本公開(kāi)涉及一種光學(xué)發(fā)射器裝置，特別地，涉及一種被用在光檢測(cè)和測(cè)距(lidar：light?detection?and?ranging)系統(tǒng)中的光學(xué)發(fā)射器裝置。

背景技術(shù)：

1、芯片上光子系統(tǒng)(芯片上光子系統(tǒng))可以輕松地將諸如激光器、檢測(cè)器和開(kāi)關(guān)等組件緊湊地且低成本地進(jìn)行集成；然而，為了實(shí)現(xiàn)波束成形和二維波束轉(zhuǎn)向，芯片上光子系統(tǒng)需要消耗大量的電力，并且芯片上光子系統(tǒng)在架構(gòu)上可能是很復(fù)雜的。另一方面，如果使用自由空間光學(xué)系統(tǒng)(free?space?optics)，例如透鏡和反射鏡等，則在架構(gòu)上將會(huì)是簡(jiǎn)單的、并且對(duì)于波束成形和波束轉(zhuǎn)向?qū)?huì)是有功率效率的，但是諸如激光器、接收器和開(kāi)關(guān)等其他分立組件是體積龐大的、且與它們的芯片上同類產(chǎn)品相比而言是更昂貴的。在需要極高分辨率或每秒點(diǎn)數(shù)的苛刻應(yīng)用中，前述那些問(wèn)題就導(dǎo)致了如下的兩種系統(tǒng)：一種系統(tǒng)是完全由自由空間元件(即，多個(gè)激光器、檢測(cè)器和開(kāi)關(guān))構(gòu)成的體積龐大且成本高昂的lidar系統(tǒng)，另一種系統(tǒng)是由純集成光子系統(tǒng)(例如，光學(xué)相控陣列(opa：optical-phased-array))構(gòu)成的耗電量大、視場(chǎng)角有限且信噪比(snr：signal-to-noise?ratio)低的lidar(激光雷達(dá))系統(tǒng)。本公開(kāi)說(shuō)明了一種低成本且緊湊的混合lidar系統(tǒng)架構(gòu)，在該架構(gòu)中組合了上述兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即：光子芯片將激光器、檢測(cè)器和開(kāi)關(guān)集成起來(lái)，而且自由空間光子系統(tǒng)(例如，反射鏡和透鏡等)被用于波束轉(zhuǎn)向和波束成形。

2、芯片上光子系統(tǒng)中所使用的熱光開(kāi)關(guān)(thermo-optic?switch)的緩慢響應(yīng)時(shí)間是當(dāng)實(shí)現(xiàn)超快光束轉(zhuǎn)向時(shí)的一個(gè)重大限制因素。芯片上opa(光學(xué)相控陣列)也遭受了高的插入損耗，所述高的插入損耗會(huì)導(dǎo)致高的電力消耗、低的幀速率和低的信噪比。

3、一維opa也需要波長(zhǎng)調(diào)諧以在二維上進(jìn)行光束轉(zhuǎn)向。波長(zhǎng)調(diào)諧范圍通常在幾十或幾百納米內(nèi)，以便獲得超過(guò)30°的視場(chǎng)角(fov：field-of-view)。然而，(用于fmcw激光雷達(dá)的)具有窄線寬(narrow?linewidth)的寬帶寬(wide?bandwidth)可調(diào)諧激光器是難以設(shè)計(jì)和制造的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，第一裝置包括光學(xué)發(fā)射器裝置，所述光學(xué)發(fā)射器裝置包括：

2、第一發(fā)射器陣列，其包括多個(gè)第一點(diǎn)發(fā)射器，各個(gè)第一點(diǎn)發(fā)射器被構(gòu)造為發(fā)射相應(yīng)的第一輸出光束，并且被構(gòu)造為接收相應(yīng)的第一輸入光束；

3、第一透鏡系統(tǒng)，其被構(gòu)造為基于各個(gè)第一點(diǎn)發(fā)射器的相對(duì)于第一透鏡系統(tǒng)的第一光軸的位置來(lái)成形和導(dǎo)向各個(gè)第一輸出光束和各個(gè)第一輸入光束；和

4、旋轉(zhuǎn)反射器，其被構(gòu)造為與第一光軸成一角度地向外重新導(dǎo)向各個(gè)第一輸出光束，并且被構(gòu)造為朝向第一發(fā)射器陣列重新導(dǎo)向各個(gè)第一輸入光束。

