CN117647793A - 激光雷达及可移动设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光雷达及可移动设备。激光雷达包括壳体、光源模组与硅光芯片。硅光芯片的收发波导模组包括发射波导与第一接收波导，发射波导沿第一方向延伸，并用于传输并出射探测光；沿硅光芯片的厚度方向观察，第一接收波导与发射波导之间沿第二方向间隔设置，第一接收波导用于接收并传输回波光。第一光电探测模组用于接收第一本振光以及经由第一接收波导输出的回波光。第一偏振旋转器设于第一光电探测模组的上游，用于使第一光电探测模组接收的第一本振光进行偏振旋转90度，以使第一光电探测模组接收的第一本振光与探测光的偏振方向垂直。本申请实施例的激光雷达可以提高探测准确性。

Description

激光雷达及可移动设备

本申请为于2023年08月14日向中国国家知识产权局递交的、申请号为202311014600.9的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及激光雷达及可移动设备。

背景技术

在智慧交通、无人驾驶等领域中，需快速精确感知道路环境、无人驾驶车辆的周围环境，并根据传感器设备(例如激光雷达)感知所获得的道路信息、车辆位置信息和障碍物信息，控制无人驾驶车辆，调整无人驾驶车辆之间的安全距离，保障车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。

调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达能同时测距测速，作为4D感知传感器模组能为自动驾驶或者辅助驾驶带来更加安全的信息和应用。相对于飞行时间(Time of Flight，ToF)激光雷达方案，FMCW激光雷达方案能在1帧的探测数据里检测出速度信息与距离信息，让***更快地识别前方目标物，能以更快的速度传输至车控制***，让其提前做出避险操作。

相关技术中的激光雷达包括光源模组、硅光芯片、扫描模组与光电探测模组。其中，光源模组用于生成光信号。硅光芯片包括发射波导与接收波导构成的收发波导模块。发射波导面用于接收并出射探测光，探测光为上述光信号的部分，以使该探测光经由扫描模组扫描后出射至激光雷达之外，从而探测目标物体。接收波导则用于接收目标物体反射上述探测光信号形成的回波光。光电探测模组用于接收本振光以及由接收波导传输过来的回波光，光电探测模组可以是集成于上述硅光芯片中。

由于硅光芯片的工艺制造问题，探测光在沿发射波导传输时并不能够全部从发射波导的出射端面处透射出去，部分探测光会在该出射端面处反射，探测光在该出射端面处反射的部分一般称为前导光。前导光可能进入接收波导，并与本振光发生拍频，进而影响回波光与本振光的拍频。

发明内容

本申请实施例提供一种激光雷达及可移动设备，以改善相关技术中前导光进入接收波导，进而影响回波光与本振光拍频的现状。

第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达，包括壳体、光源模组与硅光芯片。所述光源模组收容于所述壳体，并用于生成源光信号，所述硅光芯片收容于所述壳体，所述硅光芯片包括包层、收发波导模组、第一光电探测模组与第一偏振旋转器。所述收发波导模组嵌设于所述包层，包括发射波导与第一接收波导，所述发射波导沿第一方向延伸，所述发射波导用于传输并出射探测光，以探测目标物体，所述探测光为所述源光信号的部分，沿所述硅光芯片的厚度方向观察，所述第一接收波导与所述发射波导之间沿第二方向间隔设置，所述第一接收波导用于接收并传输回波光，所述回波光由目标物体反射所述探测光形成。第一光电探测模组用于接收第一本振光以及经由所述第一接收波导输出的回波光，所述第一本振光为所述源光信号的部分。第一偏振旋转器，设于所述第一光电探测模组的上游，所述第一偏振旋转器用于使所述第一光电探测模组接收的第一本振光进行偏振旋转90度，以使所述第一光电探测模组接收的第一本振光与所述探测光的偏振方向垂直。其中，所述第一方向、所述第二方向以及所述厚度方向中的任意两者相互垂直。

在一些示例性的实施例中，所述硅光芯片还包括分光模块。所述分光模块包括第一输入端、第一输出端与第二输出端，所述第一输出端与所述发射波导连接，所述第二输出端与所述第一光电探测模组连接，所述分光模块用于经由所述第一输入端接收所述源光信号，并经由所述第一输出端输出所述探测光，经由所述第二输出端输出第一本振光。所述第一偏振旋转器连接于所述第二输出端与所述第一光电探测模组之间。

在一些示例性的实施例中，所述收发波导模组还包括至少一个第二接收波导。沿所述厚度方向观察，所述发射波导、所述第一接收波导与所述第二接收波导沿所述第二方向间隔排布，所述第二接收波导位于所述第一接收波导背离所述发射波导的一侧，所述第二接收波导用于接收并传输回波光。所述硅光芯片还包括至少一个第二光电探测模组，每一所述第二光电探测模组对应一所述第二接收波导，所述第二光电探测模组用于接收第二本振光以及经由所述第二接收波导输出的回波光，所述第二本振光为所述源光信号的部分。

