CN116930916A - 基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达，光收发装置应用于激光雷达，包括：提供的衬底；所述衬底上表面的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。本申请改善了激光雷达的扫描模块由于具有探测角度滞后导致回波信号接收效率低的问题，提高了激光雷达的测距性能、集成度及可靠性，降低了激光雷达的工艺复杂度和成本。

Description

基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达

技术领域

本申请属于激光雷达探测技术领域，尤其涉及一种基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达。

背景技术

目前在智慧交通/无人驾驶等领域中，快速精确感知道路以及无人驾驶车辆的周围环境是关键，基于传感器设备感知获得的道路、车辆位置以及障碍物信息，能协调道路信号的控制，从而提高道路管理质量和效率，并控制无人驾驶车辆决策，以便调整无人驾驶车辆的行车安全距离，从而保障无人驾驶车辆安全、可靠地在道路上行驶。

调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达具备的4D(Four Dimensional)感知传感器模组能同时测距测速，能为自动驾驶或者辅助驾驶提供更多安全的信息。相对于飞行时间(Time of flight，ToF)测速测距方案，FMCW激光探测及测距***(Light Detection and Ranging，LiDAR)能在1帧的探测数据中获得速度维度信息，能让FMCW激光探测及测距***更快的识别前方目标物，能以更快的速度传输至车控制***，以提前做出避险操作。

由于光在空间中传播需要时间,在这个时间中扫描模块中转镜也会转动，故使用具有机械扫描模块的FMCW激光雷达会出现探测光角度滞后问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置、制作方法及激光雷达，解决了激光雷达探测光角度滞后造成回波信号接收效率低的问题。

本申请实施例第一方面提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，包括：

衬底；

设置于所述衬底上表面的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。

在其中一个实施例中，

同一所述收发波导结构中所述第二波导结构相对于所述第一波导结构存在预设倾角。

在其中一个实施例中，

所述预设倾角≦0.1度。

在其中一个实施例中，

所述第一波导结构为单模波导结构；

所述第二波导结构为多模转单模波导结构、大模转单模波导结构、少模转单模波导结构以及所述单模波导结构中任一种。

在其中一个实施例中，

所述第一波导结构的输出端与所述第二波导结构的输入端之间的间距为K，其中，0.1×W≦K≦0.2×W，W为所述第一波导结构的波导宽度。

在其中一个实施例中，

所述平面波导芯片的多个所述收发波导结构为阵列式布局。

在其中一个实施例中，

所述阵列式布局的收发波导结构中各所述收发波导结构按周期排列或者不规则排列，其中，各所述收发波导结构之间的间距大于或者等于所述第一波导结构的波导宽度的二分之一。

在其中一个实施例中，

所述光收发装置还包括设置于所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端的满足预设条件的收发透镜；

所述预设条件包括第一预设条件，所述第一预设条件为：

第一目标距离内的回波光斑的直径大于所述第一波导结构中单模波导直径的X倍，其中，1.0≦X≦2.0，所述第一目标距离≦100m。

在其中一个实施例中，

所述预设条件还包括第二预设条件，所述第二预设条件为：

f-δf≦L₁≦f+δf，或者L₂＝f；

其中，L₁为第一透镜距离，所述第一透镜距离为所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端端面与所述收发透镜中心之间的垂直距离，处于所述第一透镜距离的所述收发透镜用于接收所述第一目标距离的回波；

L₂为第二透镜距离，所述第二透镜距离为所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端端面与所述收发透镜中心之间的垂直距离，处于所述第二透镜距离的所述收发透镜用于接收第二目标距离的回波，其中，L₂>L₁；

f为所述收发透镜的焦距；

δf为离焦距离。

在其中一个实施例中，

所述第二目标距离>100m；

f≧1mm；

本申请实施例第二方面提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置的制作方法，包括：

形成衬底；

在所述衬底的上表面形成的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。

本申请实施例第三方面提供了一种激光雷达，包括：信号发送模块、激光发射模块、扫描模块、探测模块、信号处理模块以及如上述内容中任一项所述的基于平面波导芯片的光收发装置；

