调频光源及固态调频连续波激光雷达的制作方法

本发明属于激光雷达，尤其涉及一种调频光源及固态调频连续波激光雷达。

背景技术：

1、根据发射信号不同，激光雷达分为两类：脉冲激光雷达和连续波激光雷达。连续波激光雷达又可分为相位式激光雷达和调频连续波(frequency modulatedcontinuouswave，fmcw)激光雷达。其中，调频连续波激光雷达与脉冲激光雷达相比，具有如下技术优势：测距范围大；距离分辨率高；可实现多普勒测速；尺寸小，易集成。得益于以上优势，调频连续波激光雷达在高精度地图测绘和自动驾驶等领域有着广阔的应用前景。

2、但目前的调频连续波激光雷达所用光源发出的激光束的调频带宽较小，从而影响激光雷达的距离分辨能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种调频光源及固态调频连续波激光雷达，旨在解决现有技术中调频连续波激光雷达所用光源发出的激光束的调频带宽较小以及尺寸较大的技术问题。

2、本发明是这样实现的，第一方面，提供了一种调频光源，包括激光光源以及硅光芯片，所述硅光芯片包括依次层叠设置的硅衬底、埋氧层、硅波导和覆盖层，所述硅波导包括p型掺杂区、n型掺杂区、形成于所述n型掺杂区上的第一电极，以及形成于所述p型掺杂区上的第二电极，所述激光光源集成于所述覆盖层上，所述激光光源用于向外发射激光束，所述激光束能够通过所述覆盖层进入所述硅波导并经所述硅波导发出，且通过调节加载至所述第一电极和所述第二电极之间的电压大小，能够实现所述硅波导折射率的调节并由此实现对激光束的调频带宽的调节。

3、在一个可选实施例中，所述硅波导还包括位于所述p型掺杂区以及所述n型掺杂区之间的本征区。

4、在一个可选实施例中，所述第一电极和所述第二电极之间施加正向电压，所述硅波导形成载流子注入型结构；

5、或者，所述第一电极和所述第二电极之间施加负向电压，所述硅波导形成载流子耗尽型结构。

6、在一个可选实施例中，所述硅波导还包括位于所述p型掺杂区以及所述n型掺杂区之间的氧化硅介质层，所述氧化硅介质层与所述p型掺杂区和所述n型掺杂区形成mos电容。

7、在一个可选实施例中，所述第一电极和所述第二电极之间施加正向电压，所述硅波导形成载流子积累型结构。

8、在一个可选实施例中，所述硅波导为脊型波导。

9、在一个可选实施例中，所述激光光源为分布式反馈激光器。

10、在一个可选实施例中，所述激光光源包括依次层叠设置的n型掺杂的inp层、有源层、光栅层和p型掺杂的inp层，所述p型掺杂的inp层上形成有第三电极，所述n型掺杂的inp层上形成有第四电极，所述n型掺杂的inp层形成于所述覆盖层上。

11、在一个可选实施例中，所述激光光源通过圆晶键合、芯片键合或者外延生长的方式集成于所述覆盖层上。

12、本发明相对于现有技术的技术效果是：本发明实施例提供的调频光源，包括集成在一起的硅光芯片和激光光源，其中，硅光芯片包括依次层叠设置的硅衬底、埋氧层、硅波导和覆盖层，激光光源集成于覆盖层上。激光光源产生的激光束能够通过覆盖层进入硅波导，从而在激光光源和硅波导的作用下形成一种混合光模式，该模式的有效折射率由激光光源和硅波导共同决定。其中，硅波导包括p型掺杂区、n型掺杂区、形成于n型掺杂区上的第一电极，以及形成于p型掺杂区上的第二电极。调频光源的调频特性是通过改变硅波导的折射率来实现的。使用时，可通过调节加载至第一电极和第二电极之间的电压大小，以实现硅波导折射率的调节，进而实现对激光束的调频带宽的调节。如此，本发明实施例提供的调频光源所产生激光束的带宽不仅可通过激光光源进行调节，还可以通过调节加载于硅波导两端的电压大小进行调节，进而使得调频光源产生的激光束具有更大的带宽调节范围，即提高了调频光源产生的激光束的调频带宽。又由于距离分辨率和调频带宽遵循sr≥c/2b这一关系式，其中，c为光速，b为调频带宽，sr为距离分辨率。如此，在调频光源产生的激光束的调频带宽变大后，可有效提高应用本实施例提供的调频光源的激光雷达的距离分辨率能力。

