电光调制器及其用于三维成像的使用和制造方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求美国于2018年9月11日提交的临时专利申请序列号62/729,862的权益，其通过引用整体并入本文。

本发明总体上涉及电光调制器、光传感器和lidar系统，尤其涉及可用于产生三维(3d)成像数据的电光调制器、光传感器和lidar系统。

背景技术：

捕捉场景中的表面和对象的三维(3d)位置对于诸如坐标测量加工(cmm)、机器人视觉应用(rva)、自主车辆应用(ava)，以及甚至游戏控制台控制(虚拟现实(vr)和增强现实(avr))等各种应用来说变得普遍必要。理想的3d相机能够捕获二维(2d)场景信息以及场景距离信息(z轴或距离信息)。使用2d场景图像信息(这是在传统数字或胶片相机“图片”中捕获的2d信息)生成真实的3d场景，并且2d场景中的每个对象(或每个像素)的1d距离的相加以与2d视频相机和蜂窝电话相机当今的功能相同的方式生成完整的3d图片)以及高分辨率的视频。对于许多应用，当前实现该3d场景生成的方法在分辨率、操作范围、swap(尺寸、重量和功耗)和成本方面存在严重的缺点。

可以使用几种技术来获取作为图像的场景上的3d坐标。这些技术方法中的每一种都具有益处，但也具有缺点和基本物理限制，这阻止了它们提供高质量的3d成像和作为时间的函数的成像(例如，实时3d视频)。通常，这些类型的3d系统可以被广泛地表征为(a)立体的、两个图像距离和相关估计、(b)fm调制的光距离估计、(c)投影光、全息或斑点相关的距离估计和(d)飞行时间成像系统距离测量系统。

立体影像：低成本的3d系统的方法是使用立体相机，该立体相机使用由基线距离分开的多个透镜和传感器来提供计算导出的3d信息(类似于人类双目视觉)。立体图像可用于利用摄影测量(用两个传感器的对应像素对距离进行三角测量)来产生3d几何数据，但这需要精确的校准，即已知的用于基线分离的机械体积。这些立体图像类型系统限于相对于基线的短范围(基线是两个单独传感器之间的距离)。此外，3d估计对光照条件和阴影敏感。这种立体型设备在黑暗或具有挑战性的照明条件下不能很好地操作，并且通常需要大量的计算资源，这使得在小系统中难以提取实时3d数据。

fm调制：另一种已知的距离估计解决方案使用调频(fm)光进行距离估计。再次，fm调制光可能需要不同的出射器和接收器孔径。这些孔径必须精确地对准并隔开足够的距离以获得良好的距离性能。fm调制系统不必提供多于单个像素距离估计。即，这种类型的检测器通常可用于单个点的线性距离测量。通过扫描场景中的每个点来执行3d测量，以确定在每个特定点处传感器与对象之间的距离。需要克服fm调制类型的3d仪器的逐点限制。

透射光：另一种距离估计解决方案将光图案投影到场景中的对象上，并且使用单独的传感器来检测图案中的偏差。结构光投影仪和图像传感器使用不同的传输和接收孔径，这些孔径精确地对准并隔开足够的距离以获得良好的距离性能。这些系统或者使用限制距离信息的横向分辨率的几种模式，或者使用不能用于快速移动物体的多个图像。因此，需要克服投射光型晶体衍射仪的局限性。

飞行时间(tof)：tof距离测量系统使用时间敏感传感器，该时间敏感传感器测量光传输到场景对象并返回到3d镜头传感器的飞行时间。可以使用各种技术来测量时间，但是一些技术涉及每个像素中的电路，该电路控制像素的响应并且记录该像素的光的到达时间(通过幅度或相位)。这种电路的复杂性以及所记录的大量数据是这种传感器的缺点，甚至最先进的时间敏感传感器在一侧限于100-200个像素。进一步缩放可能需要进一步昂贵的芯片开发。这些技术还对照明条件敏感，并且在一些情况下限于短距离和/或室内范围。对于这些解决方案，每个像素必须相对于主时钟和相对于彼此被精确地定时，以获得范围测量中的令人满意的性能，进一步使缩放时间敏感传感器的能力复杂化，所述时间敏感传感器可用于粗略姿势识别。

一些tof系统需要使用两个单独的传感器或传感器系统，这可能需要物体距离信息和图像信息之间的相关性。在这样的系统中，一个tof传感器可以具有通常显著小于第二传感器的分辨率或像素计数(这创建了2d图像)。这种系统的一个示例是与基本上较低分辨率的旋转1d飞行时间(tof)距离测量系统相关的中等分辨率的2d相机图像。当使用两个不同的传感器系统来创建3d时，具有相关噪声的两个不同图像必须彼此相关，实质上是通过估计低分辨率图像和高分辨率图像之间的重要特征并且将两个图像多路复用为单个3d图像或点云。这种相关导致计算处理资源的大量使用并且易于逐像素错误。因此，需要通过获得两个场景以及距同一传感器上的同一像素的距离来克服双传感器tof系统的计算限制和/或误差问题。

技术实现要素：

本发明中描述的创新和改进的电光调制器和一维传感器克服了已知一维系统的许多前述限制。

理想地，3d相机能够捕获2d场景信息以及场景距离信息(z轴)。本发明公开了一种高动态范围、紧凑、芯片级、3d成像系统和方法的实施例，其可以包含电控电光晶体、电光陶瓷和/或电光聚合物。

根据示例性实施例，3d成像系统包含fabry-perot腔，其具有用于接收入射光的第一部分反射表面和光从其出射的第二部分反射表面。电光材料位于第一和第二部分反射面之间的fabry-perot腔内。透明的纵向电极或横向电极在电光材料内产生电场。电压驱动器被配置为作为时间的函数调制电光材料内的电场，使得穿过电光材料的入射光根据调制波形被调制。光传感器接收从fabry-perot腔的第二部分反射表面出射的调制光，并将该光转换为电信号。可以从电信号获得关于感兴趣场景的三维(3d)信息。

根据另一示例性实施例，一种捕获3d数据的方法包含以下步骤：在fabry-perot腔处接收入射光，该fabry-perot腔具有接收入射光的第一部分反射表面及光从其离开的第二部分反射表面；将具有预定波形的电压施加到被配置为在电光材料内产生电场的电极，使得根据预定调制波形对通过电光材料的入射光进行时间调制；在传感器处接收离开所述fabry-perot腔的第二部分反射表面的光；该传感器将所接收的光转换成一个或多个电子信号；以及基于所述电子信号生成3d数据。

上述发明内容没有限定所附权利要求的范围。其它方面，实施例，特征和优点对于本领域技术人员在研究以下附图和详细描述时将是或将变得显而易见。意图是所有这样的附加特征、方面和优点包含在本说明书中并由所附权利要求保护。

