專利名稱：利用soi基光電子元件的激光雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種"激光雷達(dá)，，(LIDAR, Light Detection And Ranging) 系統(tǒng)，以及特別涉及一種利用SOI基光電子元件的緊湊的集成激光雷達(dá)系 統(tǒng)，與目前的激光雷達(dá)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)提供了更低的成本和更高的可靠 性。
背景技術(shù)：
已知激光雷達(dá)系統(tǒng)用于大量的不同裝置，包括但不限于被警察用來監(jiān) 視交通速度的"雷達(dá)槍"，地基測量，水下掃描，星載地理制圖裝置，氣 溶膠監(jiān)測及其他用途。激光雷達(dá)系統(tǒng)可以不同類型的光輸出信號為基礎(chǔ)進(jìn) 行操作，包括連續(xù)波(CW )多普勒，脈沖多普勒，CW相移鍵控(CW-PSK )， 脈沖PSK以及其他類型。在一個實施的裝置中，激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射紅外光 短脈沖，以窄波束指向一個選擇的目標(biāo)。該光脈沖撞擊目標(biāo)，并且被典型 反射回激光雷達(dá)設(shè)備。返回的能量被一個光學(xué)接收元件捕獲，并將其從光 能量轉(zhuǎn)換為電信號。 一個高速時鐘用于確定總行程時間，然后可用于計算 到目標(biāo)的距離。為了進(jìn)行速度計算，獲取多個距離(multiplerange),并確 定在短時間期間距離的變化。典型地，警察激光雷達(dá)測速儀和測距儀利用 條型排列激光二極管發(fā)射機，來發(fā)射用于測量到重要射程中目標(biāo)的距離所 需的紅外能量的脈沖。 一個系統(tǒng)能達(dá)到的最大射程與激光發(fā)射的每個脈沖
的能量數(shù)量成比例。這些激光發(fā)射的能量數(shù)量受到出售激光雷達(dá)設(shè)備所在 國家的激光安全MJ'J限制，影響到這些可能使用的i殳備的最大射程。
激光雷達(dá)設(shè)備也開始用于駕駛員輔助情況下的機動車應(yīng)用。典型地， 這些設(shè)備具有一定的觀察范圍和視野來在合適的距離處探測目標(biāo)，比如其 他的機動車，從而釆取任何必需的措施，比如警告駕駛員或改變機動車速 度。為了獲得所需的視野，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)使用兩種方法。 一種現(xiàn)有技術(shù)激 光雷達(dá)系統(tǒng)由一個相控陣組成，該相控陣由一些光學(xué)發(fā)射元件組成，可調(diào) 節(jié)這些光學(xué)發(fā)射元件的相對相位，生成一種相長和相消的光波的輻射方向 圖，通過調(diào)節(jié)單個光學(xué)發(fā)射元件的相位，實現(xiàn)能夠電子操縱的波束。這種 相控陣系統(tǒng)一般非常昂貴，難以在機動車環(huán)境下使用。
在另 一種裝置中，氣溶膠激光雷達(dá)系統(tǒng)可用于探測可能含有生物武器 制劑的氣溶膠云。在這種情況下，利用工作在不同波長的多激光源，產(chǎn)生 光散射數(shù)據(jù)的大型集合，用于生成一個氣溶膠"特征"并確定該氣溶膠的 化學(xué)成分。但是，由于氣溶膠激光雷達(dá)的復(fù)雜性和所需的激光功率水平， 目前的技術(shù)受到距離的限制而且不能很好的適用于野外輕便式探測系統(tǒng)。
在這些和其他環(huán)境下，所以，需要一種相對緊湊輕便但對更加復(fù)雜的 應(yīng)用足夠精確的激光雷達(dá)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了現(xiàn)有技術(shù)中仍然存在的需求，該需求涉及一種"激光雷
達(dá)"(LIDAR)系統(tǒng)，以及特別涉及一種利用SOI基光電子元件的緊湊的 集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，與目前的激光雷達(dá)系統(tǒng)相比，可提供更低的成本和更 高的可靠性。
