[发明专利]异构集成的芯片级激光雷达系统

权利要求书

1.一种激光雷达系统，包括：

光子芯片，其包括光源和被配置为提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，其中所述输出信号是调频连续波(FMCW)信号；

发射光束引导装置，其被配置为从所述光子芯片的所述发射光束耦合器发射所述输出信号；以及

接收光束引导装置，其被配置为获得目标对所述输出信号的反射并且将所述反射作为接收信号提供给所述光子芯片的接收光束耦合器，其中所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置在所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置被分别制造之后被异构地集成到光学引擎中。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置是被制造为管芯的二维微机电系统(2DMEMS)镜。

3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中所述光学引擎异构地集成在具有蚀刻有用于放置所述2DMEMS镜的凹坑的半导体板上。

4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述发射光束引导装置被放置成与所述光子芯片的所述发射光束耦合器光学对准，所述接收光束引导装置被放置成与所述光子芯片的所述接收光束耦合器光学对准，所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置接合到公共半导体板以被动地保持所述光学对准。

5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，进一步包括与所述光学引擎耦合的驱动电子装置，所述驱动电子装置包括调制激光器驱动器和控制驱动器，所述调制激光器驱动器调制所述光源并且产生所述FMCW信号，所述控制驱动器用于所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置，并且所述激光雷达系统还包括后检测电子装置，所述后检测电子装置被配置为处理由所述光子芯片的光电检测器提供的电信号，其中所述光学引擎、所述驱动电子装置和所述后检测电子装置形成在第一印刷电路板上，所述控制驱动器形成在第二印刷电路板上，所述控制驱动器被制造为第一专用集成电路(ASIC),而所述驱动电子装置和所述后检测电子装置被制造为第二ASIC。

6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述激光雷达系统位于车辆中。

7.一种封装激光雷达系统的方法，所述方法包括：

制造光子芯片，其中所述光子芯片包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，并且所述输出信号是调频连续波(FMCW)信号；

将发射光束引导装置耦合到所述光子芯片以从所述光子芯片的所述发射光束耦合器发射所述输出信号；

将接收光束引导装置耦合到所述光子芯片以获得目标对所述输出信号的反射，并且将所述反射作为接收信号提供给所述光子芯片的接收光束耦合器；以及

在分别制造所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置之后，将所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括将所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置制造为二维微机电系统(2DMEMS)镜管芯，其中所述异构地集成所述光学引擎包括将所述2DMEMS镜管芯放置在蚀刻于硅板中的凹坑中。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括将所述发射光束引导装置放置成与所述光子芯片的所述发射光束耦合器光学对准，将所述接收光束引导装置放置成与所述光子芯片的所述接收光束耦合器光学对准，以及将所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置被动地接合到公共半导体板以保持所述光学对准。

10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括将驱动电子装置与所述光学引擎耦合，其中所述驱动电子装置包括调制激光器驱动器和控制驱动器，所述调制激光器驱动器调制所述光源并且产生所述FMCW信号，所述控制驱动器用于所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置，所述方法包括将后检测电子装置耦合到所述光学引擎以处理由所述光子芯片的光电检测器提供的电信号，将所述光学引擎、所述驱动电子装置和所述后检测电子装置形成在第一印刷电路板上，并且将所述控制驱动器形成在第二印刷电路板上，或者将所述控制驱动器制造为第一专用集成电路(ASIC)，并且将所述驱动电子装置和所述后检测电子装置制造为第二ASIC。