CN117075084B - 光芯片、激光雷达及可移动设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光芯片、激光雷达及可移动设备，光芯片包括：第一接收波导模块、第二接收波导模块、第一偏振分束模块、第二偏振分束模块和第二合束器，第一偏振分束模块与第一接收波导模块的第一合束器连接，第二偏振分束模块与第二接收波导模块的输出端口连接，第二合束器将第一偏振分束模块的一个第一分束端和第二偏振分束模块的一个第二分束端进行合束连接，同一第二合束器所连接的第一分束端和第二分束端所输出的光信号的偏振方向相同。本申请提升了回波光落在相邻第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的区域时的回波光的利用率。

Description

光芯片、激光雷达及可移动设备

技术领域

本申请属于激光探测技术领域，尤其涉及一种光芯片、激光雷达及可移动设备。

背景技术

调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）激光雷达具有测距范围大、距离分辨率高、可实时测速、便于片上集成等优点，被广泛应用于自动驾驶、车路协同、智能机器人等场景。在FMCW激光雷达工作的过程中，光束从光芯片发射到被目标物体反射回光芯片时存在一定的时间差，同时激光雷达的扫描模块在不断的转动，使得反射回来的回波光在光芯片的聚焦位置会偏移光束的发射位置，造成收发不同步效应，为便于说明，本申请文件将这种效应称为走离效应；走离效应会随着探测物体距离的增加而变得严重。

一般可以通过增加光芯片的接收波导的数量以形成接收波导阵列来使得回波光的接收范围扩大；一般地，接收波导的数量为至少三个。并且，为了尽可能减少光电探测模块的数量，降低后续信号处理的资源和复杂程度，可以采用合束器将两个接收波导的端部连接，以通过减少回波光输出端口的数量的方式减少光电探测模块的数量。这里一般不会采用同一个合束器将所有的接收波导合束起来，因为回波光的光斑一般最多落在两个接收波导的端面，直接采用一个合束器将所有接收波导合束的方式容易导致较高的光能量损耗；例如，当同一合束器接三个接收波导时，由于至少有一个接收波导无光信号输入，合束器输出的光能量约至少有1/3的光能量损耗，而随着接收波导数量的增加以及探测距离的增加，这一影响不容忽视。所以每一个合束器一般仅合束接收波导阵列中的部分接收波导；但是，对于这种采用合束器连接的接收波导阵列结构，当回波光落在没有采用合束器连接的相邻两个接收波导之间的区域时，回波光的能量会分为两部分各自经过不同的光路向不同的光电探测模组传输以和相应的本振光拍频，这种方式的回波光利用率较低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种光芯片、激光雷达及可移动设备，以解决现有技术中回波光落在没有采用合束器连接的相邻两个接收波导之间的区域时回波光利用率较低的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种光芯片，包括：

第一接收波导模块，包括至少两个第一接收波导与第一合束器，所述第一接收波导沿第一方向延伸，所述第一接收波导具有相对的第一端和第二端，所述第一接收波导的第一端用于接收回波光，各所述第一接收波导之间沿第二方向间隔排布，所述第一合束器具有至少两第一输入端与一第一输出端，每一所述第一接收波导的第二端连接于一所述第一输入端；

第二接收波导模块，包括至少一个第二接收波导，所述第二接收波导沿所述第一方向延伸，所述第二接收波导具有相对的第三端和第四端，所述第二接收波导的第三端用于接收所述回波光，所述第二接收波导与所述第一接收波导之间沿所述第二方向间隔排布，所述第二接收波导模块具有输出端口，所述第二接收波导模块用于经由所述第二接收波导的第三端接收所述回波光，以及经由所述输出端口输出所述回波光，至少一所述第二接收波导与一所述第一接收波导相邻；

第一偏振分束模块，具有一第一入射端和两第一分束端，所述第一入射端连接于所述第一输出端，所述第一偏振分束模块用于对所述第一接收波导模块输出的回波光偏振分光，以使所述回波光的部分从一所述第一分束端输出，所述回波光中的剩余部分从另一所述第一分束端输出；

第二偏振分束模块，具有一第二入射端和两第二分束端，所述第二入射端连接于所述输出端口，所述第二偏振分束模块用于对所述第二接收波导模块输出的回波光偏振分光，以使所述回波光的部分从一所述第二分束端输出，所述回波光中的剩余部分从另一所述第二分束端输出；

第二合束器，具有两第二输入端和一第二输出端，一所述第二输入端与一所述第一分束端连接，另一所述第二输入端与一所述第二分束端连接，同一所述第二分束器连接的所述第一分束端和所述第二分束端所输出的光信号的偏振方向相同；

所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向之中的任意两个相互垂直。

在一个可选的实施例中，所述第二接收波导模块包括：至少两个所述第二接收波导，各所述第二接收波导之间沿所述第二方向间隔排布；以及第三合束器，具有至少两第三输入端和一第三输出端，每一所述第二接收波导的第四端连接于一所述第三输入端，所述第三输出端为所述输出端口。

