[發明專利]光柵器件、光發射模塊及光探測方法

有效

• 申請號: 201910368695.1
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110187440B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 王強
• 申請（專利權）人: 王強
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G01S7/481;G01S17/08
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純

本申請公開了光柵器件、光發射模塊及光探測方法。所述光柵器件包括：襯底；位于所述襯底上的阻擋層；位于所述阻擋層的第一區域上方的第一波導；以及位于所述阻擋層的第二區域上方的第二波導，其中，所述光柵器件選擇性地在所述第一波導中傳播第一光束和/或在所述第二波導中傳播第二光束，通過衍射獲得改變傳播方向的出射光束，所述第一光束和所述第二光束分別為TE模式和TM模式并且在至少一個波長的出射角不相等。該光柵器件采用源光束的波長調制出射光束的出射角，在第一波導和第二波導中分別傳播不同偏振模式的光束，以擴展出射角的調制范圍。采用該光柵器件的激光雷達可以擴展探測角度。

技術領域

本發明屬于激光雷達技術，更具體地，涉及光柵器件、光發射模塊及光探測方法。

背景技術

激光雷達已經廣泛地應用于自動駕駛、光學無線通信、環境地形測量等領域。激光雷達與微波雷達類似，采用發射光束照射物體以及檢測物體的反射光信號，以及對反射光信號進行處理，以獲得探測目標的位置和速度等信息。

激光雷統的工作依賴于價格昂貴的光學系統，例如，采用反射鏡可以改變激光束的出射角，從而擴大激光雷達的探測范圍。近年來，采用硅光子學等新興技術將激光雷達的基本功能集成在公共的硅襯底上以形成單個芯片，以減小激光雷達的尺寸和降低制造成本。

然而，在芯片中集成反射鏡等光學元件非常困難。替代地，可以采用兩種調制方法實現激光束的出射角控制：相位調制和波長調制。在相位調制中，通過熱光效應調節相鄰光學元件之間激光束的相位差，然后，通過衍射效應產生出射光束，從而可以通過相位差的控制調節遠場中的光束角度。在波長調制中，采用可調激光源(TLS)產生相應波長的激光束，然后，通過光柵耦合器(GC)的衍射效應產生出射光束，該出射光束的出射角與波長相對應，從而可以通過波長的控制調節出射光束的出射角。在激光雷達中可以組合兩種調制方法，例如在x方向上采用相位調制方法來控制光束，在y方向上采用波長調制來控制光束。

采用波長調制方法控制光束出射角的有利之處在于僅僅需要控制激光源的波長，而無需使用附加的加熱元件，不利之處則是波長調制獲得的出射角范圍小。例如，采用大約80nm的波長范圍僅能實現15度的出射角范圍。

因此，期望進一步擴展采用波長調制方法獲得的光束出射角范圍，以擴大激光雷達的探測范圍。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于一種光柵器件、光發射模塊及光探測方法，其中，在光柵器件的第一波導和第二波導中分別傳播不同偏振模式的光束，以組合二者波長調制的出射角范圍，從而可以擴展激光雷達的探測角度。

根據本發明的第一方面，提供一種光柵器件，包括：襯底；位于所述襯底上的阻擋層；位于所述阻擋層的第一區域上方的第一波導；以及位于所述阻擋層的第二區域上方的第二波導，其中，所述光柵器件選擇性地在所述第一波導中傳播第一光束和/或在所述第二波導中傳播第二光束，通過衍射獲得改變傳播方向的出射光束，所述第一光束和所述第二光束分別為TE模式和TM模式并且在至少一個波長的出射角不相等。

優選地，所述第一波導和所述第二波導分別為多個條帶組成的陣列，所述多個條帶彼此平行，并且與所述第一光束和所述第二光束的傳播方向垂直。

優選地，所述第一波導的填充因子大于所述第二波導的填充因子，所述填充因子為所述多個條帶的寬度與重復周期之間的比率。

優選地，所述第一光束和所述第二光束沿著彼此相反的方向傳播。

優選地，根據所述第一光束和所述第二光束的波長調制所述出射光束的出射角。

優選地，所述第一光束產生第一出射角范圍的出射光束，所述第二光束產生第二出射角范圍的出射光束，所述第一出射角范圍與所述第二出射角范圍分離、連續或部分重疊。

優選地，還包括：用于隔開所述第一波導和所述第二波導的縫隙。