在本發(fā)明的一種實施方式中， 一個激光雷達(dá)發(fā)射^L和一個激光雷達(dá)接 收機中的各種元件(光學(xué)元件和電子元件兩者)基于絕緣體上硅(SOI) 裝置，集成在一個單獨的;f莫塊中。該SOI裝置包括一個硅襯底， 一個在襯 底上形成的絕緣層("埋氧(buried oxide )，，層)以及一個分布在埋氧層上 的相對薄(通常亞微米厚度)的硅表面層(如現(xiàn)有技術(shù)中涉及到的"SOI
層")。利用部分SOI層以及應(yīng)用眾所周知的CMOS制造工藝(例如制模， 蝕刻，摻雜)形成不同的光學(xué)和電子元件，包括在SOI層上形成附加層， 來提供所需的設(shè)備。 一個激光源本身附屬于SOI裝置并且通過一個集成才莫 塊"i殳備(例如一個馬赫-曾德爾千涉儀，即MZI)連接，來提供掃描激光輸 出信號(例如由一個電子(編碼器)輸入至MZI來控制掃描)。返回的被 反射的光信號被集成在SOI裝置中的一個光電探測器接收，然后在此處轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娦盘枺?jīng)過不同類型的信號處理，以便進(jìn)行所需類型的信號性質(zhì)/ 特征分析。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，該裝置可形成為一個"多芯片模塊 (multi-chip module )"，以及不同的子系統(tǒng)和/或元件集成在分離的硅襯底
下，所有的發(fā)射元件可構(gòu)成在一個"模塊"上，以及所有接收元件構(gòu)成在 另一個"模塊"上；然后這兩個模塊支撐在一個公共襯底上，并與所需的 輸入和輸出光/電信號相連。在另一種情況下，所有這些電子元件(編碼器、 跨阻抗放大器和信號處理器)可在一個襯底上形成，以及這些有源和無源 光學(xué)設(shè)備作為 一個獨立才莫塊形成。
本發(fā)明的一個激光雷達(dá)系統(tǒng)可包括一個分光器和/或光組合器(與SOI 襯底相集成)，允許生成多個獨立的激光輸出信號，所有信號來自于一個 信號輸入激光源以及所有信號作為單片電路裝置形成在單個SOI襯底上。 許多這些SOI襯底可一起使用，提供自動巡航控制(ACC)應(yīng)用所需的多 個激光通道和多個信號處理器。
本發(fā)明的激光雷達(dá)系統(tǒng)的其他和更進(jìn)一步的實施方式和優(yōu)點將在以 下討論和參考附圖期間變得清晰。


現(xiàn)在參考附圖
圖1是一個依照本發(fā)明的一種示例性的激光雷達(dá)系統(tǒng)的等距視圖，該 系統(tǒng)集成在一個SOI基平臺上；
圖2示出了一個示例性激光雷達(dá)系統(tǒng)的光發(fā)射部分，該部分利用了一 個分立激光源和關(guān)聯(lián)的分立準(zhǔn)直透鏡；
圖3示出了一個可選的發(fā)射部分，該部分利用一個分立激光源和一個 集成準(zhǔn)直透鏡，構(gòu)成SOI層的一部分；
圖4示出了一個SOI結(jié)構(gòu)的一部分，形成為包括本發(fā)明的激光雷達(dá)系 統(tǒng)的示例性的馬赫-曾德爾干涉儀部分；
圖5是一個示例性的集成裝置的俯視圖，該裝置用于依照本發(fā)明構(gòu)成 的激光雷達(dá)發(fā)射機；
圖6示出了一個示例性的SOI結(jié)構(gòu)12的一部分，該結(jié)構(gòu)用于構(gòu)成該 激光雷達(dá)接收裝置的一部分；
圖7示出了一個依照本發(fā)明構(gòu)成的示例性的多模塊SOI基激光雷達(dá)系
統(tǒng)；
圖8是本發(fā)明的一個可選的多模塊激光雷達(dá)系統(tǒng)的一個等距視圖9示出了本發(fā)明的一種示例性的寬視野的實施方案；
圖IO示出了可用圖9所示的裝置掃描的整個視野；
圖11示出了一個示例性的寬視野裝置的一種可選的實施方式，該裝置 可依照本發(fā)明構(gòu)成；以及