在一个可选的实施例中，所述第二接收波导模块包括一个所述第二接收波导，所述第二接收波导的第四端为所述输出端口。

在一个可选的实施例中，所述第一偏振分束模块包括偏振分束器，两所述第一分束端所输出的光信号的偏振方向垂直。

在一个可选的实施例中，所述第二输出端连接有偏振旋转器；或者所述偏振分束器的未连接有所述第二合束器的所述第一分束端连接有偏振旋转器。

在一个可选的实施例中，所述第一偏振分束模块包括偏振分束旋转器，两所述第一分束端所输出的光信号的偏振方向相同。

在一个可选的实施例中，还包括传输波导；所述第一偏振分束模块的未连接有所述第二合束器的所述第一分束端连接有一所述传输波导；所述第二合束器的所述第二输出端连接有一所述传输波导；所述第二偏振分束模块的未连接有所述第二合束器的所述第二分束端连接有一所述传输波导。

本申请实施例的第二方面提供了一种光芯片，包括：

第一接收波导模块，包括至少两个第一接收波导与第一合束器，所述第一接收波导沿第一方向延伸，所述第一接收波导具有相对的第一端和第二端，所述第一接收波导的第一端用于接收回波光，各所述第一接收波导之间沿第二方向间隔排布，所述第一合束器具有至少两第一输入端与一第一输出端，每一所述第一接收波导的第二端连接于一所述第一输入端；

第二接收波导模块，包括至少一个第二接收波导，所述第二接收波导沿所述第一方向延伸，所述第二接收波导具有相对的第三端和第四端，所述第二接收波导的第三端用于接收所述回波光，所述第二接收波导与所述第一接收波导之间沿所述第二方向间隔排布，所述第二接收波导模块具有输出端口，所述第二接收波导模块用于经由所述第二接收波导的第三端接收所述回波光，以及经由所述输出端口输出所述回波光，至少一所述第二接收波导与一所述第一接收波导相邻；

第一偏振分束模块，具有一第一入射端和两第一分束端，所述第一入射端连接于所述第一输出端，所述第一偏振分束模块用于对所述第一接收波导模块输出的回波光偏振分光，以使所述回波光的部分从一所述第一分束端输出，所述回波光中的剩余部分从另一所述第一分束端输出；

第二合束器，具有两第二输入端和一第二输出端，一所述第二输入端与一所述第一分束端连接，另一所述第二输入端与一所述输出端口连接；

所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向之中的任意两个相互垂直。

本申请实施例的第三方面提供了一种激光雷达，包括壳体以及如第一方面任一项或第二方面所述的光芯片。

本申请实施例的第四方面提供了一种可移动设备，包括可移动的主体以及如第三方面所述的激光雷达，所述激光雷达搭载于所述主体。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请通过第一偏振分束模块、第二偏振分束模块和第二合束器，将相邻的第一接收波导模块和第二接收波导模块进行合束连接，当回波光落在第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的区域时，第二合束器能够对第一接收波导模块和第二接收波导模块输出的回波光进行叠加输出，相比于现有的接收波导阵列结构只能对第一接收波导输出的回波光或者对第二接收波导输出的回波光进行单一输出，本申请的回波光利用率明显提高，并且不会影响回波光落在第一接收波导模块或者第二接收波导模块区域的利用率；另外，相比于现有的接收波导阵列结构，由于第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的回波光利用率提高，使得第一接收波导模块和第二接收波导模块的间隔能够增加，在接收波导数量不变的基础上能够覆盖更大范围的回波光的偏移量。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的采用合束器连接两个接收波导的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的现有接收波导阵列结构示意图；