附图说明

应当理解，附图仅用于说明的目的，而不限定任何限制。此外，附图中的部件不必按比例绘制。在附图中，相同的附图标记表示不同视图中的相应部分。

图1是示出包含在光敏检测器前方的fabry-perot腔的纵向电光光传感器系统的第一示例的示意图。

图2是示出包含在光敏检测器前方的fabry-perot腔的纵向电光光传感器系统的第二示例的示意图。

图3是示出包含在光敏检测器前方的fabry-perot腔的横向电光光传感器系统的第一示例的示意图。

图4是示出包含在光敏检测器前方的fabry-perot腔的横向电光光传感器系统的第二示例的示意图。

图5是示出示例性横向电光光调制器(eom)的透视图示意图。

图6是示出横向电光光调制器(eom)的另一示例的透视图示意图。

图7是包含在光敏检测器阵列前面的fabry-perot腔的示例性集成纵向电光光传感器的横截面侧视图。

图8是包含在光敏检测器阵列前面的fabry-perot腔的示例性集成横向电光光传感器的横截面侧视图。

图9示出了说明作为电压的函数的示例性低精细度和高精细度fabry-perot腔的光透射的曲线图。

图10示出了说明作为光入射角的函数的示例性低精细度和高精细度fabry-perot腔的光透射的曲线图。

图11是诸如pockelscell(普克尔斯盒)的示例性纵向电光调制器的横截面示意图。

图12是具有形成在微透镜阵列下方或后面的纵向调制器的示例性单片传感器的横截面示意图。

图13是具有形成在微透镜阵列前方或上方的纵向调制器的示例性单片传感器的横截面示意图。

具体实施方式

参考并结合附图的以下详细描述并示出了用于3d成像和/或距离检测的光调制器、传感器、系统和方法的一个或多个示例。这些实施例被充分详细地示出和描述，以使得本领域的技术人员能够实践所公开的内容，这些实施例并非限制性的，而仅仅是例示和教导本发明的实施方式。因此，在适于避免模糊本发明的情况下，说明书可省略本领域技术人员已知的某些信息。本文的公开内容是不应被理解为不适当地限制基于本申请可能最终被授权的任何专利权利要求的范围的示例。

词语“示例性”在本申请中用于表示“用作示例、示例或说明”。本文描述为“示例性”的任何系统、方法、装置、技术、特征等不必被解释为比其它特征优选或有利。

如在本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”和“该”包含复数指示物，除非内容另外清楚地指示。

此外，除非另外说明，否则使用“或”意指“和/或”。类似地，“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(include)”和“包含(includes)”是可互换的，并且不旨在限制。

本发明中描述的创新的和改进的3d传感器系统克服了已知3d传感器系统的许多限制，例如，双传感器tof系统的计算限制和/或误差问题。本文所公开的传感器可通过获得场景以及距同一传感器上的同一像素的距离两者来做到这一点。本文公开了电光相位调制器和/或电可调谐光谐振腔的示例，以及采用这种调制器和电可调谐腔的系统，以及通过在所述调制器中使用聚合物、晶体、多晶或陶瓷电光薄膜来电激励光调制或光开关的装置，以及制造这种装置的装备。

随着激光tof(飞行时间)、基于激光的投影、基于激光的fm调制和基于激光的光学汽车源(诸如基于汽车激光的“远光”)变得更加普遍，3d相机/场景生成器应当对来自非基于3d的相机系统的潜在干扰光源的干扰具有改进的恢复力，并且不受彼此干扰的影响。由于潜在干扰激光源的定时重合的限制，本文公开的方法、设备和系统可以结合电控电光晶体、电光陶瓷或电光聚合物，极大地降低了干扰的可能性。

本文公开的系统可以包含主动时分复用布置，由此定时照明源被定时并且与电激活传感器同步。

图1是示出包含fabry-perot传感器12和电压驱动器电路16的电光光调制器系统10的示例的示意图。传感器12可以接收入射光14，该入射光14可以是从感兴趣场景散射或反射的返回光的部分。传感器12输出一个或多个电子信号38，可以通过处理器子系统(未示出)从该电子信号38导出关于场景的3d信息。

电压驱动器16向传感器12提供预定的电调制波形信号17。波形信号17可以具有时变电压，并且由电压驱动器16响应于控制信号18而产生。波形可以是电压斜坡、方波、正弦波、锯齿、s形、连续、不连续或任何其它合适的电压波形，用于调制进入传感器的入射光14。基于对光学传感器12中的入射光14和电光调制器的期望调制的要求，信号17的特性，例如电压、电流、定时等，可以被配置为任何合适的值。控制信号18可以由处理器子系统(未示出)在处理器的控制下产生。

该处理器子系统可以包含耦合到存储器的一个或多个处理器。处理器子系统的功能可以以硬件、软件、固件或其任何合适的组合来实施。如果以软件实施，那么该功能可存储为计算机可读媒介(例如，存储器)上的一个或多个指令或代码且由基于硬件的处理单元(例如，处理器)执行。计算机可读媒介可包含任何计算机可读存储媒介，包含数据存储媒介，其可以是可由一个或多个计算机或一个或多个处理器存取以检索用于实施本发明中所描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用媒介。计算机程序产品可以包含计算机可读媒介。

作为示例而非限制，这样的计算机可读存储媒介可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储装置、闪存或可用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码并可由计算机访问的任何其它媒介。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘使用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应当包含在计算机可读媒介的范围内。

该处理器可包含用于执行指令或代码的一个或多个处理器，诸如一个或多个数字信号处理器(dsp)、通用微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程逻辑阵列(fpga)或其它等效集成或离散逻辑电路。该存储器和处理器可以被组合成单个芯片。因此，如本文中所使用的术语“处理器”可指前述结构中的任一者或适于实施本文中所描述的技术的任何其它结构。另外，在一些方面中，可在专用硬件和/或软件模块内提供本文中所描述的功能性。此外，该技术可完全实施于一个或多个电路中，包含逻辑电路和/或逻辑元件。

fabry-perot传感器12包含在光敏检测器36前方的用作光调制器的fabry-perot腔体(fpc)20。fpc20包含用于接收入射光14的第一部分反射镜22、光可以从其离开的第二部分反射镜24，以及位于第一反射镜22和第二反射镜24之间的电光调制器(eom)26。eom26包含第一电极30、第二电极28和夹在电极28、30之间的电光材料32。

该fpc20被配置为“纵向”配置。“纵向”是指电极28、30相对于光14、34的路径的放置。在纵向配置中，所施加的电场(垂直于电极28、30的方向)与通过fpc20的光传播的方向相同。电光材料32由电光聚合物、电光晶体或电光陶瓷或前述材料的任何合适的组合构成，并且可以包含本文公开的任何材料，这将在下面更详细地描述。所施加的电压17可以是例如连接到第一电极30的电压斜坡，而第二电极28连接到地21。从左侧进入的光14的透射由fpc20根据所施加的电压17来调制，从而允许光穿过腔镜22、24到达右侧的光敏检测器36上。因此，通过fpc20的光透射取决于施加到eom26的电压波形。

所施加的电压示例性地描述为连接到第一电极30的电压斜坡，而第二电极28连接到地。使用“电压斜坡”或“接地”仅是说明性示例。在第一电极28和第二电极30之间施加的差动电压也可用于光调制。

在纵向配置中，fabry-perot反射镜22、24可以与电极28、30分离，或者可替代地，可以同时起到反射镜22、24以及电光开关电极28、30的功能。即，在一些实施例中，fabry-perot反射镜22、24和电极28、30可以是同一个。