在一些示例性的实施例中，所述硅光芯片还包括分光模块。所述分光模块包括第一输入端、第一输出端、第二输出端与至少一个第三输出端，所述第一输出端与所述发射波导连接，所述第二输出端与所述第一光电探测模组连接，所述第三输出端与所述第二光电探测模组连接，所述分光模块用于经由所述第一输入端接收所述源光信号，并经由所述第一输出端输出所述探测光，经由所述第二输出端输出第一本振光，以及经由所述第三输出端输出第二本振光；所述第一偏振旋转器连接于所述第二输出端与所述第一光电探测模组之间。

在一些示例性的实施例中，所述硅光芯片还包括第二偏振旋转器。所述第二偏振旋转器连接于所述第三输出端与所述第二光电探测模组之间。

在一些示例性的实施例中，所述硅光芯片还包括分光模块。所述分光模块包括第一分光器与第二分光器。所述第一分光器包括第一输入端、第一输出端与级联输出端，所述第二分光器具有第二输入端、第二输出端与至少一个第三输出端，所述第二输入端连接于所述级联输出端。所述第一分光器用于经由所述第一输入端接收所述源光信号，并经由所述第一输出端输出所述探测光，经由所述级联输出端输出本振光，所述第二分光器用于经由所述第二输入端接收所述本振光，经由所述第二输出端输出所述第一本振光，经由第三输出端输出所述第二本振光。所述第一偏振旋转器连接于所述级联输出端与所述第二输入端之间。

在一些示例性的实施例中，所述第一光电探测模组包括第一光混频器与第一平衡光电探测器。所述第一光混频器用于接收所述第一本振光以及经由所述第一接收波导输出的回波光，并混频以输出第一拍频光信号与第二拍频光信号。所述第一平衡光电探测器与第一光混频器连接，所述第一平衡光电探测器用于对所述第一拍频光信号与第所述二拍频光信号进行平衡探测。

在一些示例性的实施例中，所述激光雷达还包括四分之一波片。所述四分之一波片设于所述发射波导出射所述探测光与所述第一接收波导接收所述回波光的一端，用于将所述探测光转换为椭圆偏振态或圆偏振态的光信号。

第二方面，本申请实施例提供一种可移动设备，包括可移动的基体以及如上所述的激光雷达，所述激光雷达搭载于所述基体。

在一些示例性的实施例中，所述可移动设备为车辆。

基于本申请实施例的激光雷达及可移动设备，通过对本振光偏振旋转90度，回波光中偏振方向与探测光垂直的分量将与第一本振光进行拍频，从而能够有效防止进入第一接收波导的前导光干扰第一本振光与回波光的拍频，提高激光雷达的探测准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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为本申请一种实施例的第一偏振旋转器连接于第一接收波导时的硅光芯片的结构示意图；

图2为本申请一种实施例的第二偏振旋转器连接于第二接收波导时的硅光芯片的结构示意图；

图3为本申请一种实施例的硅光芯片应用于激光雷达的***架构图；

图4为本申请一种实施例的第一偏振旋转器连接于第二输出端时的激光雷达的***架构图；

图5为本申请一种实施例的第二偏振旋转器连接于第三输出端时的激光雷达的***架构图；

图6为本申请一种实施例的第一偏振旋转器连接于级联输出端与第二输入端之间时的激光雷达的***架构图；

图7为本申请一种实施例的第一偏振旋转器连接于发射波导时的激光雷达的***架构图；

图8为本申请一种实施例的激光雷达包括四分之一波片的***架构图；

图9为本申请一种实施例的可移动设备的结构示意图。

100、硅光芯片；110、包层；

120、收发波导模组；121、发射波导；122、第一接收波导；123、第二接收波导；

130、第一偏振旋转器；140、第二偏振旋转器；

150、第一光电探测模组；151、第一光混频器；152、第一平衡光电探测器；160、第二光电探测模组；161、第二光混频器；162、第二平衡光电探测器；

200、激光雷达；210、壳体；

220、光源模组；

230、分光模块；231、主分光器；2321、第一分光器；2322、第二分光器；

240、四分之一波片；A、第一方向；B、第二方向；

300、可移动设备；310、基体。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

相关技术中的激光雷达包括光源模组、硅光芯片、扫描模组与光电探测模组。其中，光源模组用于生成光信号。硅光芯片包括发射波导与接收波导构成的收发波导模块。发射波导用于接收并出射探测光，探测光为上述光信号的部分，以使该探测光经由扫描模组扫描后出射至激光雷达之外，从而探测目标物体。接收波导则用于接收目标物体反射上述探测光信号形成的回波光。光电探测模组用于接收本振光以及由接收波导传输过来的回波光，光电探测模组可以是集成于上述硅光芯片中。