图3是本申请实施例提供的光芯片的一种结构示意图；

图4是本申请实施例提供的光芯片的又一种结构示意图；

图5是本申请实施例提供的第一偏振分束模块为偏振分束器的一种结构示意图；

图6是本申请实施例提供的第一偏振分束模块为偏振分束器的又一种结构示意图；

图7是本申请实施例提供的第一偏振分束模块为偏振分束器的又一种结构示意图；

图8是本申请实施例提供的第一偏振分束模块为偏振分束器的又一种结构示意图；

图9是本申请实施例提供的第一偏振分束模块为偏振分束旋转器的一种结构示意图；

图10是本申请实施例提供的第一偏振分束模块为偏振分束旋转器的又一种结构示意图；

图11是本申请实施例提供的图2所示的现有接收波导阵列结构对应的回波光利用率曲线图；

图12是本申请实施例提供的图9所示的光芯片结构对应的回波光利用率曲线图；

图13是本申请实施例提供的光芯片的又一种结构示意图；

图14是本申请实施例提供的光芯片的又一种结构示意图；

附图标记：

1-第一接收波导模块；11-第一接收波导；111-第一端；112-第二端；12-第一合束器；121-第一输入端；122-第一输出端；

2-第二接收波导模块；21-第二接收波导；211-第三端；212-第四端；213-输出端口；22-第三合束器；221-第三输入端；222-第三输出端；

3-第一偏振分束模块；31-偏振分束器；311-第一入射端；312-第一分束端；32-偏振分束旋转器；

4-第二偏振分束模块；41-偏振分束器；411-第二入射端；412-第二分束端；42-偏振分束旋转器；

5-第二合束器；511-第二输入端；512-第二输出端；

6-传输波导；7-偏振旋转器。

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、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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例适用于调频连续波激光雷达***，激光雷达***包括光芯片，基于硅光子技术的光芯片上能够集成发射接收等多种功能。在激光雷达工作时，激光雷达生成探测光与本振光；光芯片向探测区域内的目标物体发射探测光，并接收被目标物体反射回来的回波光，利用回波光和本振光进行相干混频，可以获得目标物体的距离和速度等信息，从而实现激光探测功能，可应用于车辆自动驾驶、智能机器人的障碍物识别、测距测速等多个场景。

由于探测光从光芯片发射与回波光被目标物体反射回光芯片的过程中存在一定的时间差，而激光雷达在运行过程中扫描模块会不断转动，因此回波光在光芯片的聚焦位置会偏移探测光的发射位置，造成收发不同步效应，也就是走离效应。目前，一般通过增加光芯片中接收波导的数量，形成接收波导阵列结构来扩大回波光的接收范围，以缓解走离效应导致的收光效率低的问题。为了尽可能减少接收波导阵列结构对应的传输波导数量，降低后续信号处理的资源和复杂程度，如图1所示，通常采用合束器将两个接收波导的端部连接起来。需要说明的是，例如图2，这里一般不会采用同一个合束器将所有的接收波导合束起来，因为回波光的光斑一般最多落在两个接收波导的端面，直接采用一个合束器将所有接收波导合束的方式容易导致较高的光能量损耗；例如，当同一合束器接三个接收波导时，由于至少有一个接收波导无光信号输入，合束器输出的光能量至少约有1/3的光能量损耗，而随着接收波导数量的增加以及探测距离的增加，这一影响不容忽视。所以每一个合束器一般仅合束接收波导阵列中的部分接收波导。

如图2所示，对于这种采用合束器连接形成的接收波导阵列结构，当回波光落在采用合束器连接的两根接收波导之间的区域即S1或S3区域时，具有较高的回波光利用率，接收的回波光将全部经由一条光路向同一个光电探测模块（图中未示出）传输，以和相应的本振光拍频。然而，当回波光落在没有采用合束器连接的相邻两个接收波导之间的区域即S2区域时，回波光的利用率会迅速下降；具体来说，回波光的能量会分为两部分各自经过不同的光路向不同的光电探测模组传输，以和相应的本振光拍频，每条光路中仅有和本振光偏振方向一致的分量能够与本振光拍频，另一偏振方向的分量则不能与本振光拍频，这种方式的回波光利用率较低。此时即使缩小S2区域的间距D，回波光利用率的提升依然有限，且间距D过小会影响回波光落在S1和S3区域时的回波光的利用率。不仅如此，若缩小S2区域的间距D，会使得接收波导阵列结构的接收范围缩小，进而降低激光雷达的探测距离，若为了保证与原有结构相同的探测距离，需要增加更多的接收波导的数量。

基于目前存在的问题，本申请实施例提出了一种光芯片、激光雷达及可移动设备，在一种光芯片中，通过第一偏振分束模块与第一接收波导模块的第一合束器连接，以及通过第二偏振分束模块与第二接收波导模块的输出端口连接，再通过第二合束器将第一偏振分束模块的一个第一分束端和第二偏振分束模块的一个第二分束端进行合束连接，同一第二合束器所连接的第一分束端和第二分束端所输出的光信号的偏振方向相同。在另一种光芯片中，通过第一偏振分束模块与第一接收波导模块的第一合束器连接，再通过第二合束器将第一偏振分束模块的一个第一分束端和第二接收波导模块的输出端口进行合束连接。因此，本申请实施例通过第二合束器将相邻的第一接收波导模块和第二接收波导模块进行合束连接，实现了对第一接收波导模块和第二接收波导模块输出的回波光进行叠加输出，提升了回波光落在第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的区域时回波光的利用率，且不会影响回波光落在第一接收波导模块或者第二接收波导模块的利用率。另外，相比于现有的接收波导阵列结构，由于本申请实施例第一接收波导模块和第二接收波导模块之间回波光的利用率提升，使得第一接收波导模块和第二接收波导模块的间隔能够增大，在接收波导数量不变的基础上实现覆盖更大范围的回波光的偏移量，即这种激光雷达能够具有更大的探测距离。

如图3所示，本申请实施例的第一方面提供了一种光芯片的结构，包括：第一接收波导模块1、第二接收波导模块2、第一偏振分束模块3、第二偏振分束模块4和第二合束器5。以下分别对各个部分结构进行具体说明。

