[实用新型]一种相控阵集成光学芯片和光学相控阵发射装置

说明书

本实用新型提供的一种相控阵集成光学芯片包括依次连接的合波器、1xN分束器、相控波导阵列和输出区；所述合波器具有与激光器芯片出射光束对应的输入端，输出端与所述1xN分束器连接；所述1xN分束器用于将一路光分为多路并输出至所述相控波导阵列。通过接入所述出射光束，可将多个光源输出功率合成，不增加散热难度的前提下，使发射装置具有高输出功率。本实用新型同时提供一种光学相控阵发射装置，包括所述相控阵集成光学芯片以及集成于所述相控阵集成光学芯片的激光器芯片。将相控功能集成于同一模块或芯片的方案，结构更为紧凑。

技术领域

本实用新型涉及光学相控阵技术领域，具体涉及一种相控阵集成光学芯片和光学相控阵发射装置。

背景技术

光学相控阵技术是指通过调制方式使阵列波导之间产生特定位相差，实现光束角度的旋转，与机械旋转和MEMS光束扫描方案相比，光学相控阵雷达不含转动元件，具有扫描速度快，扫描范围大，集成度高，可靠性高，成本低等优点。实现光学相控阵波导相位调制的原理包括液晶、锆钛酸铅镧陶瓷、铌酸锂等材料的电光效应，硅基集成光学芯片的热光效应或等离子体色散效应等。其中，硅基集成光学芯片与半导体CMOS工艺兼容，可实现光源探测器片上集成，结构紧凑，成本低。因此，基于硅基集成光学芯片的相控阵激光雷达具有很大的市场前景。

探测距离是激光雷达的关键技术指标之一，由于光学信号强度在空间中传播时随距离增加而呈平方反比式衰减，当探测距离增加，意味着激光雷达接收端信号与背景噪声比例随之降低。提高信噪比的一种方案是提高信号发射功率，这意味着光源功率的提高，以及芯片波导能够承受高功率而不出现损伤或非线性效应。

现有技术中，采用光学相控阵扫描模块与光纤激光器尾纤耦合固定的技术方案提高光功率，由于片外激光器为大体积，与相控阵芯片尺寸有明显差异，采用片外激光器作为光源再通过光纤引入光学相控阵不利于激光雷达系统的小型化。

实用新型内容

因此，为了克服现有技术中为了采用片外激光器提高光功率，导致系统不易小型化的问题，从而提供一种在将多个激光器芯片与相控阵集成于同一芯片，多个激光器出射的多波长光束通过合波器件实现功率合成，为相控阵提供高功率输入的光学相控阵发射装置。

本实用新型的设计方案如下：

一种相控阵集成光学芯片，包括依次连接的合波器、1xN分束器、相控波导阵列和输出区；所述合波器具有与激光器芯片出射光束对应的输入端，输出端与所述1xN分束器连接；所述1xN分束器用于将一路光分为多路并输出至所述相控波导阵列。

优选的，所述合波器及所述1xN分束器的中心波长及带宽与所述激光器芯片相匹配。

优选的，所述合波器结构包括但不限于：阵列波导光栅，定向耦合器，马赫曾德尔干涉仪和微环滤波器。

优选的，所述相控阵集成光学芯片以硅为衬底，波导芯层和包层中任意一层材料包括但不限于：二氧化硅，掺杂二氧化硅，硅，氮化硅，氮氧化硅和碳化硅。

优选的，所述相控阵集成光学芯片波导结构的芯层数量及包层数量不少于三层。

一种光学相控阵发射装置，包括所述相控阵集成光学芯片以及集成于所述相控阵集成光学芯片的激光器芯片。

优选的，所述激光器芯片与所述相控阵集成光学芯片均位于温度控制器，所述温度控制器用于监控并降低所述光学相控阵发射装置的温度。

优选的，所述温度控制器包括热电制冷半导体。

优选的，所述激光器芯片固定于热沉上，与所述相控阵集成光学芯片直接耦合，或，通过微透镜与所述相控阵集成光学芯片耦合。

优选的，所述激光器芯片与所述相控阵集成光学芯片通过倒装焊固定，或键合固定，或，所述激光器芯片制备在与所述相控阵集成光学芯片键合的材料上。