纵向电极28、30可以是透明电极，例如ito，诸如金或铝的导体栅格等。

光检测器36可以是单个像素检测器，诸如市售ccd或cmos检测器。从检测器36输出的电子信号38可由处理器子系统收集并由子系统处理以导出关于场景的3d数据。

图2是示出电光光调制器系统50的另一示例的示意图，该电光光调制器系统50包含fabry-perot传感器52和电压驱动器电路16。类似于图1的传感器12，传感器52可接收入射光14，该入射光14可为从所关注场景散射或反射的返回光的部分。然而，与图1的传感器12相比，传感器52从传感器阵列64输出一个或多个电子信号，可以由处理器子系统(未示出)从所述一个或多个电子信号导出关于场景的3d信息。

在该示例性实施方式中，图1的光敏检测器像素36已经由光敏阵列64代替。例如，这种阵列64可以包含市售ccd光敏阵列、cmos光敏阵列、布置成2维阵列的一系列光电检测器等。通常，阵列64包含像素阵列，其中每个像素可以确定其上接收的光的强度。阵列64可以包含任何合适数量的像素，并且当代传感器通常包含数百万个像素。从阵列64输出的电子信号可由处理器子系统收集并由子系统处理以导出关于场景的3d数据。

图3是示出电光光调制器系统100的另一示例性配置的示意图，电光光调制器系统100包含fabry-perot传感器102和电压驱动器电路16。类似于图2的传感器52，传感器102可接收入射光14，该入射光14可为从所关注场景散射或反射的返回光的部分。然而，与图2的传感器52相反，传感器102包含被配置为“横向”配置的eom122。“横向”是指电极126、128相对于光的路径的位置。在横向配置中，与通过eom122的光传播方向相比，所施加的电场(垂直于电极126、128延伸)在正交方向上。

传感器102包含在光敏检测器阵列64前面的fpc112。fpc112包含在两个反射镜22、24之间的eom122。eom122包含第一或顶部电极126、第二或底部电极128以及它们之间的电光材料124。电光材料124可以包括电光聚合物、电光晶体，或电光陶瓷，或前述的任何合适的组合，诸如本文公开的那些中的任何一者。

所施加的电压17可以是上述波形中的任何波形，包含连接到第一电极126的电压斜坡，而第二电极128连接到地21。由eom122经由所施加的电压波形17来调制从左侧进入的光的透射，从而允许光穿过腔镜行进到右侧的光敏检测器(单个像素，未示出)或光敏阵列64上。fabry-perot反射镜22、24在横向配置中与电极126、128分离。

可替代地，可以向电极126、128施加差分电压波形，如上面结合图1所述。

图4是示出电光光调制器系统150的另一示例性配置的示意图，电光光调制器系统150包含fabry-perot传感器152、电压驱动器电路16和第二电压驱动器电路164。类似于图3的传感器102，传感器152可接收入射光14，该入射光14可为从所关注场景散射或反射的返回光的部分。

传感器152包含设置在光检测器阵列64前方的fpc168。fpc168包含第一反射镜22和第二反射镜24以及位于反射镜22、24之间的分段横向eom176。eom176包含顶部电极182，中心电极184，底部电极186，位于第一电极182和第二电极184之间的电光材料178，以及位于第二电极184和第三电极186之间的电光材料180。

电光材料178、180可以包含电光聚合物、电光晶体，或电光陶瓷，或前述的任何合适的组合，诸如本文公开的那些中的任何一者。

附加中心电极184可以位于eom176的中心处或附近。在一些实施例中，中心电极184可位于远离eom176的中心的别处。在该特定示例中，来自驱动器电路164的所施加电压166连接到底部电极186。从驱动器164输出的电压波形166可以是上述用于电压驱动器16的那些波形中的任何波形。电压波形166可以响应于来自处理器子系统(未示出)的第二控制信号158而产生。第二控制信号158可以由处理器子系统以类似于结合图1对信号18所描述的方式来产生。在一些实施例中，信号158可以独立于信号18。在一些实施例中，信号158可以与信号18同步。

在一些实施例中，中心电极184可以连接到地188，如图所示。

为了在电光材料中形成中心电极184，中心电极184可以包含小凹槽，例如宽度为微米的凹槽，其已经被切割或以其他方式放置在电光材料的中心中，从而形成两段178、180。凹槽可以具有形成中心电极184的导电电极，诸如溅射金，作为示例，放置在凹槽中。

可以在中心、顶部和底部电极182、184、186之间施加差分电压。所施加的电压可以是例如连接到底部电极186的电压斜坡、施加到顶部电极182的第二电压斜坡，以及施加到中心电极184的第三电压斜坡。通过所施加的电压来调制从左侧进入的光的透射，从而允许光穿过腔镜行进到右侧的光敏检测器64上。fabry-perot反射镜22、24在横向配置中与电极分离。

虽然传感器152被示为在eom176中具有三个电极182、184、186，但是在一些实施例中可以使用多于三个的电极，例如，可以使用四个或多个电极，或者在一些实施例中可以使用数百或数千个电极。在一些实施例中可以包含额外的电压驱动器电路(超过二个)，例如，数百或数千个驱动器电路。

图5是示出具有连接到驱动器电路204的分段的横向电光光调制器202的系统200的示例性配置的透视图示意图。在一些实施例中，eom202可以替代为图3-4和图8中所示的任何fabry-perot传感器中的eom。驱动器电路204可响应于控制信号206以类似于上文针对驱动器电路16所描述的方式产生eom电压调制波形212。

eom202包含电光材料的第一段208和电光材料的第二段210。电光材料208、210被示出为矩形，但是可以具有任何其他合适的形状，诸如正方形。材料208、210可各自包含电光聚合物、电光晶体，或电光陶瓷，或前述的任何合适的组合，如本文所公开的那些中的任一者。如上所述，eom202被配置为横向配置。

在该示例中，顶部电极226形成在材料208的顶表面上并连接到地222。在该示例中，底部电极228形成在材料210的底面上并连接到地224。

附加的中心电极214可以放置在eom段208、210的中心。在该特定示例中，施加的电压斜坡212连接到中心电极214。该电极214可以包含宽度为例如几微米的小凹槽，其已经被切割或以其它方式放置在电光材料的中心中或附近。可以使用可用的半导体加工技术来蚀刻凹槽。该凹槽具有在凹槽的侧面上形成导电横向电极的壁218和220。诸如溅射金的导体可以放置在凹槽中以覆盖底板和壁218、220，从而形成横向中心电极214。在一些实施例中可以使用其他导体，诸如金属，例如铜或铝。其它实施例可以不使用凹槽，而是在电光材料的表面上放置导电金属的小条带。

可以在eom202的中心、顶部和底部电极之间施加差分电压。所施加的电压例如可以是连接到中心电极214并且在顶部和底部电极226、228处接地的电压斜坡，如图所示。可以向电极214、226、228中的任何一者施加其它电压。例如，可以向最上部电极226施加第二电压斜坡，并且可以向最下部电极228施加第三电压斜坡。中心电极的目的是允许在顶部电极、中心电极和底部电极之间施加差分电压。在一些实施例中，施加在段208、210两端的差分电压可以彼此独立。