所述信号发送模块用于输出发送信号；

所述激光发射模块用于根据所述发送信号输出激光，并将所述激光进行分束，获得N路+M路激光，其中，M、N都是正整数，M<N；

所述光收发装置用于接入所述N路激光，并输出至所述扫描模块；

所述扫描模块用于接入所述N路激光，并将所述N路激光发射至目标，并接收所述目标反射回来的回波；

所述光收发装置还用于接入所述扫描模块传送的回波，并输出所述回波至所述探测模块；

所述探测模块用于接入所述光收发装置传送的所述回波，并将所述回波与所述M路中每路激光分别进行混频获得对应的各拍频模拟电信号；

所述信号处理模块用于接入各所述拍频模拟电信号并进行处理获得所述目标的距离信息和速度信息。

可以理解的是，上述第二方面至第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请的实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，通过把用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波的第二波导结构的收发波导结构封装在衬底上表面形成平面波导芯片，由于平面波导芯片的收发波导结构中第二波导结构设于第一波导结构的任一侧，能补偿接收由于转镜的滞后角造成丢失的回波信号，从而提高了激光雷达接收回波信号的效率，并提高了激光雷达的测距性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的基于平面波导芯片的光收发装置的45°视角示意图；

图2是本申请一实施例提供的另一种基于平面波导芯片的光收发装置的45°视角示意图；

图3是本申请一实施例提供的第1种基于平面波导芯片的光收发装置的俯视示意图；

图4是本申请一实施例提供的第2种基于平面波导芯片的光收发装置的俯视示意图；

图5是本申请一实施例提供的第3种基于平面波导芯片的光收发装置的俯视示意图；

图6是本申请一实施例提供的第4种基于平面波导芯片的光收发装置的俯视示意图；

图7是本申请一实施例提供的第5种基于平面波导芯片的光收发装置的俯视示意图；

图8是本申请一实施例提供的第6种基于平面波导芯片的光收发装置的俯视示意图；

图9是本申请一实施例提供的基于平面波导芯片的光收发装置的侧视示意图；

图10是本申请一实施例提供的一种基于平面波导芯片的光收发装置的发射端设置收发透镜俯视示意图；

图11是本申请一实施例提供的另一种基于平面波导芯片的光收发装置的发射端设置收发透镜俯视示意图；

图12是本申请一实施例提供的激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、模块、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

下面通过具体的实施例来说明本申请的技术方案。

激光从激光发射模块输出经过现有技术的光收发装置，通过扫描模块传输到目标，从目标反射回来的回波信号经过扫描模块，再从光收发装置传输至探测模块。激光雷达发射的激光从发射至目标，再从目标反射返回的传输时间内，扫描模块中的转镜已经转过一定的角度，形成转镜的滞后角。转镜的滞后角使得反射回来的回波信号不能全部从原路返回到探测模块，回波信号因转镜存在滞后角导致部分回波信号不能被探测模块接收，影响了激光雷达的测距性能。

第一方面，为了解决激光雷达的扫描模块存在的探测光角度滞后效应导致回波信号接收效率低问题，如图1、图2所示，本实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，包括：

提供的衬底311；

设置于衬底311上的平面波导芯片312，平面波导芯片包括至少一个的收发波导结构，收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构3121以及至少一个用于接收回波并输出回波的第二波导结构3122，第二波导结构3122设于第一波导结构3121的任一侧。

本实施例通过把用于发射激光的第一波导结构3121以及至少一个用于接收回波的第二波导结构3122的收发波导结构封装在衬底上表面形成平面波导芯片312，由于平面波导芯片312的收发波导结构中第二波导结构3122设于第一波导结构3121的任一侧，能补偿接收由于转镜的滞后角造成丢失的回波信号，从而提高了激光雷达接收回波信号的效率，并提高了激光雷达的测距性能。

具体实施中，衬底311具有机械支撑的功能，衬底材质为二氧化硅、硅、透明的聚合物中任一种，也能其他为透红外的材质。在衬底1的上表面设置有平面波导芯片312，平面波导芯片312为至少一个的收发波导结构组成，每个收发波导结构包括第一波导结构3121和第二波导结构3122，其中，激光器输出的波长相同或波长不相同的激光至第一波导结构3121，并通过第一波导结构3121发射激光，激光发射的光路方向如图3所示，第二波导结构3122用于接收发射激光经过目标物体反射回来的回波，接收回波的光路方向如图3所示。

