[发明专利]具有电光射束转向的低成本和紧凑的光学相控阵列

说明书

装置具有波导输入以接收光。光学分路器连接到波导输入以形成分路信号。波导的阵列接收分路信号。相位调谐区域包括围绕波导的阵列的包覆内的电极。相位调谐区域在相位调谐控制电路的控制下产生电光效应，该相位调谐控制电路向电极施加电场以在波导的阵列内呈现相位差分路信号。输出阵列波导基于相位差分路信号之间的相对相位差将相位差分路信号作为转向射束发射。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月3日提交的美国专利申请No.15/342,958的优先权，该美国专利申请的内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及使用飞行时间(ToF)LIDAR传感器的环境感测领域。更具体地，本发明为具有电光射束转向的低成本和紧凑的光学相控阵列ToF LIDAR传感器。

背景技术

光学相控阵列(OPA)已被研究用于操纵小的射束(例如，激光束)。OPA代表发展良好的射频(RF)对应物的演进。若干组研究了基于各种技术(诸如液晶(LC)、微机电系统(MEMS)和光波导设备)的光学相控阵列。

OPA的一个应用是用于汽车部件的光检测和测距(LIDAR)传感器。例如，位于汽车上的LIDAR传感器在运动的同时收集其周围物体的信息。收集的信息表征汽车周围的实时事件。期望LIDAR传感器转向宽的扫描角度，诸如50度或更大，而发散角需要小(例如，在1mrad的量级)以最小化射束扫描的斑点尺寸。还期望这种类型的传感器足够紧凑以不妨碍汽车外观。优选地，没有与传感器相关联的移动部件。进一步地，用于汽车应用的任何设备需要最小的功耗和低成本。

实现OPA的一种方式是基于平面光波电路(PLC)，在该平面光波电路(PLC)中射束被限制在波导内。美国专利5,233,673公开了使用铌酸锂的电光材料。这种设计基于输入波导(在该输入波导中激光耦合到一对多分路器中)和输出波导的阵列(在该输出波导的阵列中相位被控制)。这种设计在转向角方面具有实际限制，因为输出波导的阵列处的通道间隔是有限的。即，需要相对大的输出通道间隔以最小化电串扰。而且，在批量制造和总体成本方面，铌酸锂波导可能不是最好方法。

基于硅波导芯片的光学相控阵列是已知的。这些设计基于输入波导(在该输入波导中激光耦合到一对多分路器中)、相位偏移器、以及面外发射光的光栅耦合器的阵列。相位调谐的位置已与输出波导的阵列分开，这使得能够实现窄的通道间隔，并且等效地实现高达51°的更宽的转向角。而且，通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的使用获得低制造成本。然而，这些技术使用加热器以在波导的阵列之间产生相对相位差。即，射束转向对每个通道要求加热器功率。因此，这种技术要求热管理。此外，在汽车应用中总体功耗可能是困难的。

发明内容

装置具有波导输入以接收光。光学分路器连接到波导输入以形成分路信号。波导的阵列接收分路信号。相位调谐区域包括围绕波导的阵列的包覆内的电极。相位调谐区域在相位调谐控制电路的控制下产生电光效应，该相位调谐控制电路向电极施加电场以在波导的阵列内呈现相位差分路信号。输出阵列波导基于相位差分路信号之间的相对相位差将相位差分路信号作为转向射束发射。

附图说明

结合以下结合附图进行的详细描述，更全面地理解本发明，其中：

图1为根据本发明的实施例配置的光学相位阵列的顶视图。

图2为根据本发明的实施例配置的光学相位阵列的截面图。

图3为根据本发明的实施例配置的光学相位阵列的截面图。

贯穿附图的若干视图，同样的附图标记指代对应的部分。

具体实施方式