其中，第一接收波导模块1包括至少两个第一接收波导11和第一合束器12。本申请实施例具体以两个第一接收波导11和一个第一合束器12进行示例性说明。第一接收波导11具有沿延伸方向相对的第一端111和第二端112，第一端111用于接收回波光，第二端为第一接收波导11输出回波光的一端。第一接收波导11沿第一方向M延伸，上述第一端111与第二端112为第一接收波导11沿第一方向M相对的两端；两个第一接收波导11之间沿第二方向N间隔排布；其中第一方向M垂直于光芯片的厚度方向，第二方向N分别与上述厚度方向及第一方向垂直；换言之，光芯片的厚度方向、第一方向M和第二方向N中的任意两个相互垂直。为了方便说明，本申请实施例中图3至图8中示出的两个第一接收波导11为直线形态，两个第一接收波导11相互平行，但在实际应用中，第一接收波导11在光芯片中可以是沿第一方向M延伸的曲线，且两个第一接收波导11沿第二方向N成阵列排布设置。

合束器为能够将两个或两个以上的光信号进行合束后输出的器件。第一合束器12具有至少两第一输入端121与一第一输出端122，图3中的第一输入端121的斜线形态仅为示意，实际上第一输入端121可以为任意形态。每一第一接收波导11的第二端112连接于第一合束器12的一第一输入端121。具体地，第一合束器12具有两个第一输入端121和一个第一输出端122，第一合束器12的两个第一输入端121与两个第一接收波导11的第二端112一一对应连接。本申请实施例通过第一合束器12将两个第一接收波导11的端部连接，可以减少光电探测模块的数量，降低后续信号处理的资源和复杂程度。第一合束器12可以为图3中所示的Y形耦合器，也可以是星形耦合器等其他合束器件，本申请对此不作限制。

其中，第二接收波导模块2包括至少一个第二接收波导21，第二接收波导21具有沿延伸方向相对的第三端211和第四端212，第三端211用于接收回波光，第四端212为第二接收波导21输出回波光的一端。第二接收波导21沿第一方向M延伸，该第二接收波导21与第一接收波导11之间沿第二方向N间隔排布。为了方便说明，本申请实施例中图3示出的第二接收波导21为直线形态，第二接收波导21与第一接收波导11平行，但在实际应用中，第二接收波导21在光芯片中可以是沿第一方向M延伸的曲线，第二接收波导21与第一接收波导11沿第二方向N成阵列排布设置。

除此之外，第二接收波导模块2还具有输出端口213，第二接收波导模块2用于经由第二接收波导21的第三端211接收回波光，以及经由输出端口213输出回波光；其中，至少一第二接收波导21与一第一接收波导11相邻。

具体地，本申请实施例的第二接收波导模块2可以有多种结构，以下具体列举说明了两种结构，但应当理解，第二接收波导模块2的结构并不局限于这两种；具体地，其中一种结构为第二接收波导模块2包括至少两个第二接收波导21和第三合束器22；另一种结构为第二接收波导模块2包括一个第二接收波导21。以下分别对两种结构进行具体说明。

如图3所示，在一个实施方式中，第二接收波导模块2的一种结构包括至少两个第二接收波导21和第三合束器22。第二接收波导21沿第一方向M延伸，各第二接收波导21之间沿第二方向N间隔排布设置；第三合束器22具有至少两第三输入端221和一第三输出端222，每一第二接收波导21的第四端212连接于一第三输入端221，第三输出端222为第二接收波导模块的输出端口213。可以理解的是，第二接收波导模块2与第一接收波导模块1的结构相同，具体结构可参考上述第一接收波导模块1的内容，本申请实施例在此不再赘述。

如图4所示，在一个实施方式中，第二接收波导模块2的另一种结构包括一个第二接收波导21，第二接收波导21具有相对的第三端211和第四端212，第二接收波导21的第四端212为第二接收波导模块的输出端口213。

其中，如图3所示，第一偏振分束模块3具有一第一入射端311和两第一分束端312，第一入射端311连接于第一输出端122，第一偏振分束模块3用于对第一接收波导模块1输出的回波光偏振分光，以使回波光的部分从一第一分束端312输出，回波光中的剩余部分从另一第一分束端312输出。

第二偏振分束模块4具有一第二入射端411和两第二分束端412，第二入射端411连接于输出端口213，第二偏振分束模块4用于对第二接收波导模块2输出的回波光偏振分光，以使回波光的部分从一第二分束端412输出，回波光中的剩余部分从另一第二分束端412输出。

在本申请实施例中，探测光的偏振方向通常是单一的，比如探测光为横电模的光信号或横磁模的光信号。探测光照射到探测区域内的目标物体上会发生漫反射，光芯片接收到的回波光不再是单一的偏振方向，而是包含横电模（TE）分量与横磁模（TM）分量，TE分量与TM分量的偏振方向垂直。本申请实施例的第一偏振分束模块3和第二偏振分束模块4是能够用来将这两种偏振方向的分量低损耗地分离开的器件，以使TE分量与TM分量中的一者从一个端口输出，另一者从另一端口输出。