图6是说明耦合到多个电压驱动器电路258、260、261的横向电光光调制器(eom)250的替代示例性配置的透视图示意图。在一些实施例中，eom250可以替代为图3-4和图8中所示的任何fabry-perot传感器中的eom。驱动器电路258、260、261可以以与上面针对驱动器电路16和164所述的方式类似的方式，分别响应于控制信号262、264、266，分别产生eom电压调制波形v1、v2、v3268、270、272。

eom250被配置为“横向”配置。“横向”是指电极相对于光的路径的位置，如上所述。该电光材料可包含电光聚合物、电光晶体或电光陶瓷或前述的任何合适的组合，诸如本文所公开的那些中的任一者。

与图5的eom202相比，在电光材料中放置另外的附加电极。在该特定示例中，在电光材料中形成两个电极凹槽274、276，从而将材料分成段252、254、256。

在顶部材料段252的顶表面上形成的顶部电极278可以连接到地280，如图所示，或者在一些实施例中，连接到另一个电压驱动器电路。可以分别相对于顶部电极278，第二电极274，第三电极276和底部电极290施加附加的电压斜坡vl、v2、v3。

中心电极274、276中的每一者可以包含小凹槽，例如宽度为约1微米，其已经被切割或以其他方式放置在电光材料中。其它实施方式可以不需要凹槽，而是将导电金属的小条带放置在电光材料的表面上。这些条或凹槽形成导电电极，并且可以使用溅射金属导体(诸如溅射金)形成，例如放置在凹槽中或电光材料的表面上。

可以使用可用的半导体加工技术来蚀刻凹槽。每个凹槽分别具有壁282、284和286、288，该壁282、284和286、288在凹槽的侧面上形成导电横向电极。导体，诸如溅射金，作为一个示例，可以放置在凹槽中以覆盖底面和壁282、284和286、288，由此形成横向中心电极274、276。

可以在电极278、274、276、290之间施加差分电压。所施加的电压例如示出为分别连接到第二、第三和底部电极的电压斜坡vl、v2、v3。电极槽的目的是允许在顶部、中心和底部电极之间施加差动电压。其它电压可施加到电极278、274、276、290中的任一者。在一些实施例中，施加在段上的差分电压可以彼此独立。

本文公开的分段eom不限于两个或三个分段，如图5和图6所示。在一些实施例中，分段eom可以包含更多的段，例如数百、数千或数百万的段。此外，在一些实施例中，eom段可以布置成二维阵列，而不是图5和图6中所示的示例性1d段阵列。

图7是包含在光敏检测器阵列306前面的fabry-perot腔304的集成纵向电光光传感器300的另一示例的横截面侧视图。传感器300可以是单片传感器。来自顶部的返回光或入射光301由具有多个微透镜308的微透镜阵列302收集。

fabry-perot腔304包括顶部反射涂层310、透明导体涂层312(诸如ito涂层)、电光(eo)材料314(例如电光聚合物(eop)、电光晶体(eoc)、电光陶瓷(eoce)等，诸如本文所公开的任何一种)、底部透明导体涂层316(诸如ito涂层)和底部反射涂层318。

传感器阵列306可包含半导体衬底，其支撑位于由光学不透明屏蔽328(其可为诸如氧化物的介电层)隔离的相应阱320中的像素传感器322的阵列以避免光学串扰。多晶硅层326和导体层324可以提供到达和来自传感器322的电信号路径。

可以以精确时变的方式在eo涂层312、316上施加电压，以允许光以对于系统操作精确的方式通过fpc304传输到传感器阵列206(例如，cmos、ccd或其它类型的传感器阵列)。除了收集场景的整个图像之外，这种电调制光能够确定距离。反射涂层310、318和导电涂层312、316可以分别组合。在这种情况下，导电涂层由ito(氧化铟锡)构成。也可以使用其它导电涂层。该电光调制器被配置为“纵向”配置。如上所述，“纵向”是指电极相对于光的路径的放置。在纵向配置中，施加的电场(垂直于电极)与光传播的方向相同(从上到下)。该电光材料可以包括电光聚合物、电光晶体，或电光陶瓷，或前述的任何合适的组合，诸如本文别处公开的那些中的任何一者。

图8是集成横向电光光传感器350的示例的截面侧视图，该集成横向电光光传感器包含在光敏检测器阵列306前面的fabry-perot腔352。传感器350可以是单片传感器。微透镜阵列302收集来自顶部的入射光。fabry-perot腔352包含顶部反射涂层310、电光材料354(eop、eoc、eoce等)和底部反射涂层318。

fpc352包含至少两个电极356、358，用于通过位于其间的电光材料354产生电场。该电极配置垂直于或“横穿”光传播。在一些实施例中，电光材料354可以是分段的，并且可以使用具有不同电压驱动器的多个横向电极。导电电极256、358可包含ito(氧化铟锡)或任何其它合适的导电材料，诸如本文公开的任何金属导体。

电压可以以精确的方式施加在电极356、358上，以允许光通过fpc352以精确于系统操作的方式传输到传感器阵列306(cmos、ccd或其它类型的传感器阵列)。除了收集场景的整个图像之外，这种电调制光能够确定距离。所施加的电压可以例如是连接到一个电极358的电压斜坡，而另一个电极356连接到地。在横向配置中，可以使用多于两个的电极。电极356、358可包括施加在eo材料段之间的薄导电层，或eo材料层之间的凹槽中的导电材料，或eo材料354的顶表面和底表面上的导体条。

电光材料354可以包括电光聚合物、电光晶体，或电光陶瓷，或前述的任何合适的组合，诸如本文公开的那些中的任何一者。

在一些实施例中，图7和图8的传感器300、350中的每一者可以连接到本文公开的处理器子系统和适当的电压驱动器电路(一个或多个)，如结合图1-4所描述的，以分别经由fpc304、352控制入射光的调制，并且还处理从传感器阵列306输出的电子信号以导出3d信息。

在本文所述的fpc的一些实施例中，电极和电极导电层与eo材料的折射率大致匹配，使得折射率变化不超过0.0001，或不超过0.001，或不超过0.01。在本文所述的fpc的一些实施例中，材料(eo材料和导电材料)的折射率不匹配。

图9示出了说明作为电压的函数的“低精细度”fabry-perot腔和“高精细度”fabry-perot腔的示例性光透射的曲线图400。该图示出了使用fpc调制器的优点：利用相对低的电压(其可以取决于电极、电光材料和厚度的具体配置)，即使利用具有相对低的施加驱动电压的低精细度的腔，也可以实现高对比度透射(例如，80％或更多)。

图10示出了图示“低精细度”fabry-perot腔和“高精细度”fabry-perot腔的作为光入射角的函数的示例性光透射的曲线图450。透射可取决于电极的具体配置、电光材料和厚度。然而，在该特定配置中，即使在相对较低的入射角度下使用较小的精细腔，也可以实现高对比度透射(例如，80％)。

图11是另一个示例性纵向电光调制器(eom)500，诸如pockels盒的截面示意图。eom500包含夹在十一个透明电极504、506之间的十个eo材料502晶片。透明电极504、506可以是本文公开的任何透明电极材料。可将驱动电压施加到电极504、506中的每一者。

eo材料502可以是在形成纵向eom500的薄晶片中使用的结晶材料或极化结晶陶瓷(eo和eoce)。为了降低驱动电压，可以使用堆叠在一起的一系列纵向pockels盒形成调制层，如图11所示。例如，可以制造10个晶片的系列，每个晶片具有0.5mm厚的电光材料，诸如磷酸二氘钾(kd*p)，使得在532nm下的半波(开和关状态之间的100％对比度)电压为320v。可以使用其它晶体厚度和层数。例如，可以使用0.2mm或更小或小于2mm的eo材料晶片层。也可以使用其它晶体电光材料，诸如铌酸锂，以及其它电压、波形和晶体厚度。