一个收发波导结构中的第一波导结构3121和第二波导结构3122能视为一个通道进行收发，第二波导结构3122设于第一波导结构3121的任一侧，可选地，第二波导结构3122设置于第一波导结构3121的左侧或右侧。

只有1个收发波导结构时为单通道收发波导结构，单通道收发波导结构布局在衬底上表面的中部形成平面波导芯片312；当有2个及以上的收发波导结构则为多通道收发波导结构阵列，2个及以上的收发波导结构进行阵列式布局形成平面波导芯片312。收发波导结构形成平面波导芯片312，再将平面波导芯片312与衬底311封装在一起，使得发射部件与接收部件进行一体封装，提高了激光雷达的集成度，提升了可靠性。

在一个实施例中，第一波导结构3121为单模波导结构，单模波导结构的输入端和输出端的波导宽度相同，激光发射的光路的输入和输出方向如图3所示，便于发射的激光能集中功率，增大发射的角功率，降低发射光斑的面积，有利于提升激光雷达的分辨率。第二波导结构3122为多模转单模波导结构、大模转单模波导结构、少模转单模波导结构以及单模波导结构中任一种。多模转单模波导结构包括多模波导结构的输入端和单模波导结构的输出端，接收回波的光路的输入和输出方向如图3所示，多模转单模波导结构的波导宽度由多模波导结构的输入端至单模波导结构的输出端逐渐变小，多模转单模波导结构中单模波导结构的输出端波导宽度与单模波导结构的输出端波导宽度相同，多模转单模波导结构中多模波导结构输入端有利于增大回波的接收口径，回波入射至平面波导芯片312后经过第二波导结构3122输出。

如图1、图3、图4、图5所示，在一个实施例中，每个收发波导结构中第一波导结构3121与第二波导结构3122之间能紧密排列，也能按预设的间距排列，优选地，第一波导结构3121的输出端与第二波导结构3122的输入端之间的间距为K，其中，0.1×W≦K≦0.2×W，W为第一波导结构的波导宽度。可选地，第一波导结构3121的输出端与第二波导结构3122的输入端之间的间距K为1μm。可选地，第二波导结构3122还能设置为多个第二波导结构3122，依次设置于第一波导结构3121的任一侧，各第二波导结构3122的输入端之间的间距为K，其中，0.1×W≦K≦0.2×W，W为第一波导结构的波导宽度。可选地，位于第一波导结构3121任意一侧的多个第二波导结构3122的数量可以是两个、三个、四个或五个。通过将同一收发波导结构中的第一波导结构的输出端和第二波导结构的输入端距离较近，可以省去空间光环形器，提高集成度和可靠性，降低了激光雷达的体积和成本。

如图6、图7所示，在一个实施例中，以第二波导结构为多模转单模波导结构为例，多个收发波导结构按周期阵列式布局形成平面波导芯片312，或者各收发波导结构按不规则排列形成平面波导芯片312，这样能根据激光雷达的需求动态的调整每一路的收发视场和方向，提高激光雷达的测量精度。各收发波导结构之间的间距大于或者等于第一波导结构宽度的二分之一。可选地，收发波导结构中的多模波导结构的输入端与相邻的另一个收发波导结构中的单模波导结构的输出端之间的间距大于或者等于3μm。

由于第二波导结构3122相对于第一波导结构3121整体有一个间距偏移，使得反射回来的回波能被偏移后的第二波导结构3122中多模波导结构的输入端接收，提高了回波信号的接收效率，有效的改善了激光雷达存在探测光角度滞后导致部分回波信号丢失的问题，进而提升了激光雷达的测距性能。

如图9所示，第一波导结构3121与第二波导结构3122位于平行于衬底1的同一个平面上，便于制造和生产，同时第一波导结构3121与第二波导结构3122都位于同一个平面，改善了探测光角度滞后效应带来的影响，并使得平面波导芯片具有体积小、制造成本低的优点，还能提升平面波导芯片的生产效率。

