基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111722237A(43)申请公布日2020.09.29(21)申请号202010487782.1(22)申请日2020.06.02(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人吴侃李超曹先益陈建平(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317代理人张宁展(51)Int.Cl.G01S17/06(2006.01)G01S17/58(2006.01)G01S17/10(2020.01)G01S17/34(2020.01)G01S7/481(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置(57)摘要一种基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，包括激光器、耦合光纤、基片、输入波导、连接波导、1×N光开关、开关电学接口、N个开关输出波导、N个收发单元、片外处理器和透镜，N为2以上正整数，本发明能够实现对目标的三维探测，具有不依赖波长切换的二维的光束转向、控制复杂度低、电功耗低、收发单片集成、接收效率高的特点，且兼容ToF和FMCW两种激光测距功能。CN111722237ACN111722237A权利要求书1/2页1.一种基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于包括激光器(1)、耦合光纤(2)、基片(3)、输入波导(4)、连接波导(5)、1×N光开关(6)、开关电学接口(7)、N个开关输出波导(8)、N个收发单元(9)、片外处理器(10)和透镜(11)，N为2以上正整数，所述的输入波导(4)、连接波导(5)、1×N光开关(6)、开关电学接口(7)、N个开关输出波导(8)、N个收发单元(9)都制备在所述的基片(3)上，并构成一个集成光束收发器，所述的激光器(1)输出的光通过所述的耦合光纤(2)耦合到所述的输入波导(4)，该输入波导(4)通过所述的连接波导(5)与所述的1×N光开关(6)的输入端相连，所述的1×N光开关(6)有1个输入端和N个输出端，N个输出端分别经所述的N条开关输出波导(8)与所述的N个收发单元(9)中的发射单元相连，所述的收发单元(9)包括一个发射单元、一个接收单元和一个接收单元电学接口，所述的接收单元电学接口用于为接收单元提供供电和电信号输出，所述的N个收发单元(9)在所述的基片(3)的上表面构成二维阵列，所述的透镜(11)位于所述的N个收发单元(9)的正上方，该透镜(11)的焦平面与所述的N个发射单元(9)所在的平面平行，所述的透镜(11)的光轴与该平面垂直，该透镜(11)靠近所述的发射单元(9)的下表面不镀膜，该透镜(11)远离发射单元的上表面镀有与工作波长相同的增透膜，所述的N个发射单元(9)向空间发射的光束大部分通过所述的透镜(11)准直输出，光束的少部分被所述的透镜(11)的下表面反射，并作为参考光(14)输入每个发射单元对应的接收单元，所述的片外处理器(10)通过所述的N个收发单元(9)中的接收单元电学接口与N个接收单元电学连接，为接收单元提供供电，并将接收单元产生的电信号进行接收和处理，所述的片外处理器(10)通过所述的开关电学接口(7)与所述的1×N光开关(6)实现电学连接，为开关提供切换控制信号。2.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述的N个发射单元(9)向空间发射的光束大部分约为光束的96％，所述的光束的少部分约为光束的4％。3.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述的激光器是半导体激光器、光纤激光器、空间光固态激光器或其他激光器。4.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述的输入波导、连接波导、1×N光开关、开关输出波导、发射单元采用硅材料,所述的接收单元采用硅基锗材料。5.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述的输入波导是拉锥波导、或布拉格光栅，相对应地，所述的耦合光纤为锥形透镜光纤、或8°切面角平面光纤。6.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述的1×N光开关为二叉树结构、或串联结构或两者的组合结构。7.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述的N个发射单元为布拉格光栅结构。8.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述的N个接收单元为硅基锗材料掺杂的垂直PIN光电二极管结构，接收单元为U字型，发射单元位于U字型接收单元的中间。9.根据权利要求1所述的基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置，其特征在于所述