由于硅光芯片的工艺制造问题，探测光在沿发射波导传输时并不能够全部从发射波导的出射端面处透射出去，探测光的部分会在该出射端面处反射，探测光反射的部分一般称为前导光；此外，探测光的部分还可能在包层的端面处反射并形成上述前导光。前导光可能进入接收波导，并与本振光发生拍频，进而影响回波光与本振光的拍频。具体来说，进入接收波导的前导光可能会与本振光拍频得到一个近距离对应的拍频光信号，该拍频光信号并不对应任何目标物体，其会在检波时干扰对真实拍频信号的检波，同时，前导光也会消耗部分本振光，进而降低能够与回波光拍频的本振光的能量。

基于此，本申请实施例提供一种硅光芯片、激光雷达及可移动设备，以改善相关技术中前导光进入接收波导，进而影响回波光与本振光拍频的现状。

第一方面，本申请实施例提供一种硅光芯片，如图1所示，其为本申请一种实施例提供的硅光芯片100的示意图，该硅光芯片100应用于激光雷达200，以实现探测光的发射与回波光的接收。该硅光芯片100包括包层110、收发波导模组120、第一光电探测模组150与第一偏振旋转器130。包层110是构成硅光芯片100的主体结构之一，亦是设置上述其余结构的基体。收发波导模组120嵌设于包层110，其包括发射波导121与第一接收波导122。发射波导121沿图示第一方向A延伸，发射波导121用于传输并出射探测光，以探测目标物体。沿硅光芯片100的厚度方向观察，第一接收波导122与发射波导121之间沿图示第二方向B间隔设置，第一接收波导122用于接收并传输回波光。第一光电探测模组150用于接收第一本振光以及经由第一接收波导122输出的回波光。第一偏振旋转器130设于第一光电探测模组150的光路上游，第一偏振旋转器130用于对经由第一接收波导122输出的回波光偏振旋转90度。其中，上述第一方向A、第二方向B以及硅光芯片的厚度方向Z中的任意两者相互垂直。

需要说明的是，本申请文件中所述的“探测光”意为，用于探测目标物体的光信号，其是激光雷达中光源模组生成的源光信号的部分；本申请文件中所述的“回波光”意为，由目标物体反射探测光形成的光信号，其由目标物体指向激光雷达，回波光进入激光雷达后由上述硅光芯片200接收；本申请文件中所述的“目标物体”意为探测光探测的对象，其包括但不限于：人、车辆、植被、建筑和地面。接下来，以该硅光芯片100应用于激光雷达为例，对该硅光芯片100的具体结构作详细说明。

对于上述包层110，请参阅图1，其是构成硅光芯片100在主体结构之一，亦是收发波导模组120、第一光电探测模组150与第一偏振旋转器130等结构所依附的结构。包层110可以由二氧化硅和/或氮氧化硅等材料制成。

对于上述收发波导模组120，请继续参阅图1，其嵌设于包层110，收发波导模组120的折射率大于包层110的折射率。由此，收发波导模组120与包层110共同构成供光稳定传输的结构，即是光可以沿着收发波导模组120传输，而不容易经由包层110溢出至硅光芯片100之外。例如，当包层110由二氧化硅制成时，收发波导模组120可以由折射率更大的硅制成，当然也可以由其他折射率大于包层110的材料，如氮化硅制成。收发波导模块120包括发射波导121与第一接收波导122，以下依次对该发射波导121与第一接收波导122作出说明。

发射波导121沿图示第一方向A延伸，其用于传输并出射探测光，以探测目标物体。发射波导121具有垂直于第一方向A的发射端面，探测光穿过该发射端面并投射至目标物。

第一接收波导122沿第一方向A延伸，其与发射波导121之间沿第二方向B间隔设置；第一接收波导122用于接收并传输回波光。第一接收波导122包括输入端和输出端，第一接收波导122的输入端具有第一接收端面，回波光经第一接收端面进入第一接收波导122，从第一接收波导122的输出端向下游输出。需要说明的是，发射波导121与第一接收波导122可以位于硅光芯片100的同一层，也可以位于硅光芯片100的不同层，只要两者在硅光芯片100厚度上的间距满足能够是第一接收波导122接收到回波光即可。

这里值得一提的是，由于激光雷达内部一般包括扫描模组，该扫描模组会接收并反射由硅光芯片100输出的探测光；扫描模组是可相对于硅光芯片100转动的，因此出射至激光雷达外部的探测光会形成一个探测视场。然而，也正因为扫描模组是可动元件，回波光在回到扫描模组时，扫描模组已经偏转了一个角度，从而使得回波光落在硅光芯片100的位置不同于发射波导121原本的出光位置，即回波光的光斑相较于探测光出射时的光斑位置具有一定的偏移。其中，偏移的距离是与探测过程中光信号的飞行时间/距离相关的，光信号的飞行时间/距离越大，偏移的距离亦越大；偏移的方向则是与扫描模组的扫描方向相关的，由于需要使第一接收波导122接收到回波光，因此偏移的方向是上述第二方向B，或者主要的偏移方向为上述第二方向B，以便于第一接收波导122能够顺利接收回波光。为便于后文说明，以下将上述效应称为激光雷达的走离效应。