也就是说，回波光经由第一接收波导模块1接收并输出后，在第一偏振分束模块3中进行偏振分光，分成TE分量和TM分量，TE分量从其中一个第一分束端312输出，TM分量从另一个第一分束端312输出。或者，回波光经由第二接收波导模块2接收并输出后，在第二偏振分束模块4中进行偏振分光，分为TE分量和TM分量，TE分量从其中一个第二分束端412输出，TM分量从另一个第二分束端412输出。

具体地，本申请实施例的第一偏振分束模块3和第二偏振分束模块4具体可以采用以下两种结构：其中一种为偏振分束器，另一种为偏振分束旋转器。以下分别对两种结构进行具体说明。

如图5至图8所示，在一个实施方式中，第一偏振分束模块3包括偏振分束器31，两第一分束端312所输出的光信号的偏振方向垂直。

具体地，图5和图6中的第二接收波导模块2为两个第二接收波导21和第三合束器22的结构，图7和图8中的第二接收波导模块2为一个第二接收波导21的结构，图5至图8中的第一偏振分束模块3为偏振分束器31，偏振分束器31将第一合束器12输出的回波光中的TE分量和TM分量进行偏振分束，TE分量从偏振分束器31的一个第一分束端312输出，TM分量从偏振分束器的另一个第一分束端312输出。

如图5和图7所示，第二合束器5具有两第二输入端511和一第二输出端512，一第二输入端511与一第一分束端312连接，另一第二输入端511与一第二分束端412连接。本申请实施例还可以在第二合束器5的第二输出端512连接偏振旋转器7，或者如图6和图8所示，还可以在偏振分束器31的未连接有第二合束器5的第一分束端312连接偏振旋转器7。

也就是说，在图5和图7中，假设偏振分束器31的连接有第二合束器5的第一分束端312输出的是TM（或TE）分量，偏振分束器31的未连接有第二合束器5的另一个第一分束端312输出的是TE（或TM）分量时，那么可以在第二合束器5的第二输出端512连接偏振旋转器7，将第二输出端512合束后输出的TM（或TE）分量偏振旋转为TE（或TM）分量，使得各个传输波导的光信号的偏振方向都是TE（或TM）偏振方向；或者在图6和图8中，假设偏振分束器31的未连接有第二合束器5的第一分束端312输出的是TM（或TE）分量，可以在偏振分束器31的未连接有第二合束器5的第一分束端312连接偏振旋转器7，将偏振分束器31直接输出的TM（或TE）分量偏振旋转为TE（或TM）分量，使得各个传输波导的光信号的偏振方向都是TE（或TM）偏振方向。

如图9和图10所示，在一个实施方式中，第一偏振分束模块3包括偏振分束旋转器32，两第一分束端312所输出的光信号的偏振方向相同。

具体地，图9中的第二接收波导模块2为两个第二接收波导21和第三合束器22的结构，图10中的第二接收波导模块2为一个第二接收波导21的结构，图9和图10中的第一偏振分束模块3为偏振分束旋转器32，此时，当偏振分束旋转器32接收从第一接收波导11出射的回波光后，会将回波光中不同偏振方向的两个分量分光，继而使得其中一个分量维持原本的偏振方向从其中一第一分束端312输出；而另一分量则在偏振旋转成与前述分量偏振方向相同后从另一第一分束端312输出。也即，当采用偏振分束旋转器32时，两个第一分束端312输出的光信号偏振方向相同。

若各个第一偏振分束模块均为偏振分束旋转器32，理论上同一第二合束器5可以分别与第一偏振分束模块3的一第一分束端312以及第二偏振分束模块4的任一第二分束端412连接；当然，较优地，同一第二合束器5的第二输入端511所连接的同为未进行偏振旋转的第一分束端312和第二分束端412，或同为进行偏振旋转的第一分束端312和第二分束端412，这样有利于保证同一第二合束器5所接收的两光信号的相位相同。

可以理解的是，第二偏振分束模块4的结构可以为偏振分束器41或者偏振分束旋转器42，且只需连接于第二合束器5的第二偏振分束模块4的第二分束端412和第一偏振分束模块3的第一分束端312输出的光信号的偏振方向相同。

需要说明的是，第一偏振分束模块3将回波光不同偏振分量的光信号分开后，从两个第一分束端312输出的光信号的偏振方向可以相同也可以不同。例如，当第一偏振分束模块3采用偏振分束器31时，分束后的两个偏振分量的光信号分别维持原本的偏转方向从两个第一分束端312输出，两个第一分束端312输出的光信号的偏振方向不同。又例如，当第一偏振分束模块3采用偏振分束旋转器32时，分束后两个光信号的其中之一的偏振方向维持不变，而另一个的偏振方向则产生改变，两个第一分束端312出射的光信号的偏振方向相同。

另外，接收波导组件中，连接不同接收波导的偏振分束模块可以采用同一类型，如各偏振分束模块均采用偏振分束器，或均采用偏振分束旋转器；连接不同接收波导的偏振分束模块也可以采用不同类型，如部分偏振分束模块采用偏振分束器，部分采用偏振分束旋转器；本申请在此不作限定。