组装这种堆叠500的一种方式是将诸如氧化铟锡(ito)的透明电极沉积在诸如氟化镁(mgf2)的双折射补偿材料的衬底上，并将电光材料夹在中间。这导致mgf2-ito-eo-ito-mgf2的分层结构，如果需要，其可以重复以形成堆叠的纵向pockels盒，然后补偿双折射。图11中所说明的堆叠式调制器500可包含任何合适数目的电极-晶体夹层。

不同晶片的光轴可以在0.5°内对准。在一些实施例中，光轴可以在1°或2°或更大的范围内对准。通过给交替的电极提供相同的电压信号，可以在每个晶体元件上并联施加电压。通过适当的绝缘和机械安装，这些元件可以被制造得最紧凑，包含放置电极触点，使得电压被施加到每个其它电极或其它适当的图案。即使对于由单晶构成的堆叠组合件，如果双折射补偿材料用作所述组合件的窗口(例如，位于由透明电极引起的电场外部)，其中透明电极沉积在补偿材料上或调制器材料上，那么该组合件也将最紧凑。

堆叠调制器，例如图11所示的调制器500，可以放置在光检测器阵列的前面，例如，图2所示的阵列64用于纵向电光调制器，或者图3的阵列64用于横向调制器，或者，替代fpc304和352，其可以集成在微透镜阵列302和传感器阵列306之间，在图7中示出了纵向电光传感器，在图8中示出了横向电光传感器。

在一些实施例中，堆叠500可以用作图1-4和图7-8所示系统的fabry-perot腔的相位调制器。该堆叠还可用于不使用微透镜阵列的传感器阵列和用于其它传感器阵列配置，诸如背面照明传感器。

图12是具有在具有多个微透镜558的微透镜阵列552下方或后面形成的纵向调制器554的示例性单片传感器550的横截面示意图。调制器554位于光敏检测器阵列556的前面。来自顶部的返回光或入射光由微透镜阵列552收集。

调制器554可以是本文公开的任何偏振调制器，或者可替代地/附加地，它可以包含本文公开的任何fabry-perot型调制器，其中图12中所示的偏振器层由本文其它附图中所示的反射或部分反射的层或涂层代替。所公开的横向调制器同样可位于微透镜阵列552的前方或后方。

例如，在一些实施例中，调制器层554包括fabry-perot腔，其由与透明导体560组合的顶部反射涂层、电光(eo)材料562(例如，电光聚合物(eop)、电光晶体(eoc)、电光陶瓷(eoce)等，诸如本文所公开的那些中的任何一者)、组合为底部反射涂层564的底部透明导体组成。

传感器阵列556可包含半导体衬底，其支撑位于由光学不透明屏蔽568(其可为诸如氧化物的介电层)隔离的相应阱566中的像素传感器570的阵列以避免光学串扰。传感器阵列可以是市售ccd或cmos光传感器阵列。

图13是具有形成在微透镜阵列552之前或上方的纵向调制器554的另一示例性单片传感器600的横截面示意图。

根据图7-8和图12-13中所示的任何传感器构造单片3d传感器的方法从诸如cmos或ccd的传感器阵列开始，不管是正面照射还是背面照射，都具有平坦化的表面。fabry-perot阵列可以使用一系列光刻生产步骤直接沉积在传感器阵列面上。可以在需要的任何表面的顶部上沉积包括氧化物或其他绝缘材料的绝缘层，然后沉积诸如氧化铟锡(ito)的导电涂层。eop层可以涂覆在ito层的顶部。可以在eop层上沉积第二ito层，然后沉积聚合物偏振层。如果需要，可以在顶部沉积微透镜阵列。上述材料和制造方法是示例性的，但是可以使用其他材料和制造。这些层的顺序可以不同，诸如ito或反射涂层外部的类似导电涂层，其可以与电光层直接接触。取决于材料特性和工艺要求，可能需要其他界面层，但结果是与现有微制造工艺一致的层的单片堆叠。可以存在用其他方法配置的3d传感器。这种结构也可以位于任何微透镜层的前面，或者这些结构可以更深地集成到成像阵列结构中。例如，最顶部的反射器可以沉积在透明基底的一侧上，而最顶部的ito涂层沉积在另一侧上。该涂覆衬底可以机械地定位在传感器阵列上方。可以在制造和配置3d传感器时进行其它类似的调节。

本文公开的调制器、传感器和集成的单片传感器系统可以用在3d系统中和/或执行3d方法，包括在美国专利8,471,895b2中公开的那些中的至少一些，该专利的全部内容通过引用并入本文，就好像被本文完全阐述了一样(本文称为“’895专利”)，以及于2017年11月27日提交的美国专利申请第15/823,482号和于2017年12月28日提交的美国专利申请第15/857,416号，这两个申请的主题以引用的方式整体并入本文。

本文描述的传感器系统提供紧凑的3d传感器。几个方面提供了更紧凑的单片传感器的能力。通过调制每个光传感器像素或像素组前面的光场以影响光子信号，可以从入射光场更有效地获得时间或深度信息(即，距离信息)。

'895专利中描述的系统利用诸如pockels盒和块状电光材料的调制器及时调制返回的光场。本文公开的本系统提供了通过在光检测器阵列的前方紧邻地放置薄调制器来创建紧凑的“芯片级”距离估计传感器的能力。在一个实施例中，薄调制器可使用与用于产生感测阵列的制造工艺相同的制造工艺来将薄调制器包含在感测阵列上。特别地，电光材料的设计、放置和选择降低了所需的激活电压。电压的降低降低了许多应用所需的尺寸、重量和功率(低swap)和/或体积。特别地，功率的降低使得能够在诸如手持装置和应用的小形状因数装置中使用芯片级成像器。

在图1-9中示出了若干示例性传感器系统的结构和操作。图7的传感器300在以下描述中用作参考示例；然而，应当理解，也可以使用其它公开的传感器来代替。例如，图7示出了具有第一反射元件310、电光材料314和第二反射元件318的集成传感器系统300。未示出的是用于照亮场景以产生由传感器300接收的入射返回光的外部触发光源，其可以与本文描述的任何传感器系统一起使用以照亮感兴趣的场景。该光源可以出射例如100ns量级的短脉冲。该光源可以是任何具有足够亮度的光源。在一个示例中，光源是在808nm出射光的激光二极管。808仅作为一个示例被提及，并且可以使用其他波长，例如，图7的系统可以使用与每个波长范围兼容的元件来设计用于任何紫外、可见、近红外、短波红外或长波红外。光源，诸如'895专利和于2017年12月18日提交的标题为“可用于提供脉冲光源的驱动电路”的美国专利申请15/845,719(其通过引用整体并入本文)可在一些情况下与本文公开的系统一起使用。