对于上述第一光电探测模组150，请继续参阅图1，沿回波光的传输方向，第一光电探测模组150设于第一接收波导122的光路下游，其用于接收第一本振光以及经由第一接收波导122输出的回波光。如此，第一本振光与回波光会在第一光电探测模组150处发生拍频而生成拍频光信号；第一光电探测模组150还用于将拍频信号光转换为相应的电信号。需要说明的是，本实施例中，基于激光雷达的光源模组生成的源光信号得到的探测光和第一本振光在除能量不同之外的其他特征相同，例如，探测光和第一本振光两者的偏振方向相同。

图1示出了本申请提供的硅光芯片的一种具体实施方式的示意图，第一光电探测模组150包括第一光混频器151和第一平衡光电探测器152。第一光混频器151用于接收第一本振光以及经由第一接收波导122输出的回波光，并混频以输出第一拍频光信号与第二拍频光信号。第一平衡光电探测器152与第一光混频器151连接，第一平衡光电探测器152用于对第一拍频光信号与第二拍频光信号进行平衡探测，并输出第一拍频信号。

第一光电探测模组150的第一光混频器151具有两输入端口，其一输入端口用于接收上述第一本振光，另一输入端口用于接收上述回波光；如此，第一本振光与回波光可在第一光混频器151内发生拍频，以得到两拍频光信号，即第一拍频光信号与第二拍频光信号。可选地，第一光混频器151为180度混频器，其输出的两光信号之间相位差180度。第一平衡光电探测器152与第一光混频器151的两输出端连接，其用于对上述第一拍频光信号与第二拍频光信号进行平衡探测，并输出第一拍频信号；该第一拍频信号的频率与上述第一/二拍频拍频光信号的频率一致。可以理解的是，即使本实施例中是以第一光电探测模组150包括第一光混频器151与第一平衡光电探测器152为例进行说明，但本申请并不局限于此，只要保证第一光电探测模组150可以接收上述第一本振光与回波光，并将两者混频生成的拍频光信号转化为电信号即可。例如，在本申请其他的一些实施例中，第一光电探测模组150包括光电探测器；该光电探测器用于接收上述第一本振光与回波光，以使两者拍频，其还用于将上述所得的拍频光信号转化为电信号，即上述第一拍频信号。

相干拍频具有对偏振方向敏感的特点，换而言之，只有偏振方向相同的两光信号才能进行拍频。由于探测光在被目标物体反射后，回波光的偏振方向不再单一，回波光会包括多种偏振方向的分量；如横电模分量(以下简称TE分量)、横磁模分量(以下简称TM分量)，以及前述两种偏振方向之间的其他方向的分量。在回波光进入第一接收波导122之后，上述TE分量仍维持该偏振方向，TM分量仍维持该偏振方向，其余偏振方向的分量则将分解为TE分量与TM分量；因此，最终在第一接收波导122中传输的为TE分量与TM分量。TE分量与TM分量中与第一本振光偏振方向相同的分量将与第一本振光发生拍频。上述前导光在进入第一接收波导122之后，其会随回波光一同传输至第一光电探测模组150。如前文所述，本实施例中，由于探测光的偏振方向与第一本振光的偏振方向相同，前导光也能够与第一本振光进行拍频，进而影响回波光与第一本振光的拍频，影响激光雷达200的探测准确性。

对于上述第一偏振旋转器130，仍请继续参阅图1，第一偏振旋转器130设于第一光电探测模组150的上游，其用于对经由第一接收波导122输出的回波光偏振旋转90度，以使偏振旋转后的回波光再与第一本振光拍频。具体地说，第一偏振旋转器130连接于上述第一接收波导122的输出端，第一偏振旋转器130能够接收第一接收波导122输出的回波光，并将第一接收波导122输出的回波光偏振旋转90度。由于前导光与回波光均在第一接收波导122中传输，第一偏振旋转器130在对回波光进行偏振旋转的同时也会对前导光进行偏振旋转，从而将前导光的偏振方向旋转为与第一本振光垂直，以使前导光不能与第一本振光进行拍频。而对于回波光而言，由于其包括TE分量与TM分量，在其整体偏振旋转90度之后，传输至第一光电探测模组150的回波光仍包括TE分量与TM分量；TE分量与TM分量中与第一本振光偏振方向相同的分量会与第一本振光进行拍频。故此，前导光虽然仍进入第一接收波导122，并经由其传输至第一光电探测模组，但其并不影响回波光与第一本振光的拍频。