进一步地，在一个实施例中，如图5、图8所示，第一波导结构3121与第二波导结构3122都位于平行于衬底1的同一个平面上，但第二波导结构3122相对于第一波导结构3121存在预设倾角，根据扫描接收角度滞后效应原理及激光雷达扫描模块的结构设置，能获得转镜的滞后角的具体角度，再设置预设倾角的角度与激光雷达中扫描模块产生的最远距离光扫描转镜的滞后角的角度相等，使得回波信号能进一步被第二波导结构3122的输入端接收，提升了远距离目标物体的回波信号的接收效率，从而提高了激光雷达的测距性能。可选地，预设倾角≦0.2度。具体预设倾角的度数根据激光雷达的扫描模块产生的最远距离光扫描转镜的滞后角的角度来设置，进一步地，例如设置预设倾角≦0.1度。

如图10、图11所示，在一个实施例中，光收发装置还包括设置于平面波导芯片中第一波导结构3121的发射端的满足预设条件的收发透镜，这样平面波导芯片中各收发波导结构的第一波导结构3121和第二波导结构3122共用一个收发透镜，即发射光路和接收光路采用同一个光路，减少了激光雷达的硬件配置，降低了激光雷达的成本。

具体实施中，预设条件包括第一预设条件，第一预设条件为：

第一目标距离内的回波光斑的直径大于第一波导结构3121中单模波导结构直径的X倍，1.0≦X≦2.0，可选地，设置第一目标距离内的回波光斑的直径大于第一波导结构中单模波导结构直径的1.4倍，具体倍数根据激光雷达的测距性能来设置。

具体实施中，预设条件还包括第二预设条件，第二预设条件为：

f-δf≦L₁≦f+δf，或者L₂＝f。

其中，L₁为第一透镜距离，第一透镜距离为平面波导芯片中第一波导结构3121的发射端端面与收发透镜中心之间的垂直距离，处于第一透镜距离的收发透镜用于接收第一目标距离内的目标反射的回波。

L₂为第二透镜距离，第二透镜距离为平面波导芯片中第一波导结构3121的发射端端面与收发透镜中心之间的垂直距离，处于第二透镜距离的收发透镜用于接收第二目标距离内的目标反射的回波，其中L₂>L₁。

f为收发透镜的焦距。

δf为离焦距离。

具体地，收发透镜为透镜组，当目标位于第一目标距离内时，目标反射回来的光近似于为平行光，设置收发透镜的安装位置为目标反射回来的回波成像距离略小于焦距或者略大于焦距，故用于接收第一目标距离内目标反射的回波的收发透镜的安装位置处于离焦位置。

由于目标位于第一目标距离内时，激光发射和回波的间隔时间短，转镜在这个时间内转过的角度小，所以转镜的滞后角较小，第二波导结构3122接收回波的效率高，且由目标反射回来的回波光强度满足探测器的能量阈值要求。设置第一预设条件为第一目标距离内的回波光斑的直径大于第一波导结构中单模波导结构直径的1.4倍，能使偏转的光斑能部分被第一波导结构3121旁边的第二波导结构3122所接收，从而提高了接收回波的效率，进而改善了第一目标距离内目标的测距性能，提高了对于第一目标距离内目标的探测能力。

当目标位于第二目标距离内时，由于目标距离激光雷达比第一目标距离大，故目标反射回来的回波信号强度比第一目标距离内目标反射回来的回波信号强度低，故将用于接收第二目标距离内目标反射的回波的收发透镜的安装位置设置在对焦位置，目标反射回来的回波成像距离为焦距以便增强回波信号的能量强度。同时，由于目标位于第二目标距离内，探测光滞后角效应造成的转镜的滞后角比目标位于第一目标距离内的转镜的滞后角大，收发透镜的安装位置设置在对焦位置有利于回波信号被第二波导结构所接收，提高了接收回波的效率，进而改善了第一目标距离内目标的测距性能，提高了对于第二目标距离内目标的探测能力。

在一个实施例中，设置L₂为阵列平面波导芯片的发射端端面与收发透镜的第二透镜距离，则L₁≦f-δf，优选地，第一目标距离≦100m，第二目标距离>100m，f>1mm，优选地，焦距f能设置为18mm、20mm、30mm、50mm、或100mm中任一种，优选地，平面波导芯片的宽度小于或者等于2mm，收发透镜的直径小于或者等于20mm，具体参数设置不局限于上述范围，实际实施时根据激光雷达的测距要求来设置。

