[发明专利]扫描光束发射器件、激光雷达装置及探测方法

权利要求书

1.一种扫描光束发射器件，包括：

输入波导；

分束波导阵列，与输入波导相连，将输入波导中的光均匀地等分成多路；

一维光调制器阵列，与分束波导阵列相连，对分束波导阵列中的多路光进行相位调制；以及

耦合分束光栅阵列，与一维光调制器阵列相连，将分束波导阵列中的光耦合到自由空间中，输出二维分布且强度均匀的光束阵列，且在一维光调制器阵列的调制下，该光束阵列可沿一维方向扫描；其中包括，

当不对分束波导阵列中的多路光进行相位调制时，耦合分束光栅阵列能在垂直器件表面方向输出二维分布且强度均匀的具有固定角间隔的光束阵列；控制该一维光调制器阵列的输入电压，对分束波导阵列中的多路光进行相位调制，以使得出射光从耦合分束光栅阵列中出射时，光束阵列在耦合分束光栅阵列的光栅阵列排布方向上进行一维扫描。

2.根据权利要求1所述的扫描光束发射器件，其中，所述耦合分束光栅阵列满足：

耦合分束光栅阵列的光栅阵列排布方向与输出的光束阵列的排布方向有一夹角。

3.根据权利要求1所述的扫描光束发射器件，其中：

所述扫描光束发射器件为半导体器件，其材料包括如下材料中的一种或几种：硅、砷化镓、砷化铝、砷化铟、磷化铟、磷化铝、磷化镓、氮化镓、氮化铟、氮化铝或者由其构成的三元/四元化合物；和/或

所述一维光调制器阵列的材料包括以下材料中的一种或几种：硅、锗或三五族半导体；和/或

所述输入波导、分束波导阵列和耦合分束光栅阵列的材料包括以下材料中的一种或几种：硅、氮化硅、氧化硅。

4.根据权利要求1所述的扫描光束发射器件，其中，所述耦合分束光栅阵列输出的光束阵列的分束比介于4×4～64×64之间，覆盖角度范围为±20°～80°。

5.一种激光雷达装置，包括：

激光器，用于提供激光雷达光源；

扫描光束发射器件，与激光器相连，用于将激光器的光分为二维分布且强度均匀的激光束阵列，并可在一维方向扫描；该扫描光束发射器件，包括：

输入波导；分束波导阵列，与输入波导相连，将输入波导中的光均匀地等分成多路；一维光调制器阵列，与分束波导阵列相连，对分束波导阵列中的多路光进行相位调制；以及耦合分束光栅阵列，与一维光调制器阵列相连，将分束波导阵列中的光耦合到自由空间中，输出二维分布且强度均匀的光束阵列，且在一维光调制器阵列的调制下，该光束阵列可沿一维方向扫描；其中包括，

当不对分束波导阵列中的多路光进行相位调制时，耦合分束光栅阵列能在垂直器件表面方向输出二维分布且强度均匀的具有固定角间隔的光束阵列；控制该一维光调制器阵列的输入电压，对分束波导阵列中的多路光进行相位调制，以使得出射光从耦合分束光栅阵列中出射时，光束阵列在耦合分束光栅阵列的光栅阵列排布方向上进行一维扫描；

接收光学系统，用于接收由目标反射的回波信号；以及

阵列探测器，与接收光学系统相连，用于根据回波信号获取目标的三维图像。

6.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其中：

所述阵列探测器为PIN型光电二极管阵列探测器或雪崩光电二极管阵列探测器；和/或

所述阵列探测器的阵元数目与扫描光束发射器件的分束比一致。

7.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其中，所述耦合分束光栅阵列满足：

耦合分束光栅阵列的光栅阵列排布方向与输出的光束阵列的排布方向有一夹角。

8.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其中，所述耦合分束光栅阵列输出的光束阵列的分束比介于4×4～64×64之间，覆盖角度范围为±20°～80°。

9.一种基于权利要求5至8任一项所述的激光雷达装置的激光雷达探测方法，包括：

利用扫描光束发射器件对激光进行分束，并在特定方向上进行一维扫描，获取二维分布且强度均匀的激光束阵列；

向目标发射激光束阵列；

接收目标反射的光学回波信号；以及

将光学回波信号转换为电信号，确定目标的三维图像。