光芯片、FMCW激光雷达及可移动设备的制作方法

本技术涉及激光探测，尤其涉及一种光芯片、fmcw激光雷达及可移动设备。

背景技术：

1、调频连续波(frequency modulation continuous wave，fmcw)激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测光，然后将接收到的从目标反射回来的回波光与本振光进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如、目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

2、相关技术中，fmcw激光雷达包括壳体、光源模组、光芯片、扫描模组以及光电探测模组。其中，光源模组用于生成探测光与本振光，探测光用于探测目标物体，本振光则用于作为本地参考。光芯片用于接收探测光并出射，以使探测光射向扫描模组，以及用于接收回波光，以使回波光向光电探测模组传输；光芯片的设置旨在使发射探测光与接收回波光的波导满足距离较近的条件，从而可以省去传统的用于将探测光路与回波光路分开的偏振分光棱镜等光路分离元件。扫描模组的扫描部件可以相对于壳体转动，进而可以通过反射经由光芯片输出的探测光的方式而形成对探测光的扫描，以在fmcw激光雷达之外形成特定的探测视场；一般地，扫描模组包括两个扫描器件，如多面转镜和振镜，多面转镜用于实现水平方向的扫描，振镜则用于实现垂直方向的扫描。光电探测模组用于接收上述本振光以及回波光。

技术实现思路

1、相关技术中fmcw激光雷达采用振镜与多面转镜共同配合实现扫描的方式结构复杂，且多个扫描器件的设置容易使得fmcw激光雷达的可靠性降低。

2、本技术实施例提供了一种光芯片、fmcw激光雷达及可移动设备，以改善当前fmcw激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。

3、第一方面，本技术实施例提供了一种光芯片，该光芯片包括包层、多个偏振分束模块、第一收发波导模块和第三光开关模块。其中，第一光开关模块嵌设于所述包层，具有第一输入端口与多个第一输出端口，所述第一输入端口用于接收探测光。偏振分束模块嵌设于所述包层，所述偏振分束模块具有第一端口、第二端口与第三端口，每一偏振分束模块的第一端口连接于一个所述第一输出端口，所述偏振分束模块用于经由所述第一端口接收探测光，并经由所述第二端口输出所述探测光。第一收发波导模块包括多个第一收发波导，每一所述第一收发波导与一所述偏振分束模块的第二端口对应连接，所述第一收发波导沿第一方向延伸，所述第一收发波导用于传输并出射所述探测光，以探测目标物体，所述第一收发波导还用于接收并传输回波光；所述偏振分束模块用于经由所述第二端口接收所述回波光，并经由所述第三端口输出所述回波光的至少部分。各所述第一收发波导沿第二方向间隔排布，所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向中任意两个相互垂直。第三光开关模块具有多个第三输入端口与一个第三输出端口，每一所述第三输入端口对应连接一所述偏振分束模块的第三端口。

4、在一些实施例中，所述偏振分束模块包括偏振分束旋转器。

5、在一些实施例中，所述第一光开关模块包括第一光开关与第二光开关。所述第一光开关具有一个输入端与多个输出端，所述第一光开关的输入端为所述第一输入端口。所述第二光开关具有一个输入端与多个输出端，所述第一光开关的每一输出端连接有一个所述第二光开关的输入端，所述第二光开关的输出端为所述第一输出端口。

6、在一些实施例中，所述第一光电探测模块包括第一光混频器与第一平衡光电探测器。所述第一光混频器与所述第三端口连接，所述第一光混频器用于接收所述本振光与经由所述第三端口输出的回波光。所述第一平衡光电探测器与所述第一光混频器连接。

7、在一些实施例中，还包括分光模块。所述分光模块用于接收经由所述光芯片之外的光源模组生成的光信号，并分束为至少包括所述探测光与至少一束所述本振光。所述偏振分束模块及所述光电探测模块均与所述分光模块连接。