现有技术的激光雷达需要使用自由空间光环形器，但自由空间光环形器成本高，收发分离安装的方式在车载场景极限温度环境下存在可靠性不足的问题。现有技术的激光雷达由于使用多波导探测器提高整个探测器的等效接收面，但这种做法增加了探测器器件的占用面积，增加了激光雷达整体的硬件成本。故现有的激光雷达由于使用了自由空间光环形器，还增大了探测器器件的占用面积，存在激光雷达成本高的问题，

本实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本实施例提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，通过把用于发射激光的第一波导结构3121以及至少一个用于接收回波的第二波导结构3122的收发波导结构封装在衬底上表面形成平面波导芯片312，由于平面波导芯片312的收发波导结构中第二波导结构3122设于第一波导结构3121的任一侧，能补偿接收由于转镜的滞后角造成丢失的回波信号，从而提高了激光雷达接收回波信号的效率，并提高了激光雷达的测距性能

对应于上文实施例的基于平面波导芯片的光收发装置，第二方面，本申请提供了一种基于平面波导芯片的光收发装置的制作方法，包括：

形成衬底；

在衬底的上表面形成平面波导芯片，平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出回波的第二波导结构。

第三方面，本申请还提供了一种激光雷达，如图12所示，包括：信号发送模块1、激光发射模块2、扫描模块4、探测模块5、信号处理模块6以及如上述第一方面中任一项的基于平面波导芯片的光收发装置3。

信号发送模块1连接激光发射模块2，用于输出发送信号；

激光发射模块2用于根据发送信号输出激光，并将激光进行分束，获得N路+M路激光，其中，M、N都是正整数，M<N；

光收发装置3用于接入N路激光，并输出至扫描模块4；

扫描模块4用于接入N路激光，并将N路激光发射至目标，并接收目标反射回来的回波；

光收发装置3还用于接入扫描模块4传送的回波，并输出回波至探测模块5；

探测模块5用于接入光收发装置3传送的回波，并将回波与M路中每路本振激光分别进行混频获得对应的各拍频模拟电信号；

信号处理模块6用于接入各拍频模拟电信号并进行处理获得目标的距离信息、速度信息及方位信息中至少一种。

在一个具体地实施例中，激光发射模块2包括激光器、光放大器和分束器；光收发装置3包括平面波导芯片31和收发透镜32；扫描模块4包括转镜；探测模块5包括探测器，信号处理模块6包括信号调理模块和信号采集与处理模块。

激光雷达在探测目标物体时，信号发送模块1产生线性调频发送信号，单个或两个激光器根据线性调频发送信号的驱动输出对应频率的激光，再使用光放大器进行放大，再输出至分束器进行分束，获得N路+M路的激光，M路光用来做本振光进入探测模块5，其中，M路本振光还能从激光器输出激光后进行分束获得，优选地，M≧1，N≧1，且N>M，N、M都为正整数。N路光的每路单独输出至光收发装置3中第一波导结构3121作为发射路。第一波导结构3121发射出激光后，经过准直的收发透镜32后转换为平行光，平行光输出经过扫描模块4的转镜发射到目标上，通过二维扫描实现周围目标的距离和速度探测。

发射的N路激光遇到目标反射的回波从原路返回，此时扫描模块4的转镜已经转过一个角度，回波再从转过滞后角的转镜返回，经过收发透镜32后，进入光收发装置3中与第一波导结构3121具有整体偏移间距的第二波导结构3122的输入端，提高了回波的接收效率，回波和本振光在探测模块5进行混频，并输出电流信号。

可选地，探测模块5的输入端与光收发装置3中第二波导结构3122输出端耦合，二者的耦合方式包括直接耦合、通过光纤耦合或者通过空间光耦合中至少一种，这样提升了激光雷达的集成度。

信号调理模块6中的信号调理模块将电流信号转换为电压信号，并进行二次放大传输至信号采集与处理模块。信号采集与处理模块对信号调理模块输出的数据进行采集，并采用测距测速算法用来处理采集的原始数据，获得当前目标的距离、速度、方向、反射率等信息。由于采用了第一方面中任一项的光收发装置，提高了激光雷达的回波接收效率，有效的改善了激光雷达因探测光角度滞后效应造成部分回波信号丢失的问题，从而提高了激光雷达的测距性能。