例如，以探测光和第一本振光均为TE光为例，探测光在发射波导121的出射端面处发生反射产生的前导光也为TE光。回波光包括TE分量与TM分量，经由第一偏振旋转器130偏振旋转后，前导光转换为TM光，回波光中的TE分量转换为TM分量，回波光中的TM分量转换为TE分量。进入第一光混频器151的第一本振光为TE光，前导光为TM光，前导光的偏振方向与第一本振光的偏振方向垂直，因此不会与第一本振光拍频；偏振旋转后的回波光中的TE分量的偏振方向与第一本振光的偏振方向相同，因此可以与第一本振光拍频，偏振旋转后的回波光中的TM分量偏振方向与第一本振光垂直，则不会与第一本振光拍频。因此，第一偏振旋转器130连接于第一接收波导122输出端的设置能够有效防止前导光对第一本振光与回波光相干接收的干扰。

由于单根第一接收波导121能够接收回波光的范围较小，本实施例中，请参阅图2，收发波导模组120还包括至少一个的第二接收波导123；相应地，该硅光芯片100还包括至少一个第二光电探测模组160。具体地，沿上述厚度方向Z观察，发射波导121、第一接收波导122与第二接收波导123沿第二方向B间隔排布，第二接收波导123位于第一接收波导122背离发射波导121的一侧，该第二接收波导123亦用于接收并传输回波光。第二接收波导123包括输入端和输出端，第二接收波导123的输入端具有第二接收端面，回波光经第二接收端面进入第二接收波导123，从第二接收波导123的输出端向下游输出。第二接收波导123与第一接收波导122共同构成用于接收回波光的波导阵列，该设置提升了接收回波光的收光区域，进而能够接收更大偏移量的回波光，即可以提升激光雷达的探测距离。

第二光电探测模组160设于第一接收波导122的光路下游，其用于接收第二本振光以及经由第二接收波导123输出的回波光。如此，第二本振光与回波光会在第二光电探测模组150处发生拍频而生成拍频光信号；第二光电探测模组150还用于将拍频信号光转换为相应的电信号。其中，第二光电探测模组160的数量可与第二接收波导123的数量相等且一一对应，各第二光电探测模组160分别用于接收其中一束第二本振光以及经由对应的第二接收波导123输出的回波光。

第二光电探测模组160包括第二光混频器161和第二平衡光电探测器162。第二光混频器161用于接收第二本振光以及经由第二接收波导123输出的回波光，并混频以输出第三拍频光信号与第四拍频光信号。第二平衡光电探测器162与第二光混频器161连接，第二平衡光电探测器162用于对第三拍频光信号与第四拍频光信号进行平衡探测。其中，第二光混频器161可为与第一光混频器151相同的光混频器，以使第二本振光与回波光可在其内发生拍频，在此不对其工作原理赘述。第二平衡光电探测器162可为与第一平衡光电探测器152相同的平衡光电探测器，以接收第三拍频光信号与第四拍频光信号进行平衡探测，并输出第二拍频信号，在此不对其工作原理赘述。

上述前导光不仅可能进入第一接收波导122，还可能进入更远距离的第二接收波导123内。可选地，如图2所示，在一些实施例中，硅光芯片100还包括至少一个的第二偏振旋转器140，每一个第二偏振旋转器140对应一个第二光电探测模组160设置；第二偏振旋转器140设于对应的第二光电探测模组160上游，第二偏振旋转器140用于对经由第二接收波导123输出的回波光偏振旋转90度，以使偏振旋转后的回波光与第二本振光拍频。具体地说，第二偏振旋转器140连接于对应的第二接收波导123的输出端，第二偏振旋转器140能够接收对应的第二接收波导123输出的回波光，并将第二接收波导123输出的回波光偏振旋转90度。例如，收发波导模组120包括多个第二接收波导123，硅光芯片100包括多个第二偏振旋转器140，多个第二偏振旋转器140与多个第二接收波导123数量相等且一一对应；每一第二偏振旋转器140将第二接收波导123输出的回波光偏振旋转90度，并向第二光电探测模组160输出。又例如，收发波导模组120包括多个第二接收波导123，硅光芯片100包括至少一个的第二偏振旋转器140，且第二偏振旋转器140的数量少于第二接收波导123的数量；此时，第二偏振旋转器140可以对应邻近第一接收波导122的第二接收波导123设置，且各第二偏振旋转器140对应一个第二接收波导123。每一第二偏振旋转器140将对应的第二接收波导123输出的回波光偏振旋转90度，并向第二光电探测模组160输出。