圖12示出了一個示例性的具有集成自動巡4元控制裝置的汽車防撞系 統(tǒng)，該裝置利用了本發(fā)明的一種集成激光雷達(dá)系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示出了在一個等距^f見圖中一個示例性的激光雷達(dá)系統(tǒng)10，該系統(tǒng) 依照本發(fā)明集成在一個SOI基平臺。在這種特殊的實施方式中，激光雷達(dá) 10的各種元件集成在一個單個SOI結(jié)構(gòu)12中。與以下其它實施例中討論 的一樣，也可利用一種"多"模塊裝置。特別是參照圖1，所示的SOI結(jié) 構(gòu)12包括一個硅襯底14， 一個覆蓋在上面的絕緣層16 (由一個絕緣體材 料構(gòu)成，例如二氧化硅，經(jīng)常^f皮稱作"埋氧"層)，和一個表面硅層18(下
文稱作"SOI"層)，其中SOI層18—般是亞微米厚度。
如圖1所示，激光雷達(dá)系統(tǒng)10包括一個激光雷達(dá)發(fā)射機20和一個激 光雷達(dá)接收機30。激光雷達(dá)發(fā)射機20包括一個激光源22， 一個聚焦透鏡 24， 一個光調(diào)制器26 (例如一個馬赫-曾德爾干涉儀)，具有源自編碼器25 的一個編碼/調(diào)制電輸入，以及一個輸出準(zhǔn)直透鏡28用于將調(diào)制的光輸出 信號從SOI結(jié)構(gòu)10輸出耦合到"自由空間"或其它任何合適的光傳輸介 質(zhì)。來自激光雷達(dá)發(fā)射機20的光輸出信號指向一個待分析的特定物體("目 標(biāo)")。激光雷達(dá)接收機30包括一個用于從目標(biāo)收集足夠的反射并返回的 "自由空間"光信號的接收聚焦透鏡32， 一個用于將接收的光信號轉(zhuǎn)換為 電表示的光電探測器34, —個將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的跨阻抗放大器 36， 一個能夠分析數(shù)字形式的返回信號并生成期望的返回數(shù)據(jù)(例如距離 計算，速度，目標(biāo)物體的特性，或者其它類似)的信號處理器38 (例如一 個預(yù)配置的專用微處理器)。在一些例子中，用于編碼器25的控制信號輸 入C也可作為信號處理器38的輸入，用于實現(xiàn)各通道分配之間的適當(dāng)同 步(即，對"通道1"的發(fā)射輸出信號將與對"通道1"的反射信號相關(guān) 聯(lián)，由信號C控制通道配置)。
在絕大部分情況下，激光源22將包括一個獨立的分立元件，該元件 安置在SOI結(jié)構(gòu)12 ( SOI層18或在其上構(gòu)成的其它層)的上表面40上， 并且(通過有源或無源連接操作)定位以使得其輸出信號通過準(zhǔn)直透鏡24 定向。準(zhǔn)直透鏡24本身可作為一個分立元件，或構(gòu)成在SOI層18中。前 者的裝置如圖2所示，該圖示出了一個示例性的分立激光源22-D和關(guān)聯(lián) 的分立準(zhǔn)直透鏡24-D。示出了分立準(zhǔn)直透鏡24-D沿著由SOI結(jié)構(gòu)12構(gòu)成 的腔17固定，其中調(diào)整透鏡24-D的位置，直到耦合最大數(shù)量的光能到調(diào) 制器26。
后者的裝置如圖3所示，該圖是激光雷達(dá)發(fā)射機20的一部分的俯視 圖，該圖示出了使用分立的激光源22-D,透鏡直接生成在SOI結(jié)構(gòu)12中。 如圖所示，準(zhǔn)直透鏡24-I作為SOI層18的一個集成部分構(gòu)成。在這種情 況下，合適的摻雜以及對于準(zhǔn)直透鏡24-I區(qū)域中SOI層18的所選部分中 的自由載流子分布的電控制將獲得期望的激光源輸出信號的準(zhǔn)直度。