可选地，探测模块5还设置有光电探测器和本振光输入光路，回波信号与本振光在光电探测器上做相干检测混频。光电探测器为感应各种波长的光电探测器，例如波长为905nm、1000nm或1550nm中至少一种波长的激光。

可选地，探测器模块5设置在硅光探测器芯片中，硅光探测器芯片通过光纤与平面波导芯片耦合，也能与平面波导芯片直接耦合，还能与平面波导芯片采用空间光耦合，这样提升了激光雷达的集成度。

可以理解的是，上述第二方面至第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置或模块，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置或模块实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于平面波导芯片的光收发装置，应用于激光雷达，其特征在于，包括：

衬底；

设置于所述衬底上表面的平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。

2.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，

同一所述收发波导结构中所述第二波导结构相对于所述第一波导结构存在预设倾角。

3.根据权利要求2所述的光收发装置，其特征在于，

所述预设倾角≦0.1度。

4.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，

所述第一波导结构为单模波导结构；

所述第二波导结构为多模转单模波导结构、大模转单模波导结构、少模转单模波导结构以及所述单模波导结构中任一种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光收发装置，其特征在于，

所述第一波导结构的输出端与所述第二波导结构的输入端之间的间距为K，其中，0.1×W≦K≦0.2×W，W为所述第一波导结构的波导宽度。

6.根据权利要求5所述的光收发装置，其特征在于，

所述平面波导芯片的多个所述收发波导结构为阵列式布局。

7.根据权利要求6所述的光收发装置，其特征在于，

阵列式布局的各所述收发波导结构按周期排列或者不规则排列，其中，各所述收发波导结构之间的间距大于或者等于所述第一波导结构的波导宽度的二分之一。

8.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，

所述光收发装置还包括设置于所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端的满足预设条件的收发透镜；

所述预设条件包括第一预设条件，所述第一预设条件为：

第一目标距离内的回波光斑的直径大于所述第一波导结构中单模波导直径的X倍，其中，1.0≦X≦2.0，所述第一目标距离≦100m。

9.根据权利要求8所述的光收发装置，其特征在于，

所述预设条件还包括第二预设条件，所述第二预设条件为：

f-δf≦L₁≦f+δf，或者L₂＝f；

其中，L₁为第一透镜距离，所述第一透镜距离为所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端端面与所述收发透镜中心之间的垂直距离，处于所述第一透镜距离的所述收发透镜用于接收所述第一目标距离的回波；

L₂为第二透镜距离，所述第二透镜距离为所述平面波导芯片中所述第一波导结构的发射端端面与所述收发透镜中心之间的垂直距离，处于所述第二透镜距离的所述收发透镜用于接收第二目标距离的回波，其中，L₂>L₁；

f为所述收发透镜的焦距；

δf为离焦距离。

10.根据权利要求9中所述的光收发装置，其特征在于，

所述第二目标距离>100m；

f>1mm；

11.一种基于平面波导芯片的光收发装置的制作方法，其特征在于，包括：

形成衬底；

在所述衬底的上表面形成平面波导芯片，所述平面波导芯片包括至少一个的收发波导结构，所述收发波导结构包括用于发射激光的第一波导结构以及至少一个用于接收回波并输出所述回波的第二波导结构，所述第二波导结构设于所述第一波导结构的任一侧。

12.一种激光雷达，其特征在于，包括：信号发送模块、激光发射模块、扫描模块、探测模块、信号处理模块以及如权利要求1至10中任一项所述的基于平面波导芯片的光收发装置；

所述信号发送模块用于输出发送信号；

所述激光发射模块用于根据所述发送信号输出激光，并将所述激光进行分束，获得N路+M路激光，其中，M、N都是正整数，M<N；

所述光收发装置用于接入所述N路激光，并输出至所述扫描模块；

所述扫描模块用于接入所述N路激光，并将所述N路激光发射至目标，并接收所述目标反射回来的回波；

所述光收发装置还用于接入所述扫描模块传送的回波，并输出所述回波至所述探测模块；

所述探测模块用于接入所述光收发装置传送的所述回波，并将所述回波与所述M路中每路激光分别进行混频获得对应的各拍频模拟电信号；

所述信号处理模块用于接入各所述拍频模拟电信号并进行处理获得所述目标的距离信息和/或速度信息。