包括：
20.根据权利要求19所述的交换机，其中，所述控制器被配置为交替地驱动所述第一加热器和所述第二加热器，以在所述第一输出和所述第二输出之间切换所述混合的光信号。
21.根据权利要求20所述的交换机，其中，所述控制器被配置为在每次切换所述输出时，利用包括预加重脉冲的电压波形来驱动所述第一加热器和所述第二加热器。
22.根据权利要求20所述的交换机，其中，所述控制器被配置为以相应的电压驱动所述第一加热器和所述第二加热器，所述相应的电压使得所述第一波导和所述第二波导的相应的温度在所述第一输出和所述第二输出之间的切换的多个循环内连续地增加。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种光电装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述双折叠式反射镜具有三角形轮廓，其中，所述第一反射表面和所述第二反射表面分别以相对于所述法线的+45°和-45°取向。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，每个pic中的边缘耦合器沿着边缘设置，在所述边缘耦合器之间具有预定义间距，并且其中，所述第一pic和所述第二pic被设置在所述载体衬底上，使得所述第一pic上的边缘耦合器相对于所述第二pic上的边缘耦合器移位所述预定义间距的一半。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，每个pic包括：
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二间距是所述第一间距的一半。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个相同的pic包括：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述光分配树包括设置在所述平面衬底上的波导和交换机的网络。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述光收发器单元被配置为：引导相干辐射通过相应的边缘耦合器，经由所述双折叠式反射镜朝向目标；经由所述双折叠式反射镜，通过所述相应的边缘耦合器接收来自所述目标的光辐射；将所述相干辐射的一部分与通过所述边缘耦合器接收的所述光辐射混合；并且响应于所混合的辐射输出电信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述边缘耦合器限定所述光收发器单元的相应的光学孔径，并且其中，所述装置包括一个或更多个光学元件，所述一个或更多个光学元件被配置为将所述光学孔径成像到所述目标上，从而限定所述光收发器单元的相应的视场。
10.根据权利要求9所述的装置，并且包括扫描仪，所述扫描仪被配置为在所述目标上扫描所述光收发器单元的视场。
11.一种光电设备，包括：
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一层中的每个第一交换机具有至少两个第一输出，所述至少两个第一输出分别耦合到所述第二层中的所述第二交换机中的至少两个第二交换机，而所述第二层中的每个第二交换机具有耦合到所述收发器单元的至少两个第二输出，并且其中，所述第一交换时间短于所述第二交换时间。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述光收发器单元和所述第二交换机按第一分组和第二分组被布置在所述衬底的不同的相应的第一区域和第二区域中，并且其中，所述波导将所述第一交换机和所述第二交换机互连，使得每个第一交换机的所述第一输出中的一个第一输出耦合到所述收发器单元和所述第二交换机的所述第一分组，而每个第一交换机的所述第一输出中的另一个第一输出耦合到所述收发器单元和所述第二交换机的所述第二分组。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，并且包括扫描仪，所述扫描仪被配置为在所述目标上扫描所述光收发器单元的相应的视场，其中，所述控制器被配置为致动所述交换机，以便选择所述光收发器单元的不同子组来在所述扫描仪在所述目标上的不同扫频期间，朝向所述目标传送所述相干辐射。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，在所述目标上扫描所述光收发器单元的相应的视场限定在所述目标上的多条相应的扫描线，其中，所述第一交换时间短于所述第二交换时间，并且其中，所述控制器被配置为致动所述第一交换机，以便在所述目标上的每次扫频中，激活所述扫描线的不同分组。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，在所述目标上扫描所述光收发器单元的相应的视场限定在所述目标上的多条相应的扫描线，并且其中，所述控制器被配置为致动所述交换机，以便选择性地在所述目标上的感兴趣的区域中激活所述扫描线。
17.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为处理由所述收发器单元输出的信号以产生所述目标的三维(3d)图。
18.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其中，所述交换机包括热光交换机。
19.一种热光交换机，包括：
20.根据权利要求19所述的交换机，其中，所述控制器被配置为交替地驱动所述第一加热器和所述第二加热器，以在所述第一输出和所述第二输出之间切换所述混合的光信号。