对于上述第一本振光与第二本振光，其具体的形成方式是多样的，相应地，硅光芯片100的结构也是多样化的。例如，如图1和图2所示，硅光芯片100还包括分光模块230。分光模块230包括第一输入端、第一输出端、第二输出端以及至少一个第三输出端。其中，第一输出端与发射波导121连接，第二输出端与第一光电探测模组150连接，第三输出端与第二光电探测模组160连接。分光模块230用于经由第一输入端接收激光雷达的光源模组生成的源光信号，并经由第一输出端输出上述探测光，以使探测光向发射波导121传输，经由第二输出端输出第一本振光，以使第一本振光向第一光电探测模组150传输，以及经由第三输出端输出第二本振光，以使第二本振光向第二光电探测模组160传输。分光模块230可以是包括一个分光器，也可以是包括级联的多个分光器，只要其可以实现将源光信号分束为上述探测光、第一本振光与第二本振光即可。此外，即使本实施例是以探测光、第一本振光与第二本振光均在硅光芯片100上分束为例进行说明，但应当理解，本申请并不局限于此，在本申请的其他实施例中，探测光也可以是在硅光芯片100之外分束得到，探测光通过一个接口进入硅光芯片；第一本振光与第二本振光则以同一束信号通过另一个接口进入硅光芯片，并分束得到，或者，第一本振光与第二本振光也在硅光芯片之外即完成分束，分别通过各自的接口进入硅光芯片。

综上所述，本申请通过对第一接收波导122输出的前导光与回波光偏振旋转90度，从而将前导光的偏振方向旋转为与第一本振光垂直，以使前导光不能与第一本振光进行拍频。而对于回波光而言，在其整体偏振旋转90度之后，传输至第一光电探测模组150的回波光仍包括TE分量与TM分量，TE分量与TM分量中与第一本振光偏振方向相同的分量会与第一本振光进行拍频。前导光虽然仍进入第一接收波导122，并经由第一接收波导122传输至第一光电探测模组，但前导光并不影响回波光与第一本振光的拍频，因此，本申请实施例的硅光芯片100能够有效防止前导光对第一本振光与回波光相干接收的干扰。

第二方面，本申请实施例还提供一种激光雷达200，请参阅图3，其示出了该激光雷达200的示意图，该激光雷达200包括壳体210、光源模组220以及上述任一实施例中所述的硅光芯片100(图3中以包括图2的硅光芯片示出)。壳体210为激光雷达中其余部件的安装基体，其亦构成其余部件的保护结构。光源模组220用于生成源光信号。硅光芯片100收容于壳体210，硅光芯片100用于传输并出射探测光，以探测目标物体，其中，探测光为上述源光信号的部分；该硅光芯片100还用于接收目标物体反射探测光而形成的回波光，以及传输第一本振光，以用于激光雷达200的相干探测；该第一本振光为源光信号的部分。相应地，壳体210则具有供探测光和回波光穿过的透光区域。这里需要说明的是，如前文所述，探测光与第一本振光可以是在硅光芯片100上设置分光模块230以分束得到，也可以是在硅光芯片100之外即分束得到，只要保证硅光芯片100传输上述信号即可。

本申请实施例，通过采用如上任一实施例所述的硅光芯片100，硅光芯片100的第一偏振旋转器130用于对经由第一接收波导122输出的回波光偏振旋转90度，使经由发射波导121发射的探测光的偏振方向与经由第一偏振旋转器130偏振旋转后的回波光的偏振方向垂直，以防止发射波导121处产生的前导光进入第一光电探测模组150造成干扰，有效提高激光雷达200的探测准确性。

第三方面，如图4所示，本申请实施例还提供另一种激光雷达200，该激光雷达200仍包括壳体210、光源模组220与硅光芯片100，其与上述各实施例中激光雷达的主要不同在于：图4所示的实施例中，并非在第一光电探测模组150与第一接收波导122之间设置偏振旋转器来改变前导光和回波光的偏振方向，而是通过对光源模组220与硅光芯片100中的至少一者进行配置，使得第一光电探测模150组接收的第一本振光与上述探测光之间的偏振方向垂直。如此，由探测光在发射波导121的出射端面反射形成的前导光的偏振方向也将与第一本振光垂直，进而不影响第一本振光与回波光的拍频。

例如，请参阅图4，其示出了本申请其中一些实施例提供的激光雷达的示意图，该激光雷达200中硅光芯片100仍包括第一偏振旋转器130，但该偏振旋转器130并不设置于第一接收波导122与第一光电探测模组150之间，而是设置在与第一光电探测模组150连接的另一条光路上，该偏振分束旋转器设于第一光电探测模组150的上游，其用于使第一光电探测模组150接收的第一本振光进行偏振旋转90度。

具体地，该硅光芯片100仍包括包层110、收发波导模组120、第一光电探测模组150、第一偏振旋转器130与分光模块230。其中，包层110、收发波导模组120、第一光电探测模组150、分光模块230分别与图1至图3中实施例的包层110、收发波导模组120、第一光电探测模组150、分光模块230对应相同，在此不赘述。

第一偏振旋转器130设于分光模块230的第二输出端与第一光电探测模组150之间。第一偏振旋转器130的设置可以使由第一光电探测模组150接收的第一本振光与探测光的偏振方向垂直，从而可以避免前导光与第一本振光相干，而第一本振光仍可以与回波光中的偏振方向相同的分量进行拍频。