返回的光场(从场景反射或散射)穿过小透镜阵列(例如，图7的微透镜阵列302)、穿过第一反射器(例如，反射涂层310)和第一电导体(例如，顶部导电涂层312，其可以是诸如ito的透明电极)。然后，光在最终落在光敏阵列306、检测器、ccd阵列、cmos阵列或其它光敏检测器阵列上之前，穿过夹在两个透明电极312、316(例如，顶部和底部导电涂层)和底部反射器318(例如，底部反射涂层)之间的薄调制材料314(例如，纵向eo材料)。

调制层(例如，纵向电光材料)可由电光活性材料构成，例如电光聚合物(eop)、电光晶体(eop)、电光陶瓷(eoce)，或随施加的电压而改变其特性的其它类似电光材料。使用eop、eo或eoce材料可产生较低的激活电压以在调制器关闭时与其完全开启时之间获得所要的对比率，因为此些材料可具有30pm/v、50pm/v、100pm/v或甚至更高的电光系数。这些材料还可以以薄层施加，有时薄至1μm，或10μm，或更大。对于一些实施例，可以使用比1μm薄的层。eo层厚度可以大于或小于这些厚度。该材料和厚度可以被选择成使得该调制器电容小于1μf、小于100μf、小于10μf，或小于1μf。

对于被制造为使得存在引起相位延迟和产生的调制的双折射的eo调制层，可以包含补偿装备以补偿离轴双折射率，使得以非垂直入射角传播的光线接收与以垂直入射角传播的光线大约相同量的相位延迟。为了补偿双折射，eoc、eoce或eop可以制造成具有一层或多层具有与第一eoc、eoce或eop层相反符号的eo活性或非eo活性材料。另外/可替代地，其它非电-光活性聚合物、晶体或陶瓷可具有由物理应力或其它方式引起的双折射。这种双折射补偿层(或多个双折射补偿层)可以添加到调制层，如果不是电光活性的，则添加到电极之间，或者添加到电极之间的区域外部，但是仍然在传感器系统的光路内。对于一些实施方式，可以通过使用较薄的eoc、eoce或eop层厚度来解决双折射效应。对于使用fabry-perot设计的其他实施方式，可以降低q或谐振质量以使系统对双折射或其他缺陷较不敏感。

现在描述合适的eop、eo和eoce的几种实施方式，这些实施方式中的每一种均可用于本文所公开的任何传感器系统，例如图7和图8所示的传感器系统300、350。

所公开的传感器基本上将传统tof3d相机的时间灵敏度放到cmos传感器阵列前面的光学装置中，而不是如传统所做的那样放到其后面的电子装置中。一些电光聚合物、电光陶瓷和电光晶体是一类具有比传统晶体材料高多达40x的电光响应的材料。这种聚合物、陶瓷和晶体可包含kh2po4、kd2po4、linbo3或litao3。这些材料具有成比例地更低的驱动电压。在聚合物的情况下，这些材料可以以不同于陶瓷或晶体的方法应用。它们也可以通过旋涂施加以简化制造。根据所选择的材料，还可以获得其它性能优点，诸如低双折射、低温灵敏度或低介电常数。

在电光聚合物或电光陶瓷的情况下，这些材料通常是添加到基底材料诸如有机聚合物基质如pmma(聚(甲基丙烯酸甲酯))中的特殊化合物。可以选择基底以匹配折射率，因此陶瓷材料(具有通常较高的折射率)将使用不同的基底。可以使用其它聚合物碱。为了有效，必须使用在升高的温度(150-200℃或某一时间更高或更低)下施加的“极化”电压使一些材料中的分子与公共轴对准，以使电光系数r33或其它适当的系数最大化。对于所公开的单片传感器，可以在制造过程期间仅在升高的温度下使用与用于操作相同的ito或其他电极来施加极化场。在一些实施例中，可以在与工作期间由电极(诸如ito电极)形成的场方向不同的方向上施加极化场。在一些情况下，电极可以是临时的并且在操作之前被移除。在一些实施例中，极化场和调制场在相同的方向上。

极化电光材料的过程可以是极化电光材料领域中已知的一种，无论是聚合物、陶瓷还是晶体。结晶材料具有天然的长程有序性。该有序可以包含非中心对称的性质。eo材料(聚合物、陶瓷或晶体)应当是非中心对称的，以显示pockels效应或一级电光效应。陶瓷通常具有长程有序性，但仅在陶瓷的“晶粒”内。包括陶瓷基底本身的陶瓷颗粒的集合不能保证具有非中心对称的特性。最后，聚合物可以具有或可以不具有固有的长程有序性。

eo材料，特别是聚合物和陶瓷的问题是缺乏有序性。为了引起非中心对称有序性，通常通过“极化”工艺来处理材料。所需的电学性质只能在非中心对称材料中找到。为了打破潜在的自然发生的“中心对称”，聚合物、陶瓷，或有时晶体材料必须被极化。所产生的极化可以由偶极子和/或畴的取向，在非均质聚合物材料中电荷层的累积以及这两种效应的组合引起。为了在材料中实现偶极取向，必须在聚合物膜或层的表面之间施加足够高的电场。存在产生跨越样品厚度的电场的各种可能性。通常通过在电晕放电中对聚合物充电，通过在直接电极接触中极化双面金属化样品，通过用电子束沉积电荷层或通过用液体接触对表面充电来产生内部电场。在一些情况下，聚合物(一种这样的聚合物称为聚偏二氟乙烯或pvdf，化学符号为[c2h2f2]n)为天然的铁电体，在这种情况下，当施加电压时，温度应升高到一定温度以上。该温度称为铁电转变温度。在施加适合于材料的正确电压时，材料将在冷却时呈现非中心对称取向。其它材料，例如由掺杂有35wt％偶极苯基四烯发色团的聚碳酸酯组成的基础聚合物，也称为seo100，使用235v的极化电压在约150℃的温度下极化，seo100仅作为示例列出。其它由聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，乙酸纤维素，聚乙烯组成的复合聚合物基料(仅列出一些基质聚合物)也可以通过加入相同或交替的发色团或发色团的混合物来改性，得到类似于seo100的行为，然后极化。这些可极化聚合物具有特定于那些特定实体的特性(极化电压和极化温度)。一旦实体已经被制造(极化)并且电极已经被成功应用，该材料就准备用作fabry-perot腔内的相位调制器。

前述eo材料可用于本文所公开的任何调制器或传感器系统中。另外，在一些实施例中，可使用可在图像传感器的平坦化层上或在图像传感器制造工艺中的其它步骤处或在可用环氧树脂或其它工艺附接到光传感器或传感器阵列的单独衬底上外延生长的其它材料。在这些生长的材料中的一些中，可以通过不同的蚀刻步骤或衬底制备来产生图案，以使材料在不同的晶轴(或等效的)取向上生长。

使用eo聚合物的基于相位的调制器(fabry-perot调制器)

对于图1-2和图7中所示的fpc结构，对于电光聚合物材料(用作eo材料32、314)的相位变化δφ通过该关系(等式

1)与电光系数相关。

(等式2)1)

其中n是聚合物的折射率，rij是电光系数、λ是光的波长、l是传播方向上的厚度，并且d是施加的电压v的方向上的厚度。在fpc纵向激励的情况下，材料厚度l与施加电压的距离d相同。在横向激励配置中，l可以不同于d。

可以使用通过用反射层包围eo聚合物形成的fabry-perot腔获得必要的幅度调制。在这种情况下，fabry-perot调制器的相应透射强度t由下式给出，

(等式2)2)