21.根据权利要求20所述的交换机，其中，所述控制器被配置为在每次切换所述输出时，利用包括预加重脉冲的电压波形来驱动所述第一加热器和所述第二加热器。
22.根据权利要求20所述的交换机，其中，所述控制器被配置为以相应的电压驱动所述第一加热器和所述第二加热器，所述相应的电压使得所述第一波导和所述第二波导的相应的温度在所述第一输出和所述第二输出之间的切换的多个循环内连续地增加。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的交换机，其中，所述控制器包括第一数字/模拟转换器(dac)和第二数字/模拟转换器，所述第一数字/模拟转换器和所述第二数字/模拟转换器被配置为响应于相应的数字输入而向所述第一加热器和所述第二加热器施加相应的电压。
24.一种光束移位器，包括：
25.根据权利要求24所述的光束移位器，并且包括定向偏振旋转器，所述定向偏振旋转器在所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间，与所述双折射材料一起，所述定向偏振旋转器被配置为使沿给定方向穿过所述定向偏振旋转器的光的偏振旋转90°，而不使沿相反方向穿过所述定向偏振旋转器的光的偏振旋转。
26.根据权利要求25所述的光束移位器，其中，所述偏振旋转器包括法拉第旋转器和半波片。
27.根据权利要求25所述的光束移位器，其中，所述双折射材料的一层或更多层包括与所述第一微透镜阵列相邻的第一层和与所述第二微透镜阵列相邻的第二层，
28.根据权利要求27所述的光束移位器，其中，所述双折射材料的所述第一层和所述第二层被取向成使得所述第一层和所述第二层两者使所述第一偏振的光在相同方向上横向移位。
29.根据权利要求27所述的光束移位器，其中，所述双折射材料的所述第一层和所述第二层被取向成使得所述第一层和所述第二层使所述第一偏振的光在相反方向上横向移位。
30.一种光学装置，包括：
31.根据权利要求30所述的装置，其中，所述光耦合器包括边缘耦合器。
32.根据权利要求31所述的装置，并且包括转向镜，所述转向镜被设置在所述边缘耦合器和设备之间。
33.根据权利要求30所述的装置，其中，所述光耦合器包括被设置在所述pic的表面上的竖直耦合器。
34.根据权利要求33所述的装置，其中，所述竖直耦合器被设置在所述pic的所述表面上的位置的二维矩阵中，并且其中，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列包括与所述竖直耦合器的二维矩阵对准的微透镜的二维阵列。
35.一种光学装置，包括：
36.根据权利要求35所述的光束移位器，并且包括定向偏振旋转器，所述定向偏振旋转器在所述微透镜阵列和所述pic之间，与所述双折射材料一起，所述定向偏振旋转器被配置为使沿给定方向穿过所述定向偏振旋转器的光的偏振旋转90°，而不使沿相反方向穿过所述定向偏振旋转器的光的偏振旋转。
37.根据权利要求36所述的光束移位器，其中，所述偏振旋转器包括法拉第旋转器和半波片。
38.根据权利要求36或37所述的光束移位器，其中，所述双折射材料的一层或更多层包括与所述第一微透镜阵列相邻的第一层和与所述pic相邻的第二层，
39.光学装置，包括：
40.一种光学设备，包括：
41.根据权利要求40所述的设备，并且包括偏振旋转器，所述偏振旋转器被设置在所述衬底上并且被耦合以从所述第二波导接收所述tm偏振分量并且将所述tm偏振分量转换为te偏振。
42.一种信号处理装置，包括：
43.根据权利要求42所述的装置，其中，所述处理电路被配置为通过将所述数字数据流变换到频域并且识别经变换的数据流中的相应的一对峰来将所述数字数据流解复用到所述多个频率信道中，所述相应的一对峰被分开每个单元的相应调制频率的两倍。
44.根据权利要求42所述的装置，其中，所述相干检测单元中的每一个包括相应的第一混合器和第二混合器，所述第一混合器和所述第二混合器被配置为将所述相应的拍频信号与相应的第一载波和第二载波混合，所述相应的第一载波和第二载波处于不同的相应的第一调制频率和第二调制频率，使得所述相干检测单元输出相应的第一经调制信号和第二经调制信号，其中在由所述相干检测单元中的每一个输出的所述第一经调制信号和所述第二经调制信号之间具有不同的相应的频率差，并且
45.根据权利要求44所述的装置，其中，所述模拟加法器包括第一加法器和第二加法器，所述第一加法器和所述第二加法器分别被耦合以对分别由所述相干检测单元中的所述第一混合器和所述第二混合器输出的所述第一经调制信号和所述第二经调制信号求和，并且
46.一种光学装置，包括：
47.根据权利要求46所述的装置，其中，所述转向镜具有相应的反射表面，所述相应的反射表面相对于安装在所述第一衬底的所述上表面上的所述第二衬底的下表面倾斜45°。
48.根据权利要求46所述的装置，其中，所述第一衬底和所述第二衬底包括半导体材料，所述半导体材料被图案化和蚀刻以产生所述pic和所述转向镜。
49.根据权利要求46至48中任一项所述的装置，其中，所述第一衬底被图案化以在所述pic之间限定腔，其中所述边缘耦合器与所述腔中相应的腔相邻，并且
50.一种用于生产光电设备的方法，所述方法包括：
51....
【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔曼·哈贾蒂，尤沃·格森，亚当·斯科菲尔德，安德鲁·萨顿，马阳进，亚历山大·什蓬特，
申请(专利权)人：莱特人工智能公司，
类型：发明
国别省市：
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