在類似的情況下，調(diào)制器26也可作為SOI結(jié)構(gòu)10的一個集成元件制 造，其中圖4示出了 SOI結(jié)構(gòu)12的一部分，該部分包括一個示例性的由 在SOI層18中構(gòu)成的波導(dǎo)區(qū)組成的馬赫-曾德爾千涉儀26-l，覆蓋在上面 的結(jié)構(gòu)包括兩種分離的材料薄的氧化物層19和多晶硅覆蓋層21。多個 電極23如圖所示布置，并且連接到編碼器25-I，即編碼器25的"集成" 形式(參見圖5)，以便提供到調(diào)制器結(jié)構(gòu)的所需電輸入。代替被直接包含 到SOI結(jié)構(gòu)12中，調(diào)制器26可以在單獨的芯片上制造，此后安裝在SOI 結(jié)構(gòu)12上，并且可選地電連接到其上。
圖5是一個用于本發(fā)明激光雷達(dá)發(fā)射機20的一個示例性的集成裝置 的俯視圖。如圖所示，分立的激光元件22-D用于提供光信號，其后該信 號通過集成透鏡元件24-1。從透鏡24輸出的光信號接入到調(diào)制器26-1的 輸入。由編碼器25-1提供調(diào)制器26-1的電輸入信號("數(shù)據(jù)")，該編碼器 是一個可在SOI結(jié)構(gòu)12中利用眾所周知的CMOS制造工藝構(gòu)成的電子元 件。其后，調(diào)制的輸出信號由輸出集成透鏡28-I校準(zhǔn)，并向一個指定的目 標(biāo)發(fā)射到"自由空間"(或其它合適的光學(xué)傳輸介質(zhì))。
以類似的方式，組成激光雷達(dá)接收機30的各種元件可合并在SOI結(jié) 構(gòu)12中，所以構(gòu)成一個非常緊湊和有效的激光雷達(dá)系統(tǒng)。圖6示出了利 用SOI結(jié)構(gòu)12的一部分構(gòu)成一個示例性的聚焦透鏡32和關(guān)聯(lián)的光電探測 器34。與用于激光雷達(dá)發(fā)射機20的情況一樣，聚焦透鏡32包括一個分立 元件，或者優(yōu)選的，如圖6所示，包括SOI層18的一個集成元件。在一 個示例性的(集成的)光電探測器34結(jié)構(gòu)中， 一層鍺33配置在SOI層18 的一部分上，用于獲取返回/反射的光信號的足夠部分。 一個金屬接點裝置 35與鍺層33相連，然后其中提供一個從光電探測器34到跨阻抗放大器 36 (未示出)的電信號通道。各種其他探測器裝置，包括嵌入式探測器裝 置，分立光電探測裝置，或者利用其他感光材料的集成裝置，可用于替代 這種示例性的鍺探測器。
如上所述，構(gòu)成激光雷達(dá)接收機30的各種元件可構(gòu)成在與用于構(gòu)成 激光雷達(dá)發(fā)射機20相同的襯底中。在一個可選的實施方式中，可實現(xiàn)一 個多^^莫塊裝置。圖7示出了一個這種配置的示例性的構(gòu)造，其中激光雷達(dá)發(fā)射機20構(gòu)成在第一個SOI結(jié)構(gòu)12-T中，并且激光雷達(dá)接收機30構(gòu)成 在第二個SOI結(jié)構(gòu)12-R中。SOI結(jié)構(gòu)12-T和12-R然后安裝在一個公共襯 底平臺120上。如這種實施方式所示， 一個獨立的雷達(dá)激光控制系統(tǒng)50 也安裝在襯底平臺120上，并且用于生成提供給編碼器25的輸入信號以 及分析由信號處理器38生成的返回信號。各種才莫塊可利用現(xiàn)有技術(shù)中眾 所周知的各種已知的技術(shù)相互連接，例如倒裝法連接或直接的引線接合。
圖8是本發(fā)明的一個可選的多模塊激光雷達(dá)系統(tǒng)的等距視圖。在這種 特別的實施方式中，使用以上討論的以及圖5和圖6所示的裝置，該輸入 和輸出光學(xué)元件(激光源22，透鏡24、 28和32，調(diào)制器26和探測器34) 都構(gòu)成在SOI層18中。圖示中隱藏了與激光雷達(dá)發(fā)射機20相關(guān)聯(lián)的各種 光學(xué)元件的位置。在這種實施方式中，完成該系統(tǒng)所需的各種電子元件構(gòu) 成在一個獨立的集成電路芯片200中。特別是，構(gòu)成的電路芯片200包括 編碼器25，跨阻抗放大器36和信號處理器38。如圖所示，電路芯片200 安裝(例如引線連接或倒裝法連接)在一個導(dǎo)電襯底210上，該襯底提供 SOI結(jié)構(gòu)12中的SOI層18和電路芯片200之間的電連接。