又例如，请参阅图5，其示出了本申请其中另一些实施例提供的激光雷达的示意图，其与图4示出的实施例的主要不同在于：该硅光芯片100还包括至少一个第二偏振旋转器140，该第二偏振旋转器140与前述设有第二偏振旋转器140的实施例中的主要不同在于，该第二偏振旋转器140不再是设置于第二接收波导123的输出端，而是设置于分光模块260的第三输出端与第二光电探测模组140之间。

再例如，请参阅图6，其示出了本申请其中又一些实施例提供的激光雷达的示意图，其与图4与图5示出的实施例的主要不同在于：该硅光芯片100通过一个第一偏振旋转器130实现对第一本振光与第二本振光的旋光。具体地，分光模块230包括级联的第一分光器2321与第二分光器2322。第一分光器2321包括第一输入端、第一输出端与级联输出端，第一分光器2321用于经由第一输入端接收上述源光信号，并经由第一输出端输出探测光，经由级联输出端输出本振光。第二分光器2322具有第二输入端、第二输出端与至少一个第三输出端；第二输入端连接于上述级联输出端，第二输出端与第一光电探测模组连接，第三输出端与第二光电探测模组连接。第二分光器2322用于经由第二输入端接收上述本振光，并经由第二输出端输出第一本振光，以使第一本振光向第一光电探测模组传输，经由第三输出端输出第二本振光，以使第二本振光向第二光电探测模组传输。第一偏振旋转器130设于上述级联输出端与第二输入端之间。由于第一偏振旋转器130设置于第一光电探测模组150与各第二光电探测模组160的上游，因此其可以对第一本振光与第二本振光均进行偏振旋转，从而与图4示出的实施例相比，有利于节省偏振旋转器这一光学器件。

以上图4至图6中示出的实施例均是以在第一本振光所在的光路设置第一偏振旋转器130，以使第一本振光与探测光的偏振方向垂直为例进行说明，但应当理解，本申请并不局限于此，任何可以将第一本振光与探测光配置为偏振方向垂直的方式均可以实现上述效果。

例如，请参阅图7，其示出了本申请其中再一些实施例中的激光雷达的示意图，其与图4至图6中实施例的主要不同在于：图7的激光雷达中，第一本振光与第二本振光所在的光路并未设有偏振旋转器130，偏振旋转器130连接于发射波导121。例如，与图4的实施例类似，图7的实施例中探测光与第一本振光由分光模块230分光得到，偏振旋转器130连接于分光模块230的第一输出端与发射波导121之间。由于探测光与第一本振光的偏振方向不同，因此前导光也不会对第一本振光与回波光的相干造成干扰。

又例如，还可以在硅光芯片100之外即对探测光与第一本振光配置为不同的偏振方向，再使偏振方向垂直的探测光与第一本振光分别进入硅光芯片100，其同样具有上述技术效果。当然，与之相比，在硅光芯片100上进行上述配置可以保证激光雷达200具有更高的集成度。

可选地，如图8所示，基于上述任一实施例提供的激光雷达200还可以包括四分之一波片240，四分之一波片240设于发射波导121出射探测光与第一接收波导122接收回波光的一端，用于将探测光转换为椭圆偏振态或圆偏振态的光信号。穿过四分之一波片240的光线均能够被偏振旋转相同的角度，例如，探测光穿过四分之一波片240时被四分之一波片240偏振旋转45度，回波光穿过四分之一波片240时被四分之一波片240偏振旋转45度。如此，探测光穿过四分之一波片240投射至目标物，并被目标物反射后再穿过四分之一波片240后进形成偏振方向垂直于探测光的回波光。值得指出的是，当第一偏振旋转器130设于第一接收波导122的输出端时，由于四分之一波片240的旋光过程，在第一接收波导122中传输的能量更高的分量为与探测光垂直的分量，而该分量也是探测光和前导光偏振方向不同的光信号，即该种配置方式还有利于保证以更高的回波能量与第一本振信号拍频。

第四方面，本申请实施例还提供一种可移动设备，图9为本申请一些实施例中的可移动设备300的示意图，该可移动设备300是一种可以相对地面进行移动的设备，其包括可移动的基体310以及搭载于该基体上的激光雷达200，该激光雷达200为上述任一实施例中的激光雷达200。

该可移动设备300包括但不限于是国际自动机工程师学会(Society ofAutomotive Engineers International，SAE International)或中国国家标准《汽车驾驶自动化分级》制定的L0-L5共六个自动驾驶技术等级的车辆，例如可以是具有如下各种功能的车辆设备或机器人设备：