其中，如图3所示，第二合束器5具有两第二输入端511和一第二输出端512，一第二输入端511与一第一分束端312连接，另一第二输入端511与一第二分束端412连接，同一第二合束器5连接的第一分束端312和第二分束端412所输出的光信号的偏振方向相同。本申请实施例的第二合束器5可以为Y形耦合器、星形耦合器等其他合束器件，本申请对此不作限制。

本申请实施例通过第二合束器将第一接收波导模块和第二接收波导模块进行合束连接，实现了对第一接收波导模块和第二接收波导模块输出的回波光中相同偏振方向的分量进行叠加输出，提升了回波光聚焦在第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的区域时的回波光利用率。具体来说，当回波光落在第一接收波导模块1的两第一接收波导11之间时，可以通过第一偏振分束模块3未连接第二合束器5的第一分束端312输出的光信号与本振光拍频；当回波光落在第一接收波导模块1与第二接收波导模块2之间时，可以通过第二合束器5的第二输出端512所输出的光信号与本振光拍频；当回波光落在第二接收波导模块2时，可以通过第二偏振分束模块4未连接第二合束器5的第二分束端412输出的光信号与本振光拍频；由此，不论回波光的光斑落在上述的任一位置，均能够以较高的能量以本振光拍频，故而提高了回波光的利用率。

如图3所示，本申请实施例中的光芯片除了包括第一接收波导模块1、第二接收波导模块2、第一偏振分束模块3、第二偏振分束模块4和第二合束器5之外，还包括传输波导6。第一偏振分束模块3的未连接有第二合束器5的第一分束端312连接有传输波导6；第二合束器5的第二输出端512连接有一传输波导6；第二偏振分束模块4的未连接有第二合束器5的第二分束端412连接有一传输波导6。传输波导6用于将其上游的光学器件（如第一偏振分束模块、第二合束器或第二偏振分束模块）输出的光信号传输至光电探测模块，以使回波光和本振光在光电探测模块处拍频并发生光电转换。

对于本申请实施例而言，以图9所示的其中一种光芯片结构对整体的回波光的具体原理进行完整描述：

在本申请实施例中，光芯片包括第一接收波导模块1、第二接收波导模块2、第一偏振分束模块3、第二偏振分束模块4、第二合束器5和传输波导6。其中，第一接收波导模块1包括两个第一接收波导11和一个第一合束器12，两个第一接收波导11的第一端111用于接收回波光，两个第一接收波导11的第二端112与第一合束器12的第一输入端121连接；第一偏振分束模块3为偏振分束旋转器32，第一合束器12的第一输出端122与第一偏振分束模块3的第一入射端311连接；第一偏振分束模块3的其中一个第一分束端312输出部分回波光（一种偏振方向的分量），第一偏振分束模块3的另外一个第一分束端312与第二合束器5的第二输入端511连接，将剩余部分回波光（另一种偏振方向的分量）输入到第二合束器5中。

同理，第二接收波导模块2包括两个第二接收波导21和一个第三合束器22，两个第二接收波导21的第三端211用于接收回波光，两个第二接收波导21的第四端212与第三合束器22的第三输入端221连接；第二偏振分束模块4为偏振分束旋转器42，第三合束器22的第三输出端222与第二偏振分束模块4的第二入射端411连接；第二偏振分束模块4的其中一个第二分束端412输出部分回波光（一种偏振方向的分量），第二偏振分束模块4的另外一个第二分束端412与第二合束器5的第二输入端511连接，将剩余部分回波光（一种偏振方向的分量）输入到第二合束器5中。且连接于第二合束器5的第一分束端312和第二分束端412的光信号的偏振方向相同，第二合束器5将两个偏振分束模块输出的回波光进行合束输出。

当回波光聚焦在第一接收波导模块1区域时，第一接收波导模块1的各个第一接收波导11接收回波光，并经过第一合束器12合并为一束，经过偏振分束旋转器32将两种偏振方向的分量进行分束且旋转为同一偏振方向输出，例如偏振分束旋转器32将TE分量和TM分量进行分束，将TE分量从一个第一分束端312输出至传输波导，并将TM分量旋转为TE分量，从另一个第一分束端312输出至第二合束器5。此时，可以获取基于该偏振分束旋转器的未连接第二合束器5的第一分束端312输出的分量与本振光拍频的拍频信号，也可以获取基于第二合束器5输出的分量与本振光拍频的拍频信号，还可以获取基于上述两种分量中能量更高的一个分量与本振光拍频的拍频信号。

当回波光聚焦在第二接收波导模块2区域时，第二接收波导模块2的各个第二接收波导21接收回波光，并经过第三合束器22将回波光中合并为一束，经过偏振分束旋转器42将两种偏振方向的分量进行分束且旋转为同一偏振方向输出，例如偏振分束旋转器42将TE分量和TM分量进行分束，将TE分量从一个第二分束端412输出至传输波导6，并将TM分量旋转为TE分量，从另一个第二分束端412输出至第二合束器5。此时，可以获取基于该偏振分束旋转器42的未连接第二合束器5的第二分束端412输出的分量与本振光拍频的拍频信号，也可以获取基于第二合束器5输出的分量与本振光拍频的拍频信号，还可以获取基于该两分量中能量更高的一个分量与本振光拍频的拍频信号。