13、第二方面，提供了一种固态调频连续波激光雷达，包括上述各实施例提供的调频光源，以及形成于所述硅光芯片上的光束控制组件和硅基相干接收器。

14、在一个可选实施例中，光束控制组件为硅基光学相控阵。

15、在一个可选实施例中，所述固态调频连续波激光雷达还包括形成于所述硅光芯片上的分光器、耦合器和探测器。

16、本发明相对于现有技术的技术效果是：本发明实施例提供的固态调频连续波激光雷达则将发射端和接收端集成在了同一硅光芯片上，从而有效减小了固态调频连续波激光雷达的体积，降低了其生产成本。又由于本发明实施例提供的固态调频连续波激光雷达包括上述各实施例提供的调频光源，提高了光源所发出激光束的带宽，从而有效提高了固态调频连续波激光雷达的距离分辨率。

技术特征：

1.一种调频光源，其特征在于，包括激光光源以及硅光芯片，所述硅光芯片包括依次层叠设置的硅衬底、埋氧层、硅波导和覆盖层，所述硅波导包括p型掺杂区、n型掺杂区、形成于所述n型掺杂区上的第一电极，以及形成于所述p型掺杂区上的第二电极，所述激光光源集成于所述覆盖层上，所述激光光源用于向外发射激光束，所述激光束能够通过所述覆盖层进入所述硅波导并经所述硅波导发出，且通过调节加载至所述第一电极和所述第二电极之间的电压大小，能够实现所述硅波导折射率的调节并由此实现对激光束的调频带宽的调节。

2.如权利要求1所述的调频光源，其特征在于，所述硅波导还包括位于所述p型掺杂区以及所述n型掺杂区之间的本征区。

3.如权利要求1或2所述的调频光源，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极之间施加正向电压，所述硅波导形成载流子注入型结构；

4.如权利要求1所述的调频光源，其特征在于，所述硅波导还包括位于所述p型掺杂区以及所述n型掺杂区之间的氧化硅介质层，所述氧化硅介质层与所述p型掺杂区和所述n型掺杂区形成mos电容。

5.如权利要求4所述的调频光源，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极之间施加正向电压，所述硅波导形成载流子积累型结构。

6.如权利要求1所述的调频光源，其特征在于，所述硅波导为脊型波导。

7.如权利要求1-6任一项所述的调频光源，其特征在于，所述激光光源为分布式反馈激光器。

8.如权利要求7所述的调频光源，其特征在于，所述激光光源包括依次层叠设置的n型掺杂的inp层、有源层、光栅层和p型掺杂的inp层，所述p型掺杂的inp层上形成有第三电极，所述n型掺杂的inp层上形成有第四电极，所述n型掺杂的inp层形成于所述覆盖层上。

9.如权利要求1-6任一项所述的调频光源，其特征在于，所述激光光源通过圆晶键合、芯片键合或者外延生长的方式集成于所述覆盖层上。

10.一种固态调频连续波激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的调频光源，以及形成于所述硅光芯片上的光束控制组件和硅基相干接收器。

11.如权利要求10所述的固态调频连续波激光雷达，其特征在于，光束控制组件包括振镜或者硅基光学相控阵。

12.如权利要求10或11所述的固态调频连续波激光雷达，其特征在于，所述固态调频连续波激光雷达还包括形成于所述硅光芯片上的分光器、耦合器和探测器。

技术总结
本发明适用于激光雷达技术领域，提供了一种调频光源及固态调频连续波激光雷达。调频光源包括激光光源以及硅光芯片，硅光芯片包括依次层叠设置的硅衬底、埋氧层、硅波导和覆盖层，硅波导包括P型掺杂区、N型掺杂区、形成于N型掺杂区上的第一电极，以及形成于P型掺杂区上的第二电极，激光光源集成于覆盖层上，通过调节加载至第一电极和第二电极之间的电压大小，能够实现硅波导折射率的调节并由此实现对激光束的调频带宽的调节。固态调频连续波激光雷达，包括上述调频光源，以及形成于硅光芯片上的光束控制组件和硅基相干接收器。本发明提供的调频光源及固态调频连续波激光雷达，可有效提高调频光源发出的激光束的调频带宽。

技术研发人员：朱瑞,汪敬
受保护的技术使用者：深圳市速腾聚创科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13