[發明專利]一種基于混合集成波導的二維相控陣激光雷達

在審

• 申請號: 202210537227.4
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114966617A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 蔣友山;林文雄;吳玉霞
• 申請（專利權）人: 閩都創新實驗室;福建天蕊光電有限公司
• 主分類號: G01S7/483
• 分類號: G01S7/483;G01S7/481;G02F1/035
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發明提出一種基于混合集成波導的二維相控陣激光雷達，包括：光纖激光器、分路器、多層混合集成波導、輸出裝置等結構；每一層混合集成波導均包括鈮酸鋰調制模組和光波導，鈮酸鋰調制模組與光波導嵌入式集成，鈮酸鋰模組中設有電控系統，利用電控系統作用于鈮酸鋰模組進行相位調制。光纖激光器連接到分路器，分路器將輸入光分為多路光并輸出至相應的混合集成波導的輸入端，輸出裝置將干涉后的發射光準直輸出。采用混合集成波導多層層疊的方式，通過調整光的相對相位來改變激光的發射方向，實現發射激光的二維掃描，具有掃描角度大，掃描精度高，響應速率快，集成度高等優勢。

技術領域

本發明屬于光纖通訊、激光雷達技術領域，尤其涉及一種基于混合集成波導的二維相控陣激光雷達。

背景技術

激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的系統，廣泛應用于激光探測領域。傳統的機械掃描雷達成本高、體積大、功耗大、質量重，而且高速旋轉的情況下，容易受到很多不穩定影響，器件需要經常校準。而相控陣激光雷達卻很好的克服了以上這些缺點，不僅如此，還具有高的靈敏度以及高效的多目標探測等優點。相較于傳統的機械控制波束轉向技術，它的響應速度較快，同時在指向精確度、穩定性方面有很大提升。光學相控陣激光雷達預計將會在未來十年內廣泛應用于自動駕駛、機器人、成像、無人機、醫療保健和物聯網等領域。

光學相控陣激光雷達，光波導陣列通過加電方式來實現光束掃描，利用光波導電光效應，對波導芯層加載電壓，使每個波導芯層具有不同的附加折射率，通過調制方式使陣列波導之間產生特定相位差，相位差按一定規律分布可引起輸出光束的偏轉掃描。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，成本低等優點。

現有技術提供的一種光學相控陣激光雷達系統應用結構示意圖，如說明書附圖1所示，激光光源發出的光信號脈沖入射至相控陣掃描系統，相控陣掃描系統的發射光束發射至被測物體掃描，經被測物體漫反射后的光信號脈沖由反射光接收裝置接收，之后進入信號處理裝置。

傳統基于光學相控陣進行光束方向控制的方法有三種：第一種利用電光晶體制造光學相控陣，通過雙折射晶體在不同強度電場下折射率不同控制入射光相位；第二種是利用聲光效應制造光學相控陣，利用超聲波在晶體中通過造成的晶體局部折射率周期性變化形成可控的布拉格衍射，使其一級衍射光角度可控；第三種是利用熱光效應制成的光學相控陣。然而，第一種控制方法使用壽命短且功耗較大；第二種控制方法不利于集成化生產，成本較高；第三種控制方法功耗大且能量利用率低。單獨的光波導相控陣列，采用離子注入和離子擴散等工藝，很難做出高折射率差值結構，難以精確控制相位差，難以實現精確范圍掃描。

發明內容

有鑒于此，為了填補現有技術的空白，克服現有技術的缺陷和不足，本發明提供一種基于混合集成波導的二維相控陣激光雷達，包括：光纖激光器、分路器、多層混合集成波導、輸出裝置等結構；每一層混合集成波導均包括鈮酸鋰調制模組和光波導，鈮酸鋰調制模組與光波導嵌入式集成，鈮酸鋰模組中設有電控系統，利用電控系統作用于鈮酸鋰模組進行相位調制。光纖激光器連接到分路器，分路器將輸入光分為多路光并輸出至相應的混合集成波導的輸入端，輸出裝置將干涉后的發射光準直輸出。采用混合集成波導多層層疊的方式，通過調整光的相對相位來改變激光的發射方向，實現發射激光的二維掃描，具有掃描角度大，掃描精度高，響應速率快，集成度高等優勢。

本發明具體采用以下技術方案：

一種基于混合集成波導的二維相控陣激光雷達，其特征在于：

包括：光纖激光器（1）、分路器（2）、多層混合集成波導（31~3N）和輸出裝置（4）；

所述多層混合集成波導（31~3N）當中的每一層混合集成波導均包括構成嵌入式集成的鈮酸鋰調制模組和光波導；所述鈮酸鋰模組中設有電控系統，用于對鈮酸鋰調制模組進行相位調制；