当回波光聚焦在第一接收波导模块1和第二接收波导模块2之间的区域时，相邻的第一接收波导11和第二接收波导21接收回波光，并分别经过第一合束器12和偏振分束旋转器32，以及第三合束器22和偏振分束旋转器42，例如偏振分束旋转器32对第一接收波导11中的回波光分束后将TE分量从一个第一分束端312输出至传输波导6，并将TM分量旋转为TE分量，从另一个第一分束端312输出至第二合束器5；偏振分束旋转器42对第二接收波导21中的回波光分束后将TE分量从一个第二分束端412输出至传输波导6，并将TM分量旋转为TE分量，从另一个第二分束端412输出至第二合束器5。第二合束器5将两个输入的TE分量进行合束后输出。此时，可以获取基于第二合束器5输出的分量与本振光拍频的拍频信号。

由此可见，当回波光落在第一接收波导模块1和第二接收波导模块2之间的区域时，通过第二合束器5将第一接收波导模块1和第二接收波导模块2进行合束连接，实现了对第一接收波导模块1和第二接收波导模块2输出的回波光中相同偏振方向的分量进行叠加输出，提升了回波光落在第一接收波导模块1和第二接收波导模块2之间的区域时的回波光利用率。并且不论回波光的光斑落在第一接收波导模块1、或者第二接收波导模块2、或者第一接收波导模块1和第二接收波导模块2之间的区域的任一位置，均能够以较高的能量与本振光拍频，提高了回波光的利用率。

如图11所示为图2对应的现有接收波导阵列结构中回波光的TE分量和TM分量的利用率的曲线图。从图11中的（b）和（c）可见，当回波光落在第一接收波导模块或者第二接收波导模块时，TE分量和TM分量都具有较高的利用率，即回波光具有较高的利用率；当回波光落在第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的区域时，中间虚线方框的曲线出现凹陷现象，说明此时的回波光的利用率较低。

图12所示为图9对应的本申请实施例的光芯片中回波光中TE分量和TM分量的利用率的曲线图。从图9中可见，当回波光落在第一接收波导模块或者第二接收波导模块时，TE分量和TM分量的利用效率都具有较高的利用率，说明本申请实施例不会影响回波光落在第一接收波导模块或者第二接收波导模块的回波光利用率；当回波光落在第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的区域时，回波光的利用率与图11中的中间凹陷部分的曲线相比，利用率的最低值提升了至少一倍，说明此时的回波光的利用率得到极大的提升。

并且需要说明的是，相比于现有的接收波导阵列结构，由于本申请在第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的区域的回波光的利用率得到较大的提升，因此第一接收波导模块和第二接收波导模块之间的间隔能够增加，在接收波导数量不变的基础上能够覆盖更大范围的回波光偏移量，即这种激光雷达能够具有更大的探测距离。

如图13和图14所示，与第一方面提供的光芯片的结构相比，本申请实施例的第二方面提供了光芯片的另一种结构不具有第二偏振分束模块4，具体包括第一接收波导模块1、第二接收波导模块2、第一偏振分束模块3和第二合束器5。其中，如图13所示，第二接收波导模块2包括两个第二接收波导21和一个第三合束器22；如图14所示，第二接收波导模块2包括一个第二接收波导21。第一接收波导模块1、第二接收波导模块2、第一偏振分束模块3和第二合束器5的各部分结构和连接关系可参考上述本申请实施例第一方面提供的光芯片的相关内容，本申请实施例在此不再赘述。

其中，第二合束器5的一个第二输入端511与第一偏振分束模块3的一个第一分束端312连接，另一个第二输入端511与第二接收波导模块2的输出端口213连接。本申请实施例通过第二合束器5将第一接收波导模块1和第二接收波导模块2进行合束连接，实现了对第一接收波导模块1和第二接收波导模块2输出的回波光中相同偏振方向的分量进行叠加输出，提升了回波光落在第一接收波导模块1和第二接收波导模块2之间的区域时的回波光利用率。

本申请实施例的第三方面提供了一种激光雷达，包括壳体以及如上述第一方面任一项或第二方面所述的光芯片，光芯片收容于壳体中。光芯片的结构和原理请参考上述内容，本申请在此不再赘述。

本申请实施例的第四方面提供了一种可移动设备，包括可移动的主体以及如上述第三方面所述的激光雷达，激光雷达搭载于主体。示例性地，可移动设备可以为汽车、机器人、无人机、物流车、巡检车等产品，如可移动设备为汽车时，可移动的主体对应为汽车机身，激光雷达搭载于汽车机身。

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 (8)

