[发明专利]一种基于阵列波导光栅和声光调制光栅的集成激光扫描器

说明书

本发明公开一种基于阵列波导光栅和声光调制光栅的集成激光扫描器，集成激光扫描器包括集成为一体的光增益芯片、聚合物芯片和声光调制芯片，聚合物芯片上设置有移相器、可调布拉格光栅、阵列波导光栅，光增益芯片、移相器和可调布拉格光栅组成波长可调激光器，阵列波导光栅将按激光波长在水平方向上实现出光扫描，阵列波导光栅的输出波导的出光位置等间隔地排列在水平圆周上；声光调制芯片包括圆环型叉指换能器、压电晶体波导和基底，圆环型叉指换能器垂直于阵列波导光栅的输出波导放置。该器件通过片上集成的方式实现小型化，仅需要四对电极分别实现激光器直接调制产生脉冲、激光器波长调节、激光器相位补偿和声光光栅周期调节。

技术领域

本发明涉及激光传感、激光雷达、光电探测领域，具体涉及一种基于阵列波导光栅和声光调制光栅的集成激光扫描器。

背景技术

随着自动驾驶技术的发展，激光雷达的重要性日益凸显，激光雷达通过主动扫描和接收反射光信号感知周围物体的位置，为自动驾驶提供判断依据。集成激光扫描器具有体积小、重量轻和方便调节等优点，是激光雷达的一个重要研究方向。

现有的文献中当用光栅阵列实现波束偏转时，通过对多条光路的相位调节实现垂直于波导阵列方向的偏转，但该方案需要驱动大数量的电极来控制每条光路的相位；当用阶梯状的加热器对波导阵列加热，虽然只需要一对电极即可实现光束在垂直波导阵列方向的偏转，但该方案需要精确控制输出波导间的光相位差以产生平坦的波前，因而对波导阵列和加热器的加工精度要求更高。

另外，有的技术方案仅能实现光束的水平方向的偏转或垂直方向的偏转，若要同时实现水平方向和垂直方向的偏转仍然需要大量的电极和控制输出波导间的光相位差。除了控制电极数量较多，现有方案中都没有集成激光光源，需要外接光源，系统庞大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于阵列波导光栅和声光调制光栅的集成激光扫描器，该扫描器结构小巧、易调控、对输出波导间的相位差不敏感。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种基于阵列波导光栅和声光调制光栅的集成激光扫描器，其特征在于，所述的集成激光扫描器包括集成为一体的光增益芯片、聚合物芯片和声光调制芯片，所述的聚合物芯片上设置有移相器、可调布拉格光栅、阵列波导光栅，所述的光增益芯片、移相器和可调布拉格光栅组成波长可调激光器，实现波长调节并可直接调制产生光脉冲；

所述的阵列波导光栅将按激光波长在水平方向上实现出光扫描，所述的阵列波导光栅的输出波导的出光位置等间隔地排列在水平圆周上；

所述的声光调制芯片包括圆环型叉指换能器、压电晶体波导和基底，所述的圆环型叉指换能器垂直于所述的阵列波导光栅的输出波导放置，对所述的压电晶体波导加射频信号，通过反压电效应产生超声波，改变材料折射率形成光栅，波导光经过光栅后衍射到垂直方向的不同角度，通过改变射频频率调节衍射光偏转角度。

进一步地，所述的聚合物芯片从下到上依次为硅基底、下包层、芯层、上包层，所述的芯层上加工光波导结构，包括直波导、布拉格光栅和阵列波导光栅，在上包层的表面，位于直波导和布拉格光栅的上部均加工有金属加热器，金属加热器上均设置有一对直流电极对；

直波导与其上部的金属加热器、直流电极对组成移相器；

布拉格光栅与其上部的金属加热器、直流电极对组成可调布拉格光栅；

所述的光增益芯片与所述的聚合物芯片端面耦合，所述的光增益芯片和可调布拉格光栅形成激光谐振腔，所述的可调布拉格光栅为前反射镜，所述的光增益芯片的耦合面为抗反射面，与耦合面相对的一面为高反射面；通过所述的光增益芯片直接调制产生光脉冲，所述的可调布拉格光栅作为波长选择反射镜调节激光器的输出波长，所述的移相器用于实现激光器相位补偿。