[實用新型]一種相控陣集成光學芯片和光學相控陣發(fā)射裝置

有效

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• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN209728158U
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉敬偉;李文玲;田立飛;張新群
• 申請（專利權）人: 國科光芯(海寧)科技股份有限公司
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 11250 北京三聚陽光知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱靜謙<國際申請>=<國際公布>=<進入

本實用新型提供的一種相控陣集成光學芯片包括依次連接的合波器、1xN分束器、相控波導陣列和輸出區(qū)；所述合波器具有與激光器芯片出射光束對應的輸入端，輸出端與所述1xN分束器連接；所述1xN分束器用于將一路光分為多路并輸出至所述相控波導陣列。通過接入所述出射光束，可將多個光源輸出功率合成，不增加散熱難度的前提下，使發(fā)射裝置具有高輸出功率。本實用新型同時提供一種光學相控陣發(fā)射裝置，包括所述相控陣集成光學芯片以及集成于所述相控陣集成光學芯片的激光器芯片。將相控功能集成于同一模塊或芯片的方案，結構更為緊湊。

技術領域

本實用新型涉及光學相控陣技術領域，具體涉及一種相控陣集成光學芯片和光學相控陣發(fā)射裝置。

背景技術

光學相控陣技術是指通過調制方式使陣列波導之間產生特定位相差，實現光束角度的旋轉，與機械旋轉和MEMS光束掃描方案相比，光學相控陣雷達不含轉動元件，具有掃描速度快，掃描范圍大，集成度高，可靠性高，成本低等優(yōu)點。實現光學相控陣波導相位調制的原理包括液晶、鋯鈦酸鉛鑭陶瓷、鈮酸鋰等材料的電光效應，硅基集成光學芯片的熱光效應或等離子體色散效應等。其中，硅基集成光學芯片與半導體CMOS工藝兼容，可實現光源探測器片上集成，結構緊湊，成本低。因此，基于硅基集成光學芯片的相控陣激光雷達具有很大的市場前景。

探測距離是激光雷達的關鍵技術指標之一，由于光學信號強度在空間中傳播時隨距離增加而呈平方反比式衰減，當探測距離增加，意味著激光雷達接收端信號與背景噪聲比例隨之降低。提高信噪比的一種方案是提高信號發(fā)射功率，這意味著光源功率的提高，以及芯片波導能夠承受高功率而不出現損傷或非線性效應。

現有技術中，采用光學相控陣掃描模塊與光纖激光器尾纖耦合固定的技術方案提高光功率，由于片外激光器為大體積，與相控陣芯片尺寸有明顯差異，采用片外激光器作為光源再通過光纖引入光學相控陣不利于激光雷達系統(tǒng)的小型化。

實用新型內容

因此，為了克服現有技術中為了采用片外激光器提高光功率，導致系統(tǒng)不易小型化的問題，從而提供一種在將多個激光器芯片與相控陣集成于同一芯片，多個激光器出射的多波長光束通過合波器件實現功率合成，為相控陣提供高功率輸入的光學相控陣發(fā)射裝置。

本實用新型的設計方案如下：

一種相控陣集成光學芯片，包括依次連接的合波器、1xN分束器、相控波導陣列和輸出區(qū)；所述合波器具有與激光器芯片出射光束對應的輸入端，輸出端與所述1xN分束器連接；所述1xN分束器用于將一路光分為多路并輸出至所述相控波導陣列。

優(yōu)選的，所述合波器及所述1xN分束器的中心波長及帶寬與所述激光器芯片相匹配。

優(yōu)選的，所述合波器結構包括但不限于：陣列波導光柵，定向耦合器，馬赫曾德爾干涉儀和微環(huán)濾波器。

優(yōu)選的，所述相控陣集成光學芯片以硅為襯底，波導芯層和包層中任意一層材料包括但不限于：二氧化硅，摻雜二氧化硅，硅，氮化硅，氮氧化硅和碳化硅。

優(yōu)選的，所述相控陣集成光學芯片波導結構的芯層數量及包層數量不少于三層。

一種光學相控陣發(fā)射裝置，包括所述相控陣集成光學芯片以及集成于所述相控陣集成光學芯片的激光器芯片。

優(yōu)選的，所述激光器芯片與所述相控陣集成光學芯片均位于溫度控制器，所述溫度控制器用于監(jiān)控并降低所述光學相控陣發(fā)射裝置的溫度。

優(yōu)選的，所述溫度控制器包括熱電制冷半導體。

優(yōu)選的，所述激光器芯片固定于熱沉上，與所述相控陣集成光學芯片直接耦合，或，通過微透鏡與所述相控陣集成光學芯片耦合。

優(yōu)選的，所述激光器芯片與所述相控陣集成光學芯片通過倒裝焊固定，或鍵合固定，或，所述激光器芯片制備在與所述相控陣集成光學芯片鍵合的材料上。