8、在一些实施例中，还包括第二收发波导模块、第二光开关模块与第二光电探测模块。第二收发波导模块，包括多个第二收发波导，每一个所述第二收发波导与一个所述第一收发波导对应且沿所述厚度方向间隔设置，所述第二收发波导用于接收并传输所述回波光，各所述第二收发波导之间沿所述第二方向间隔排布。第二光开关模块具有多个第二输入端口与一个第二输出端口，每一个所述第二输入端口对应连接一个所述第二收发波导。第二光电探测模块用于接收本振光以及经由所述第二光开关模块的第二输出端口输出的回波光。

9、在一些实施例中，所述第二光开关模块包括多个第三光开关与第四光开关。所述第三光开关具有多个输入端与一个输出端，所述第三光开关的每一个输入端为所述第二输入端口。所述第四光开关具有多个输入端与一个输出端，所述第四光开关的每一个输入端连接有一个所述第三光开关的输出端，所述第四光开关的输出端为所述第二输出端口。

10、在一些实施例中，还包括层间转换器。所述第二光电探测模块、所述第一光电探测模块、所述偏振分束模块、所述第一光开关模块与所述第一收发波导模块沿所述厚度方向位于所述光芯片的同一层。所述层间转换器分别与所述第二输出端口以及所述第二光电探测模块连接，用于将所述第二输出端口输出的回波光耦合至所述第二光电探测模块。

11、在一些实施例中，所述光芯片包括多个第二收发波导模块、多个第二光开关模块与多个第二光电探测模块。各所述第二收发波导模块沿所述厚度方向间隔排布，所述第二收发波导模块、所述第二光开关模块与所述第二光电探测模块之间一一对应。

12、在一些实施例中，所述光芯片包括多个偏振分束模块、多个第一光开关模块与多个第一收发波导模块。各所述第一收发波导模块之间沿所述第二方向间隔排布，所述偏振分束模块、所述第一光开关模块与所述第一收发波导模块之间一一对应。

13、在一些实施例中，包括四个以上第一收发波导，所述四个以上第一收发波导包括第一预设波导、第二预设波导、第三预设波导以及第四预设波导，所述第一预设波导与所述第二预设波导为沿所述第二方向位于最外侧的两第一收发波导，其余的所述第一收发波导位于所述第一预设波导与所述第二预设波导之间，所述第三预设波导与所述第四预设波导位于所述第一预设波导与所述第二预设波导之间，所述第三预设波导较所述第四预设波导更靠近所述第一预设波导。沿所述第二方向，自所述第三预设波导至所述第四预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第一间距，自所述第一预设波导至所述第三预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第二间距，自所述第二预设波导至所述第四预设波导，任意相邻的两所述第一收发波导之间的间距为第三间距，所述第一间距小于第二间距，所述第一间距小于第三间距。

14、第二方面，本技术实施例还提供一种激光雷达。该激光雷达包括壳体、光源模组、上述的光芯片以及一维扫描模组。光源模组收容于所述壳体，其用于生成光信号。光芯片收容于所述壳体，所述光芯片用于接收所述光信号。一维扫描模组收容于所述壳体，其用于接收并反射经由所述第一收发波导输出的探测光信号，所述一维扫描模组可相对于所述壳体转动。

15、在一些实施例中，所述一维扫描模组为多面转镜。

16、第三方面，本技术实施例提供了一种可移动设备，该可移动设备包括可移动的主体以及上述的激光雷达。

17、本技术的技术方案具有以下技术效果：

18、本技术实施例提供的光芯片包括包层、第一光开关模块、多个偏振分束模块、第一收发波导模块与第三光开关模块。其中，第一光开关模块具有第一输入端口与多个第一输出端口。偏振分束模块与所述第一输出端口一一对应设置，偏振分束模块的第一端口与一第一输出端口连接。每一第一收发波导与一个偏振分束模块的第二端口连接，其用于传输探测光并出射，以探测目标物体，以及用于接收并传输回波光。

19、与相关技术中需要采用振镜加多面振镜两个扫描器件来实现二维扫描的方式相比，本技术实施例提供的光芯片可以通过第一光开关模块使探测光按照预设顺序依次经由各第一收发波导出射，以实现探测光在第二方向上的扫描，从而使fmcw激光雷达可以省去一个扫描器件。因此，本技术实施例提供的光芯片应用于fmcw激光雷达时，可以改善当前fmcw激光雷达需要采用多个扫描器件实现二维扫描的现状。