其中f是标准具反射率r的精细度系数4r/(1-r)²对于薄膜标准具，精细度可以＞100，同时仍然保持对入射角和温度的相对不敏感性(类似于零阶和多阶波片之间的敏感性差异)。

在一些配置中，使用横向或纵向电极生产诸如pvdf或seo100的极化聚合物。一旦将聚合物放置在fabry-perot腔中，施加外部施加的电压。这导致了对射入光的直接调制。使用如图1-8中的任一者所示配置的这种fpc，这种定时光调制可用于使用'895专利中公开的方法来确定距离，该专利通过引用整体并入本文。

纵向和横向电光fabry-perot单片传感器300、350的示例分别在图7和图8中示出。在这些传感器300、350中，附加涂层被示为层叠在传统的基于硅的cmos传感器阵列306的现有sio2钝化层328的顶部上的薄层中。对于基于fabryperot的调制器，eo聚合物材料可以位于两个反射涂层310、318之间，在一些实施例中，对于160的精细度，每个反射涂层具有约85％的固有反射率；或者在其它实施例中，对于1000的精细度，大约94％的反射率。可以使用其他反射率值，范围在0％-100％之间。

在具有150pm/v的电光系数的纵向调制器系数中，对于以上列出的精细度，在图9中示出了作为所施加电压的函数的fpc层304的所得到的光透射。可以使用透明电极层将该电压均匀地施加在传感器的孔径上。氧化铟锡(ito)是通常用于透明导电涂层的材料。其它透明电极(其导电但也允许光透射)可用于代替ito，诸如izto或其它导电氧化物，或金(或其它金属)网或透明或半透明的薄金属层。

fabry-perot标准具可能对内部入射光场的角度敏感。角灵敏度阻止了fabry-perot电光调制器在过去的一些应用。在本文所公开的传感器系统和调制器中，标准具的厚度可为约0.0012mm厚(1.2微米或1.2e-06m厚)。在该配置中，能够实现如图10所示的14°和20°的fwhm的接受角。这相当于f/3.5和f/2.7透镜的角度接受。

由于在本文描述的传感器的fabry-perot腔中使用的薄层，同样可以显著降低温度灵敏度。可以使用低f#(高角度接受性)，以使传感器系统和调制器能够对2d图像上的每个像素进行距离测量，从而允许直接生成3d(位置+距离)数据。因此，本文公开的传感器系统和/或调制器可以允许新的应用，即，芯片级3d测量相机以及其他应用。

在一些实施例中，纵向fabry-perot腔调制的触发可以仅需要在808nm处的34-70v-相对于未采用所公开的fabry-perot腔传感器系统和调制器的现有pockels单元调制器的100x改进。

本文所公开的单片3d传感器(传感器系统)的fabryperoteo调制器可以在大约30v的情况下实现>80％的调制深度。因为eo聚合物是薄的(约1.2μm)，角度接受性高。可以使用沉积在cmos传感器阵列的现有sio2钝化层的顶部上的薄膜堆叠来实现调制器功能，如图7-8和图12-13所示。

此外，为了考虑照明图案或表面反射率的变化，可以通过在任何公开的传感器系统中使用的相同光学装置产生归一化图像。为了做到这一点，fabry-perot传感器系统中的反射层可以以与颜色传感器现在具有直接放置在每个像素上方的图案化滤色器(例如，bayer图案、棋盘图案或其它预定图案)非常相同的方式在空间上图案化。在使用fabry-perot调制的情况下，每隔一个像素或某一其它合适的图案可在eo聚合物或eo材料上方和/或下方具有抗反射层或无反射层，使得在施加电压时不发生调制且几乎所有入射光透射到像素。在一些实施例中，ito可被图案化，使得仅一些像素上的部分eo层将经历施加的电压或电场。可以在逐个像素的基础上，或基于像素组，在调制器层中形成图案，其中在图案的特定图案区域(未调制区域或反射调制区域)中包含一组两个或多个像素。然后，可以以类似于如何为其它彩色像素内插rgb颜色的方式，为另一半像素内插已调制和未调制的响应。这是公开的传感器系统的一个特定的附加配置。

可替代地，可以通过使用第二图像来获得归一化图像，在使用相同传感器和相同像素或检测器的调制图像之前或之后的不同时间获取该第二图像。这种时间交错调制和未调制图像或响应的方法可以与本文描述的任何调制解决方案一起使用。

在其它实施例中，与'895专利中描述的许多实施例类似，调制器层可由在施加的电场下引起导致偏振状态变化的透射光的相位变化的材料组成。在图12中示意性地示出了这样的实施例。例如，可以以关于在2017年2月28日提交的标题为“3d成像系统和方法”的美国专利申请15/445,560中描述的偏振栅格所公开的方式来图案化偏振器层，其通过引用整体并入本文；或者它可以是恒定偏振器层或膜或其它结构。可以使用如上所述的纵向或横向电极布置来配置这样的调制层。在一些实施例中，对于eo材料的所需极化，极化场的方向与调制场的方向相同。在一些实施例中，极化场可以在与调制场不同的方向上。

fabry-perot腔内电光调制器的附加示例

以下描述用于可在fabry-perot腔内使用的一个或多个电光调制器(例如本文所公开的任何fpc)的某些示例性结构和材料。可以在于2017年12月28日提交的标题为“宽视场电光调制器和制造和使用该电光调制器的方法和系统”的美国专利申请15/857,263中找到关于这些结构、材料和调制器的附加信息，其通过引用整体并入本文。

作为第一示例，具有光轴的fabry-perot腔内的电光调制器(eom)可以包含：被配置为接收光的第一电光材料，该第一电光材料具有指示通过该第一电光材料的方向的第一光轴沿着其穿过第一电光材料的光线不经历双折射的电光材料，该第一电光材料定位在调制器内，使得第一光轴不平行于调制器的光轴；半波片，其被配置为接收从第一电光材料输出的光；以及第二电光材料，其被配置为接收从该半波片输出的光，该第二电光材料具有指示穿过该第二电光材料的方向的第二光轴，沿着该第二光轴穿过该第二电光材料的光线不经历双折射，该第二电光材料定位在该调制器内，使得该第二光轴不平行于该调制器的该光轴。包含在调制器任一端的以纵向方式配置的电极，其中出射的光矢量近似平行于施加的电场。这些电极可以被配置为使得该电场总体上横向于该调制器的光轴。

该第一光轴可以与该调制器的光轴正交。并且该第二光轴可以指向与该第一光轴相反的方向。

例如，第一光轴可以与调制器的光轴正交，第二光轴可以与调制器的光轴正交，其中第二光轴指向与第一光轴相反的方向。

fabry-perot腔中的第二示例eom可以包含具有光轴的eom。该eom包含被配置为接收光的第一电光材料，该第一电光材料具有指示穿过该第一电光材料的方向的第一光轴，沿着该方向穿过该第一电光材料的光线不经受双折射，第一电光材料位于调制器内，使得第一光轴不平行于调制器的光轴；被配置为接收从第一电光材料输出的光的第一半波片；被配置为接收从该半波片输出的光的第二电光材料，该第二电光材料具有指示穿过该第二电光材料的方向的第二光轴，沿着该方向穿过该第二电光材料的光线不经受双折射，该第二电光材料定位在该调制器内，使得该第二光轴不平行于该调制器的光轴；被配置为接收从该第二电光材料输出的光的第三电光材料，该第三电光材料具有指示穿过该第三电光材料的方向的第三光轴，沿着该方向穿过该第三电光材料的光线不经受双折射，该第三电光材料定位在该调制器内，使得该第三光轴不平行于该调制器的光轴；被配置为接收从该第三电光材料输出的光的第二半波片；被配置为接收从该第二半波片输出的光的第四电光材料，该第四电光材料具有指示穿过该第四电光材料的方向的第四光轴，沿着该方向穿过该第四电光材料的光线不经受双折射，该第四电光材料被定位在该调制器内，使得该第四光轴不平行于该调制器的光轴。