1.一种光芯片，其特征在于，包括：

第一接收波导模块，包括至少两个第一接收波导与第一合束器，所述第一接收波导沿第一方向延伸，所述第一接收波导具有相对的第一端和第二端，所述第一接收波导的第一端用于接收回波光，各所述第一接收波导之间沿第二方向间隔排布，所述第一合束器具有至少两第一输入端与一第一输出端，每一所述第一接收波导的第二端连接于一所述第一输入端；

第二接收波导模块，包括至少一个第二接收波导，所述第二接收波导沿所述第一方向延伸，所述第二接收波导具有相对的第三端和第四端，所述第二接收波导的第三端用于接收所述回波光，所述第二接收波导与所述第一接收波导之间沿所述第二方向间隔排布，所述第二接收波导模块具有输出端口，所述第二接收波导模块用于经由所述第二接收波导的第三端接收所述回波光，以及经由所述输出端口输出所述回波光，至少一所述第二接收波导与一所述第一接收波导相邻；

第一偏振分束模块，具有一第一入射端和两第一分束端，所述第一入射端连接于所述第一输出端，所述第一偏振分束模块用于对所述第一接收波导模块输出的回波光偏振分光，以使所述回波光的部分从一所述第一分束端输出，所述回波光中的剩余部分从另一所述第一分束端输出；

第二偏振分束模块，具有一第二入射端和两第二分束端，所述第二入射端连接于所述输出端口，所述第二偏振分束模块用于对所述第二接收波导模块输出的回波光偏振分光，以使所述回波光的部分从一所述第二分束端输出，所述回波光中的剩余部分从另一所述第二分束端输出；

第二合束器，具有两第二输入端和一第二输出端，一所述第二输入端与一所述第一分束端连接，另一所述第二输入端与一所述第二分束端连接，同一所述第二合束器连接的所述第一分束端和所述第二分束端所输出的光信号的偏振方向相同；

所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向之中的任意两个相互垂直；

所述第二接收波导模块包括：

至少两个所述第二接收波导，各所述第二接收波导之间沿所述第二方向间隔排布；以及

第三合束器，具有至少两第三输入端与一第三输出端，每一所述第二接收波导的第四端连接于一所述第三输入端，所述第三输出端为所述输出端口。

2.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述第一偏振分束模块包括偏振分束器，两所述第一分束端所输出的光信号的偏振方向垂直。

3. 根据权利要求2所述的光芯片，其特征在于，

所述第二输出端连接有偏振旋转器；或者

所述偏振分束器的未连接有所述第二合束器的所述第一分束端连接有偏振旋转器。

4.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述第一偏振分束模块包括偏振分束旋转器，两所述第一分束端所输出的光信号的偏振方向相同。

5.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，还包括传输波导；

所述第一偏振分束模块的未连接有所述第二合束器的所述第一分束端连接有一所述传输波导；

所述第二合束器的所述第二输出端连接有一所述传输波导；

所述第二偏振分束模块的未连接有所述第二合束器的所述第二分束端连接有一所述传输波导。

6.一种光芯片，其特征在于，包括：

第一接收波导模块，包括至少两个第一接收波导与第一合束器，所述第一接收波导沿第一方向延伸，所述第一接收波导具有相对的第一端和第二端，所述第一接收波导的第一端用于接收回波光，各所述第一接收波导之间沿第二方向间隔排布，所述第一合束器具有至少两第一输入端与一第一输出端，每一所述第一接收波导的第二端连接于一所述第一输入端；

第二接收波导模块，包括至少一个第二接收波导，所述第二接收波导沿所述第一方向延伸，所述第二接收波导具有相对的第三端和第四端，所述第二接收波导的第三端用于接收所述回波光，所述第二接收波导与所述第一接收波导之间沿所述第二方向间隔排布，所述第二接收波导模块具有输出端口，所述第二接收波导模块用于经由所述第二接收波导的第三端接收所述回波光，以及经由所述输出端口输出所述回波光，至少一所述第二接收波导与一所述第一接收波导相邻；

第一偏振分束模块，具有一第一入射端和两第一分束端，所述第一入射端连接于所述第一输出端，所述第一偏振分束模块用于对所述第一接收波导模块输出的回波光偏振分光，以使所述回波光的部分从一所述第一分束端输出，所述回波光中的剩余部分从另一所述第一分束端输出；

第二合束器，具有两第二输入端和一第二输出端，一所述第二输入端与一所述第一分束端连接，另一所述第二输入端与一所述输出端口连接；

所述第一方向、所述第二方向与所述光芯片的厚度方向之中的任意两个相互垂直；

所述第二接收波导模块包括：

至少两个所述第二接收波导，各所述第二接收波导之间沿所述第二方向间隔排布；以及

第三合束器，具有至少两第三输入端与一第三输出端，每一所述第二接收波导的第四端连接于一所述第三输入端，所述第三输出端为所述输出端口。

7.一种激光雷达，其特征在于，包括壳体以及如权利要求1至6中任一项所述的光芯片。

8.一种可移动设备，其特征在于，包括可移动的主体以及如权利要求7所述的激光雷达，所述激光雷达搭载于所述主体。