如上所述，本發(fā)明所迷的裝置的一個優(yōu)點是能夠?qū)⒏鞣N元件集成到一 個單個襯底上。這種集成允許多個這樣的系統(tǒng)組合并構(gòu)成一個多輸出設(shè) 備，該設(shè)備仍相對緊湊和輕便，仍然能夠覆蓋一個寬視野。圖9示出了本 發(fā)明的一個示例性的寬視野實施方式，該實施方式能夠集成在一個單個 SOI結(jié)構(gòu)12中。與以上討論的裝置一樣。激光雷達(dá)發(fā)射機20包括激光源 22和關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)直透鏡24 (分立或集成在SOI結(jié)構(gòu)12中)。在這種特別的 實施方式中，透鏡24的輸出通過一個光處理器21，并作為輸入施加到1:N 開關(guān)23。光處理器21可包括一個電子編碼器(例如編碼器25)和一個關(guān) 聯(lián)的光調(diào)制器(例如MZI26)，或者對激光源22的輸出施加"嵌入式，，光 編碼的其他任何合適的裝置。當(dāng)然， 一個實施方式可利用激光源22的直 接調(diào)制，因此可消除對獨立的光處理器元件的需求。
在這種實施方式的任何變形中，應(yīng)用該已編碼的光輸出信號為:N光 學(xué)開關(guān)23的一個輸入。如圖9所示，利用光學(xué)開關(guān)23將生成的光信號指 向N有效輸出端口的一個。多個N準(zhǔn)直透鏡28-1， 28-2,……，28-N與
SOI結(jié)構(gòu)12合并，且沿著光學(xué)開關(guān)23的輸出處的獨立的波導(dǎo)通道配置。 光學(xué)開關(guān)23可包括能夠提供光學(xué)切換(一種包括多個串聯(lián)干涉儀元件的 裝置)的任何眾所周知的裝置，其中通過順次激勵開關(guān)，該光輸出信號的 出現(xiàn)可在各個輸出端口中切換。在一種實施方式中，可利用一個時間劃分 切換方案，使得波束以可控、順序的形式"掃過，， 一個整個視野。在這種 裝置中，用于控制光信號切換的控制信號也可應(yīng)用于激光雷達(dá)接收機30 的一個輸入，使得在單獨的發(fā)射波束和單獨的反射信號之間保持相關(guān)性。 圖IO示出了可利用如圖9所示的一種裝置掃描的整個視野。
圖11示出了一個示例性的寬視野裝置的一種可選的實施方式，該裝置 可依照本發(fā)明構(gòu)成。在這種情況下，激光雷達(dá)發(fā)射機20包括一對激光源， 由22-P ("主要")和22-B ("備用")指定，其中激光源22-B只在主要源 22-P失效情況下激勵。與上述裝置類似，每個激光源22具有一個關(guān)Jf關(guān)的 準(zhǔn)直透鏡24 (分立或集成在SOI結(jié)構(gòu)12中)。在這種特別的實施方式中， 應(yīng)用透鏡24-P和24-B的輸出作為一個1:N分光器27的一個輸入，其中劃 分單個輸入信號為多個N個獨立信號，每個信號應(yīng)用作為一個獨立的光處 理器21的一個輸入，如圖ll所示配置。利用每個獨立的光處理器在預(yù)定 義的方向上"操縱"波束，其中通過對多個輸出波束的切換，所示的配置 能夠"掃過" 一個相對寬的視野而無需單個波束的物理切換，如圖9所示 的實施方式所示。盡管沒有特別示出，可知在不同波長處工作的多個光信 號可被利用，以及與多個獨立的波束關(guān)聯(lián)，從而提供一個波長分集 (wavelength diversity)裝置。
圖12示出了一個示例性的汽車防撞系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個利用上述 本發(fā)明的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)的集成自動巡4元控制裝置。在這種情況下，使 用多個獨立的激光雷達(dá)系統(tǒng)10-1，……，IO-N，并放置在汽車的不同分散 的位置。由于本發(fā)明的集成優(yōu)點使得該系統(tǒng)10相對小，所以其不需要大 的空間或從機動車電池中獲取大量能量。每個獨立的激光雷達(dá)系統(tǒng)10恒 定執(zhí)行掃描操作，將返回的信息從信號處理器36饋送到汽車中一個中央 處理器100。通過對比返回的數(shù)據(jù)，以及其他來源的輸入數(shù)據(jù)，例如一個 雷達(dá)系統(tǒng)105，中央處理器100可執(zhí)行多項功能，例如通過一個人/機界面
