[實(shí)用新型]多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片及激光雷達(dá)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821960151.1
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN209373098U
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鵬飛;徐洋;張冶金;于紅艷;潘教青;王慶飛;田林巖
• 申請（專利權(quán)）人: 北京萬集科技股份有限公司
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S7/484
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 吳會英;劉芳

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片及激光雷達(dá)，該多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片，包括：第一材料結(jié)構(gòu)層、SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層和耦合連接結(jié)構(gòu)，第一材料結(jié)構(gòu)層包括：輸入耦合器和分束器；輸入耦合器與分束器進(jìn)行光路連接；分束器通過耦合連接結(jié)構(gòu)與SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行光路連接；輸入耦合器，用于將輸入光耦合到芯片上；分束器，用于對耦合到芯片上的光波進(jìn)行分束；耦合連接結(jié)構(gòu)，用于將分束后每束光波耦合到SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層對應(yīng)的硅波導(dǎo)中；其中，第一材料結(jié)構(gòu)層中的第一材料的非線性系數(shù)低于硅的非線性系數(shù)，且第一材料為與CMOS工藝相兼容的材料。使得輸入到發(fā)射芯片里的光功率大幅提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型實(shí)施例涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片及激光雷達(dá)。

背景技術(shù)

相控陣激光雷達(dá)的概念早已被提出，各種不同的設(shè)計(jì)方案也在不斷開展。目前的相控陣激光雷達(dá)芯片均采用SOI材料作為襯底，并利用硅的良好性能制作各種片上結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的基本功能。

但硅也有其自身的問題，由于硅是一種強(qiáng)非線性的材料，尤其是其具有很強(qiáng)的雙光子吸收效應(yīng)和自由載流子吸收效應(yīng)，并且其低階非線性系數(shù)也很大，這使得大功率的光很難在硅波導(dǎo)里進(jìn)行低損耗的傳輸，導(dǎo)致極大限制了輸入到相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片的光功率，從而嚴(yán)重影響激光雷達(dá)的探測性能，為后端信號探測部分帶來了很大壓力。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片及激光雷達(dá)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的相控陣激光雷達(dá)芯片的功率極限問題，使得輸入到相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片里的光功率大幅提高，從而極大的改善激光雷達(dá)的探測性能，且為后端信號探測部分減小了很大壓力。

第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片，包括：第一材料結(jié)構(gòu)層、SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層和耦合連接結(jié)構(gòu)，所述第一材料結(jié)構(gòu)層包括：輸入耦合器和分束器；

所述輸入耦合器與所述分束器進(jìn)行光路連接；所述分束器通過耦合連接結(jié)構(gòu)與所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行光路連接；

所述輸入耦合器，用于將輸入光耦合到所述芯片上；

所述分束器，用于對耦合到所述芯片上的光波進(jìn)行分束；

所述耦合連接結(jié)構(gòu)，用于將分束后每束光波耦合到所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層對應(yīng)的硅波導(dǎo)中；

其中，所述第一材料結(jié)構(gòu)層中的第一材料的非線性系數(shù)低于硅的非線性系數(shù)，且所述第一材料為與CMOS工藝相兼容的材料。

進(jìn)一步地，如上所述的多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片，所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層包括：相位調(diào)制器和光學(xué)天線；

所述相位調(diào)制器與所述光學(xué)天線通過硅波導(dǎo)進(jìn)行連接；

所述相位調(diào)制器，用于改變耦合到所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層的各硅波導(dǎo)的光波的相位；

所述光學(xué)天線，用于對所述各硅波導(dǎo)中的改變相位的光波發(fā)射至空間中。

進(jìn)一步地，如上所述的多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片，所述第一材料結(jié)構(gòu)層位于所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層的上方，所述第一材料結(jié)構(gòu)層與所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層之間采用第二材料層隔開；

其中，所述第二材料層的折射率低于所述第一材料結(jié)構(gòu)層和所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層的折射率。

進(jìn)一步地，如上所述的多層材料相控陣激光雷達(dá)發(fā)射芯片，所述耦合連接結(jié)構(gòu)包括：第一材料耦合波導(dǎo)和硅耦合波導(dǎo)；

所述第一材料耦合波導(dǎo)連接在所述分束器的第一材料波導(dǎo)的后端，所述硅耦合波導(dǎo)連接在所述SOI硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)層的硅波導(dǎo)的前端；