[发明专利]具有单个2D MEMS扫描器的芯片级LIDAR

说明书

LIDAR系统、LIDAR芯片和制造LIDAR芯片的方法。该LIDAR系统包括光子芯片，其配置为发射所发射光束并且接收反射光束；扫描器，其用于将发射光束引导朝向空间中的方向并且从选定方向接收反射光束；以及基于光纤的光学耦合器。该光子芯片和该扫描器被放置在半导体集成平台(SIP)上。该基于光纤的光学耦合器被放置在该光子芯片的顶部以光学地耦合到该光子芯片用于将来自该光子芯片的发射光束引导到该扫描器，并且用于将来自该扫描器的反射光束引导到该光子芯片。

技术领域

本公开涉及LIDAR(光检测和测距)系统，并且具体地涉及一种形成在芯片上的LIDAR系统。

背景技术

LIDAR是一种遥感方法，它使用脉冲或频率或相位调制激光形式的光来测量选定物体的范围和其它参数。LIDAR系统的使用日益地需要减小外形尺寸和具有更轻的重量，同时仍然提供可靠的测量。因此，希望提供一种重量轻且体积小的LIDAR系统。

发明内容

在一个示例性实施例中，公开了一种LIDAR系统。该LIDAR系统包括光子芯片，其配置为发射所发射光束并且接收反射光束；扫描器，其用于将发射光束引导朝向空间中的方向并且从选定方向接收反射光束；以及基于光纤的光学耦合器，其用于将来自该光子芯片的发射光引导到该扫描器并且用于将来自该扫描器的反射光引导到该光子芯片。

除了本文描述的一个或多个特征以外，该基于光纤的光学耦合器进一步包括基于光纤的环行器和基于光纤的准直器。第一光纤提供发射光束从该光子芯片到该基于光纤的环行器的光学传送，而第二光纤提供反射光束从该基于光纤的环行器到光子芯片的光学传送。该光子芯片进一步包括发射器光束边缘或光栅耦合器，其与该第一光纤对准用于将所发射光束发射到该基于光纤的环行器；以及接收器光束边缘或光栅耦合器，其与该第二光纤对准以用于将该反射光束发射到该光子芯片。该光子芯片和扫描器被设置在半导体集成平台上，而该基于光纤的光学耦合器被设置在光子芯片的顶部上。该系统进一步包括处理器，其配置为操作该光子芯片以产生该发射光并且接收与该反射光有关的数据以便确定物体的参数，该物体经由与该发射光的相互作用而产生该反射光。在各种实施例中，光源是分布式布拉格光栅激光二极管，而扫描器是二维微机电(MEMS)扫描器。

在另一示例性实施例中，公开了一种制造LIDAR芯片的方法。该方法包括将光子芯片和扫描器放置在半导体集成平台(SIP)上、将基于光纤的光学耦合器放置在该光子芯片的顶部以光学地耦合到该光子芯片用于将来自该光子芯片的发射光束引导到该扫描器，并且用于将来自该扫描器的反射光束引导到该光子芯片。

除了本文描述的一个或多个特征以外，该基于光纤的光学耦合器进一步包括基于光纤的环行器和基于光纤的准直器。该基于光纤的光学耦合器被放置在该光子芯片的顶部，以经由第一光纤和第二光纤将该基于光纤的环行器光学地耦合到该光子芯片。具体地，该基于光纤的耦合器被沉积在该光子芯片上，使得该光子芯片的发射器光束边缘或光栅耦合器与该第一光纤对准并且该光子芯片的接收器光束边缘或光栅耦合器与该第二光纤对准。通过将该SIP耦合到包括处理器的印刷电路板来将该光子芯片耦合到该处理器。在各种实施例中，该印刷电路板包括模数转换器。

在又一示例性实施例中，公开了一种LIDAR芯片。该LIDAR芯片包括半导体集成平台(SIP)；光子芯片，其耦合到SIP的顶表面并且配置为发射所发射光束并接收反射光束；扫描器，其耦合到该SIP的顶表面并且配置为将发射光束引导朝向空间中的选定方向并从选定方向接收反射光束；以及基于光纤的光学耦合器，其被沉积在该光子芯片的顶部用于将来自该光子芯片的发射光引导到该扫描器并且用于将来自该扫描器的反射光引导到该光子芯片。