(1)载人功能，如家用轿车、公共汽车等；

(2)载货功能，如普通货车、厢式货车、甩挂车、封闭货车、罐式货车、平板货车、集装厢车、自卸货车、特殊结构货车等；

(3)工具功能，如物流配送车、自动导引运输车AGV、巡逻车、起重机、吊车、挖掘机、推土机、铲车、压路机、装载机、越野工程车、装甲工程车、污水处理车、环卫车、吸尘车、洗地车、洒水车、扫地机器人、送餐机器人、导购机器人、割草机、高尔夫球车等；

(4)娱乐功能，如娱乐车、游乐场自动驾驶装置、平衡车等；

(5)特殊救援功能，如消防车、救护车、电力抢修车、工程抢险车等。

本申请对于可移动设备300的类型不做严格限定，在此不再穷举。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括壳体、光源模组与硅光芯片，所述光源模组收容于所述壳体，并用于生成源光信号，所述硅光芯片收容于所述壳体，所述硅光芯片包括：

包层；

收发波导模组，嵌设于所述包层，包括发射波导与第一接收波导，所述发射波导沿第一方向延伸，所述发射波导用于传输并出射探测光，以探测目标物体，所述探测光为所述源光信号的部分，沿所述硅光芯片的厚度方向观察，所述第一接收波导与所述发射波导之间沿第二方向间隔设置，所述第一接收波导用于接收并传输回波光，所述回波光由目标物体反射所述探测光形成；

第一光电探测模组，用于接收第一本振光以及经由所述第一接收波导输出的回波光，所述第一本振光为所述源光信号的部分；以及

第一偏振旋转器，设于所述第一光电探测模组的上游，所述第一偏振旋转器用于使所述第一光电探测模组接收的第一本振光进行偏振旋转90度，以使所述第一光电探测模组接收的第一本振光与所述探测光的偏振方向垂直；

其中，所述第一方向、所述第二方向以及所述厚度方向中的任意两者相互垂直。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括分光模块；

所述分光模块包括第一输入端、第一输出端与第二输出端，所述第一输出端与所述发射波导连接，所述第二输出端与所述第一光电探测模组连接，所述分光模块用于经由所述第一输入端接收所述源光信号，并经由所述第一输出端输出所述探测光，经由所述第二输出端输出第一本振光；

所述第一偏振旋转器连接于所述第二输出端与所述第一光电探测模组之间。

3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述收发波导模组还包括至少一个第二接收波导，沿所述厚度方向观察，所述发射波导、所述第一接收波导与所述第二接收波导沿所述第二方向间隔排布，所述第二接收波导位于所述第一接收波导背离所述发射波导的一侧，所述第二接收波导用于接收并传输回波光；

所述硅光芯片还包括至少一个第二光电探测模组，每一所述第二光电探测模组对应一所述第二接收波导，所述第二光电探测模组用于接收第二本振光以及经由所述第二接收波导输出的回波光，所述第二本振光为所述源光信号的部分。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括分光模块；

所述分光模块包括第一输入端、第一输出端、第二输出端与至少一个第三输出端，所述第一输出端与所述发射波导连接，所述第二输出端与所述第一光电探测模组连接，所述第三输出端与所述第二光电探测模组连接，所述分光模块用于经由所述第一输入端接收所述源光信号，并经由所述第一输出端输出所述探测光，经由所述第二输出端输出第一本振光，以及经由所述第三输出端输出第二本振光；

所述第一偏振旋转器连接于所述第二输出端与所述第一光电探测模组之间。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括第二偏振旋转器；

所述第二偏振旋转器连接于所述第三输出端与所述第二光电探测模组之间。

6.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括分光模块，所述分光模块包括第一分光器与第二分光器；

所述第一分光器包括第一输入端、第一输出端与级联输出端，所述第二分光器具有第二输入端、第二输出端与至少一个第三输出端，所述第二输入端连接于所述级联输出端；

所述第一分光器用于经由所述第一输入端接收所述源光信号，并经由所述第一输出端输出所述探测光，经由所述级联输出端输出本振光，所述第二分光器用于经由所述第二输入端接收所述本振光，经由所述第二输出端输出所述第一本振光，经由第三输出端输出所述第二本振光；

所述第一偏振旋转器连接于所述级联输出端与所述第二输入端之间。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光电探测模组包括第一光混频器与第一平衡光电探测器；

所述第一光混频器用于接收所述第一本振光以及经由所述第一接收波导输出的回波光，并混频以输出第一拍频光信号与第二拍频光信号；

所述第一平衡光电探测器与第一光混频器连接，所述第一平衡光电探测器用于对所述第一拍频光信号与第所述二拍频光信号进行平衡探测。

8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括四分之一波片；

所述四分之一波片设于所述发射波导出射所述探测光与所述第一接收波导接收所述回波光的一端，用于将所述探测光转换为椭圆偏振态或圆偏振态的光信号。

9.一种可移动设备，其特征在于，包括：

可移动的基体；以及

如权利要求1至8中任一项所述的激光雷达，所述激光雷达搭载于所述基体。

10.根据权利要求9所述的可移动设备，其特征在于，所述可移动设备为车辆。