[发明专利]多层材料相控阵激光雷达发射芯片、制作方法及激光雷达

说明书

本发明实施例提供一种多层材料相控阵激光雷达发射芯片、制作方法及激光雷达，该多层材料相控阵激光雷达发射芯片，包括：第一材料结构层、SOI硅波导结构层和耦合连接结构，第一材料结构层包括：输入耦合器和分束器；输入耦合器与分束器进行光路连接；分束器通过耦合连接结构与SOI硅波导结构层进行光路连接；输入耦合器，用于将输入光耦合到芯片上；分束器，用于对耦合到芯片上的光波进行分束；耦合连接结构，用于将分束后每束光波耦合到SOI硅波导结构层对应的硅波导中；其中，第一材料结构层中的第一材料的非线性系数低于硅的非线性系数，且第一材料为与CMOS工艺相兼容的材料。使得发射芯片里的光功率大幅提高。

技术领域

本发明实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种多层材料相控阵激光雷达发射芯片、制作方法及激光雷达。

背景技术

相控阵激光雷达的概念早已被提出，各种不同的设计方案也在不断开展。目前的相控阵激光雷达芯片均采用SOI材料作为衬底，并利用硅的良好性能制作各种片上结构，从而实现激光雷达的基本功能。

但硅也有其自身的问题，由于硅是一种强非线性的材料，尤其是其具有很强的双光子吸收效应和自由载流子吸收效应，并且其低阶非线性系数也很大，这使得大功率的光很难在硅波导里进行低损耗的传输，导致极大限制了输入到相控阵激光雷达发射芯片的光功率，从而严重影响激光雷达的探测性能，为后端信号探测部分带来了很大压力。

发明内容

本发明实施例提供一种多层材料相控阵激光雷达发射芯片、制作方法及激光雷达，解决了现有技术中的相控阵激光雷达芯片的功率极限问题，使得输入到相控阵激光雷达发射芯片里的光功率大幅提高，从而极大的改善激光雷达的探测性能，且为后端信号探测部分减小了很大压力。

第一方面，本发明实施例提供一种多层材料相控阵激光雷达发射芯片，包括：第一材料结构层、SOI硅波导结构层和耦合连接结构，所述第一材料结构层包括：输入耦合器和分束器；

所述输入耦合器与所述分束器进行光路连接；所述分束器通过耦合连接结构与所述SOI硅波导结构层进行光路连接；

所述输入耦合器，用于将输入光耦合到所述芯片上；

所述分束器，用于对耦合到所述芯片上的光波进行分束；

所述耦合连接结构，用于将分束后每束光波耦合到所述SOI硅波导结构层对应的硅波导中；

其中，所述第一材料结构层中的第一材料的非线性系数低于硅的非线性系数，且所述第一材料为与CMOS工艺相兼容的材料。

进一步地，如上所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，所述SOI硅波导结构层包括：相位调制器和光学天线；

所述相位调制器与所述光学天线通过硅波导进行连接；

所述相位调制器，用于改变耦合到所述SOI硅波导结构层的各硅波导的光波的相位；

所述光学天线，用于对所述各硅波导中的改变相位的光波发射至空间中。

进一步地，如上所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，所述第一材料结构层位于所述SOI硅波导结构层的上方，所述第一材料结构层与所述SOI硅波导结构层之间采用第二材料层隔开；

其中，所述第二材料层的折射率低于所述第一材料结构层和所述SOI硅波导结构层的折射率。

进一步地，如上所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，所述耦合连接结构包括：第一材料耦合波导和硅耦合波导；

所述第一材料耦合波导连接在所述分束器的第一材料波导的后端，所述硅耦合波导连接在所述SOI硅波导结构层的硅波导的前端；