在第二eom中，第二光轴可指向与第一光轴相反的方向，且第三光轴指向与第四光轴相反的方向。例如，第一光轴可以与调制器的光轴正交、第二光轴可以与调制器的光轴正交、第三光轴可以与调制器的光轴正交、第四光轴可以与该调制器的光轴正交，并且其中该第二光轴可以指向与该第一光轴相反的方向，并且该第三光轴可以指向与该第四光轴相反的方向。

在每个eom示例中，eo材料的厚度可大致相等，或者它们可各自在厚度上不同。每个eo材料的厚度可以各自小于10μm。例如，这些eo材料中的一种或多种的厚度可以小于1μm。

该半波片可以是零级波片，其中该半波片是波片的组合以产生有效的零级波片。该半波片可以是光学旋转器，其中该半波片是零阶半波片的组合以产生光学旋转器。

示例性电光(eo)材料

任何合适的电光材料可用于所公开的eom和调制器中，例如本文所公开的fpc中。例如，eo材料可以是铌酸锂(linbo3)晶体、钽酸锂(litao3)晶体或磷酸二氢钾(kd*p)晶体。所有这些都是负双折射的单轴晶体。

其它材料可用于电光材料。例如，这些材料可以是相同结构的类似材料或铌酸锂(linbo3)晶体，钽酸锂(litao3)晶体或磷酸二氢钾(kdp)晶体的固溶体。例如，铌酸锂和钽酸锂之间存在固溶体。具有linbxta(1-x)o3的组成的任何材料；其中x是在0和1之间限定的数，即，通常，0≤x≤1，可以是合适的材料。

可用于电光材料的其它材料包含磷酸二氢钾及其同形体。对于磷酸二氢钾，存在氢被氘取代的固溶体(重氢质子)。kh2xd2(1-x)po4的任何固溶体(其中x是在0和1之间限定的数，即0≤x≤1)可以是合适的材料。kd*p(kd2p04)(kd*p也称为dkdp、氘化磷酸二氢钾、二氘磷酸钾或氘化磷酸钾单碱)可用于电光材料。可替代地，该材料可以由作为kdp或kd*p的同晶型的材料的固溶体组成。例如，nh4、rb和cs可以取代k，并且as可以取代p。所有这些同构变体可以是eom10的合适材料。dkdp的同构材料通常可以由一组具有以下通式的化学品组成axbyczh2rd2(1-r)fsg(1-s)o4；0<＝r<＝1；0<＝s<＝1；其中x+y+z＝1；0≤r≤1；0≤s≤1；a、b、c选自nh4、k、rb、cs的元素或离子；h为氢且d为氘；f和g选自离子磷或砷。例如，当y＝z＝r＝s＝0且a＝k，且g＝p时，该化合物为材料kd2po4。

可用于电光材料的其它材料包括选自由pzt(锆钛酸铅)组成的组或与pzt同构的材料。这样的组由具有用于氧化物铁电pb[zrxti1-x]o3的通式的化学品组成，其中0≤x≤1。

可用于电光材料的其它材料包含选自氧化物铁电体axbyczfo3的通式的任何材料、晶体或陶瓷；其中x+y+z＝1；a和b和c选自以下元素或离子：ba、sr、ca、mg、pb、bi；f选自以下元素或离子：ti或zr或各元素之间的部分固溶体。可以使用的普通电光半导体化合物，batio3由通式获得，其中a＝ba、f＝ti、x＝1、y＝z＝0。

可用于电光材料的其它材料包含选自半导体的通式(axbycz)(dqerfs)的任何材料、晶体或陶瓷，其中x+y+z＝1且q+r+s＝1；a和b和c选自以下元素或离子ga、in或al；并且d、e和f各自选自p、as或sb。可以使用的电光材料是半导体化合物gaas，其从以下通式获得：其中a＝ga、d＝as、x＝1、q＝1、x＝y＝r＝s＝0。

可用于电光材料的其它材料包含选自半导体的通式(axbycz)(gqhrls)的任何材料、晶体或陶瓷：其中x+y+z＝1且q+r+s＝1；a和b和c各自选自以下元素或离子：zn、cd、hg；并且g、h、l选自s、se、te。可以使用的示例性电光材料是半导体化合物和电光材料cds，其从以下通式获得：其中a＝cd、g＝s、x＝1、q＝1、x＝y＝r＝s＝0。

可用于电光材料的其它材料包含选自通式aio3的任何材料、晶体或陶瓷；其中a选自元素或离子h、li、k、rb、cs。例如，可以使用铁电材料kio3，也称为碘酸钾，其中在公式中a＝k。

可用于电光材料的其它材料包含选自铁电聚合物通式的任何材料、晶体或陶瓷。这样的聚合物包含但不限于聚偏二氟乙烯或(pvdf)，也写为(ch2cf2)n或偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物，也写为(ch2cf2)x(chfcf2)(1-x)或(vdf)x(trfe)(1-x)，其中0≤x≤1。

可用于电光材料的其它材料可包含液晶、待发明的其它材料等。基于该材料和系统要求来确定该材料布置和施加的电压。

第一电光材料和第二电光材料可以是相同的材料。可替代地，这些电光材料可以各自是不同的材料。上述材料的任何合适的组合可用于该材料。

尽管eo材料的某些示例可以是双折射的，但是在某些情况下，eo材料可以具有小的或零双折射-如在立方对称材料的情况下，诸如gaas，或者在双折射小的单轴或双轴材料中。例如，一种或两种eo材料可以不具有双折射。可替代地，eom可以具有单个eo材料而不是两个eo材料片，该单个eo材料具有很小的双折射或没有双折射。

另外/可替代地，eo材料可包含通用极化聚合物。这样的聚合物包含但不限于seo100。

应当理解，取决于示例，本文所述的任何方法的某些动作或事件可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全省略(例如，并非所有描述的动作或事件都是实践该方法所必需的)。此外，在某些示例中，动作或事件可以例如通过多线程处理或多个处理器同时执行，而不是顺序执行。另外，尽管出于清楚的目的将本发明的某些方面描述为由单个模块或组件执行，但应理解，本发明的技术可由与特定所描述实施方式相关联的组件或模块的任何合适组合来执行。

前面的描述是说明性的而不是限制性的。虽然已经描述了某些示例性实施例，但是考虑到前述教导，本领域的普通技术人员将容易想到涉及本发明的其他实施例、组合和修改。因此，本发明仅受所附权利要求书限制，所述权利要求书涵盖所公开实施例中的至少一些实施例，以及当结合以上说明书和附图查看时的所有其它此类实施例和修改。