110警告駕駛員臨i^^並撞。當(dāng)需要時，提供給中央處理器100的信息可傳
送給一個巡航控制才莫塊120,以進(jìn)行自動脫離該巡航控制處理?？蛇M(jìn)行其
他各種選擇并且認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
可知上述裝置僅僅是示例性的多種可能的特殊的實施方式，該實施方 式可表示本發(fā)明原理的應(yīng)用。不違背本發(fā)明的精神和范圍，大量和各種各 樣的其他裝置可由本領(lǐng)域技術(shù)人員依照這些理論進(jìn)行設(shè)計。
權(quán)利要求
1. 一種構(gòu)成在絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)中的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，該集成激光雷達(dá)系統(tǒng)包括激光雷達(dá)發(fā)射機，其配置在所述SOI結(jié)構(gòu)上，并包括激光源、與所述激光源輸出相耦合的聚焦透鏡、配置成用于接收來自所述聚焦透鏡的聚焦輸出的光調(diào)制器及配置在所述光學(xué)調(diào)制器輸出上的準(zhǔn)直透鏡，該準(zhǔn)直透鏡用于輸出耦合來自所述SOI結(jié)構(gòu)的光信號并將所述光信號指向一個預(yù)定目標(biāo)，所述激光雷達(dá)發(fā)射機更進(jìn)一步包括在所述SOI結(jié)構(gòu)的表面硅層中構(gòu)成的光波導(dǎo)，其用于提供所述激光源、聚焦透鏡、光調(diào)制器和準(zhǔn)直透鏡之間的耦合；以及激光雷達(dá)接收機，其配置在所述SOI結(jié)構(gòu)上，并包括用于接收來自所述預(yù)定目標(biāo)的反射信號的聚焦透鏡、配置成用于截取由所述聚焦透鏡俘獲的聚焦光信號并生成電輸出信號的光電探測器，以及用于分析所生成的所述電輸出信號和確定關(guān)于所述預(yù)定目標(biāo)的信息的信號處理裝置。
2. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機中的所述的聚焦透鏡和所述準(zhǔn)直透鏡集成在所迷SOI結(jié)構(gòu)中并構(gòu)成在 所迷SOI結(jié)構(gòu)的所述表面硅層中。
3. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機中的所迷光調(diào)制器的至少一部分集成在所述SOI結(jié)構(gòu)的所述表面硅層 中。
4. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機中的所述光調(diào)制器包括集成在所述SOI結(jié)構(gòu)中的馬赫-曾德爾千涉儀 和相關(guān)聯(lián)的電子編碼器，所述電子編碼器用于提供電調(diào)制信號給所述馬赫 -曾德爾干涉儀來控制來自所迷千涉儀的光輸出信號的調(diào)制。
5. 如權(quán)利要求4中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機中的所述電子編碼器集成在所述SOI結(jié)構(gòu)中。
6. 如權(quán)利要求4中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機中的所述電子編碼器構(gòu)成在獨立的集成電路模塊中，所述獨立的集成 電鴻4莫塊電連接到所述SOI結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機中的所述聚焦透鏡集成在所述SOI結(jié)構(gòu)中并構(gòu)成在其所述表面硅層 中。
8. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機中的所述光電探測器集成在所述SOI結(jié)構(gòu)中并構(gòu)成在所述SOI結(jié)構(gòu)的 所述表面硅層中。
9. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)接 收機的所述光電探測器包括獨立的分立元件，所述元件沿著所述SOI結(jié)構(gòu) 的所述表面硅層配置，并光耦合到所述SOI結(jié)構(gòu)的所述表面硅層。
10. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機集成在第一 SOI模塊中，并且所述激光雷達(dá)接收機集成在第二 SOI模 塊中，所述第一SOI^^塊和所述第二SOI模塊安裝在公共硅襯底上，從而 構(gòu)成所述SOI結(jié)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機更進(jìn)一步包括除了所述的光調(diào)制器之外配置的1:N的光學(xué)開關(guān)，以及 多個N輸出光波導(dǎo)，所述1 :N光學(xué)開關(guān)用于將所發(fā)射的輸出信號沿著所述 多個N輸出光波導(dǎo)中的各個輸出光波導(dǎo)導(dǎo)向，導(dǎo)向所輸出的所述光信號跨 越多個、N個預(yù)定目標(biāo)區(qū)域。
12. 如權(quán)利要求ll中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述l:N光學(xué)開 關(guān)是一個集成開關(guān)，所述開關(guān)構(gòu)成在至少所述SOI結(jié)構(gòu)的所述表面硅層中。
13. 如權(quán)利要求1中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述激光雷達(dá)發(fā) 射機更進(jìn)一步包括除了所述光調(diào)制器之外配置的1:N的分光器，以及多個 N輸出光波導(dǎo)，其中所述l:N分光器將所述光信號的一部分耦合到所述多 個N輸出光波導(dǎo)中的每一個，從而產(chǎn)生寬視野的光輸出信號。
14. 如權(quán)利要求13中所述的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)，其中所述l:N分光 器是構(gòu)成在至少所述SOI結(jié)構(gòu)的所述表面硅層中的集成分配器。
全文摘要
一種緊湊的集成激光雷達(dá)系統(tǒng)利用SOI基光電子元件，與目前的激光雷達(dá)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)提供了更低的成本和更高的可靠性。優(yōu)選地，SOI基激光雷達(dá)發(fā)射機和SOI基激光雷達(dá)接收機(光學(xué)元件和電子元件兩者)集成在一個模塊中。利用部分該SOI層以及應(yīng)用眾所周知的CMOS制造工藝(例如制模，蝕刻，摻雜)構(gòu)成各種光學(xué)和電子元件，包括在SOI層上形成附加層來提供所需的設(shè)備。激光源本身附屬于SOI裝置并且通過集成模塊設(shè)備(例如馬赫-曾德爾干涉儀，即MZI)與其連接，來提供該掃描激光輸出信號(例如由一個電子(編碼器)輸入至MZI來控制掃描)。返回的被反射的光信號被集成在SOI裝置中的光電探測器接收，然后在此處轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)過各種類型的信號處理，以便進(jìn)行所需類型的信號性質(zhì)/特征分析。
文檔編號G01P3/36GK101395480SQ200780003496
公開日2009年3月25日 申請日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者大衛(wèi)·佩德, 維賈伊·阿爾布克爾克 申請人:斯歐普迪克爾股份有限公司