[发明专利]连续波调频相控阵激光雷达芯片、扫描方法及激光雷达

权利要求书

1.一种连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，包括：输入耦合器、第一耦合器、分束器、调相器、光学天线以及接收光处理层；

所述输入耦合器和所述接收光处理层分别与所述第一耦合器通过波导连接，所述第一耦合器、分束器、调相器与光学天线依次通过波导连接；

所述输入耦合器，用于将输入光耦合到所述芯片上；

所述第一耦合器，用于将耦合到所述芯片上的用于发射的光传输到所述分束器中；

所述分束器，用于对所述用于发射光进行分束，输出多束发射光波；

所述调相器，用于对所述发射光波进行调相；

所述光学天线，用于将调相后的所述发射光波发射至空间，以及接收所述空间中被测物体反射回的反射光波，并将所述反射光波经所述调相器、所述分束器以及所述第一耦合器传输至接收光处理层；

所述第一耦合器，还用于接收通过所述光学天线接收到所述芯片上的接收光，并将所述接收光传输至所述接收光处理层；

所述接收光处理层，用于对所述接收光进行信号处理，输出电信号。

2.根据权利要求1所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，所述芯片还包括：功率分配器；

所述功率分配器的输入端通过波导连接所述输入耦合器，所述功率分配器的输出端连接所述第一耦合器以及所述接收光处理层；

所述功率分配器，用于对耦合到所述芯片上的光进行能量分配，得到发射光和本地光，所述发射光被传输至所述第一耦合器，所述本地光被传输至所述接收光处理层。

3.根据权利要求2所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，所述接收光处理层包括：平衡探测器和第二耦合器；

所述第二耦合器的输入端通过波导与所述功率分配器的输出端以及所述第一耦合器连接，所述第二耦合器的输出端通过波导与所述平衡探测器连接；

所述第二耦合器，用于将所述本地光和所述反射光波进行拍频，并将拍频后的光波传输至所述平衡探测器中；

所述平衡探测器，用于探测所述拍频后的光波，并输出探测到的光波的电信号。

4.根据权利要求1所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，所述芯片还包括：SOI衬底；

所述输入耦合器、第一耦合器、分束器、调相器、光学天线、接收光处理层位于所述SOI衬底的顶部硅层上。

5.根据权利要求1所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，所述芯片中的波导为TE模的单模波导，所述TE模的单模波导的形状为脊形波导或者条形波导。

6.根据权利要求2或3所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，所述功率分配器为光开关型功率分配器。

7.根据权利要求3所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，所述平衡探测器为两个波导型硅锗探测器。

8.根据权利要求3所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片，其特征在于，所述第一耦合器的结构为2*1多模干涉耦合器或2*2多模干涉耦合器，所述第二耦合器为50:50定向耦合器或者2*2多模干涉耦合器。

9.一种相控阵激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片。

10.一种扫描方法，其特征在于，应用于如权利要求3所述的连续波调频相控阵激光雷达芯片的相控阵激光雷达，所述方法包括：

当光源打开时，调节所述功率分配器，将用于发射的光和用于平衡探测的本地光调整到预设的比例，其中，所述光源是一个频率做周期性线性变化的激光器通过输入耦合器将光源的光耦合到所述芯片上；

调节所述调相器，使得从所述光学天线发射的光从预设的第一方向发射；

调节所述调相器的电压或电流不变，使得所述光学天线在发射的同时，接收到的经过被测物体反射回来的接收光依次经过所述调相器和所述分束器，通过所述第一耦合器的第一耦合器输出端反向传输到所述第一耦合器的第四输入端，经过所述第四输入端传输到所述第二耦合器的第二输入端，其中，在所述第二耦合器中所述接收光与所述本地光进行拍频，拍频后的光波传输到所述平衡探测器，通过所述平衡探测器输出探测到的电信号；

继续调节所述调相器，使得从所述光学天线发射的光从预设的第二方向发射，并继续调节所述调相器的电压或电流不变，使得所述平衡探测器输出探测到的电信号的步骤，直到调节所述调相器，使得所述被测物体至少被所述相控阵激光雷达全部扫描一遍。