技術(shù)特征：

1.一種光學(xué)發(fā)射器裝置，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，第一發(fā)射器陣列位于與所述旋轉(zhuǎn)反射器的旋轉(zhuǎn)軸大致平行的第一面內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，第一透鏡系統(tǒng)的第一光軸位于第二平面內(nèi)，第二平面與第一面垂直且與所述旋轉(zhuǎn)反射器的旋轉(zhuǎn)軸正交。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)反射器包括振蕩反射面，所述振蕩反射面在第一方向和與第一方向相反的第二方向上繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)反射器在第一方向上旋轉(zhuǎn)約45°，并且在第二方向上旋轉(zhuǎn)約45°。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸從第一光軸偏移。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直于第一透鏡系統(tǒng)的第一光軸。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，所述分光器還被構(gòu)造為將各個(gè)第一輸出光束的一部分作為本機(jī)振蕩器光導(dǎo)向到第一光檢測(cè)器電路。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，還包括：第一開(kāi)關(guān)矩陣，其被構(gòu)造為用于將各個(gè)第一輸出光束選擇性地導(dǎo)向到所述多個(gè)點(diǎn)發(fā)射器中的一者，并且被構(gòu)造為用于將各個(gè)第一輸入光束選擇性地導(dǎo)向到第一光檢測(cè)器電路。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，還包括：控制器，其被構(gòu)造為協(xié)調(diào)所述至少一個(gè)光源、第一開(kāi)關(guān)矩陣、所述旋轉(zhuǎn)反射器的角度位置和第一光檢測(cè)器電路，從而經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)矩陣和所述多個(gè)第一點(diǎn)發(fā)射器順次發(fā)送各個(gè)第一輸出光束和接收各個(gè)第一輸入光束。

12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，還包括：

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，還包括：極化旋轉(zhuǎn)器，其用于將第二子光束的第二極化模式轉(zhuǎn)換為第一極化模式。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，還包括：

15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，還包括：在所述極化分光器和第一光檢測(cè)器電路之間的第一光路中或者在所述極化分光器和第二光檢測(cè)器電路之間的第二光路中的附加長(zhǎng)度的光波導(dǎo)，從而確保第一光路和第二光路具有相同的距離。

16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，所述分光器還被構(gòu)造為將各個(gè)第一輸出光束的第一部分作為第一本機(jī)振蕩器光導(dǎo)向到第一光檢測(cè)器電路，并且將各個(gè)第一輸出光束的第二部分作為第二本機(jī)振蕩器光導(dǎo)向到第二光檢測(cè)器電路；和

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，所述多個(gè)第一點(diǎn)發(fā)射器中的至少一些的外端大致配置在第一透鏡系統(tǒng)的第一焦平面處。

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，第一透鏡系統(tǒng)的第一焦平面包括大致彎曲的部分；并且其中，所述多個(gè)第一點(diǎn)發(fā)射器中的至少一些的外端配置為接近第一焦平面。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，第一透鏡系統(tǒng)由單個(gè)透鏡組成，所述單個(gè)透鏡包括：

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光學(xué)發(fā)射器裝置，其中，第一透鏡系統(tǒng)包含具有負(fù)的熱光系數(shù)的材料和具有正的熱膨脹的透鏡殼體，使得所述焦平面大致不會(huì)隨著溫度而移動(dòng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)發(fā)射器裝置，其包括發(fā)射器陣列，所述發(fā)射器陣列包括多個(gè)端射錐體，各個(gè)所述端射錐體被構(gòu)造為選擇性地發(fā)射相應(yīng)的光束。透鏡系統(tǒng)被構(gòu)造為基于各個(gè)所述端射錐體的相對(duì)于所述透鏡系統(tǒng)的光軸的位置來(lái)成形和導(dǎo)向各個(gè)所述光束。旋轉(zhuǎn)反射器包括與所述透鏡系統(tǒng)的光軸垂直的旋轉(zhuǎn)軸，并且所述旋轉(zhuǎn)反射器被構(gòu)造為重新導(dǎo)向和掃描經(jīng)過(guò)掃描范圍的光束。

技術(shù)研發(fā)人員：克里斯托弗·T·法爾,薩揚(yáng)·什雷斯塔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沃揚(yáng)光電公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/17