CN118103743A - 具有增加相容性的载流子注入器 - Google Patents

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Abstract

激光雷达***包括配置成输出源信号的光源。激光雷达芯片还配置成输出从激光雷达芯片离开的激光雷达输出信号。激光雷达***还包括隔离器适配器，所述隔离器适配器包括配置成接收适配器信号的光学隔离器。适配器信号包括来自源信号并且在由光学隔离器接收之前已从激光雷达芯片离开的光。隔离器配置成在隔离器输出信号中输出来自适配器信号的光。另外，激光雷达输出信号包括来自隔离器输出信号的光。

Description

具有增加相容性的载流子注入器
相关申请
本申请是于2021年8月6日提交的题为“具有增加相容性的载流子注入器(CarrierInjector Having Increased Compatibility)”的美国专利申请序列号17/396,616的继续申请，其通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及光学器件。特别地，本发明涉及载流子注入器。
背景技术
光子集成电路芯片包括集成到诸如绝缘体上硅晶片的平台中的光波导。这些芯片中的许多芯片利用将自由载流子注入到波导中的一个波导中的载流子注入器。波导中自由载流子的存在允许载流子注入器作为衰减器和/或相位调谐器操作。
在诸如绝缘体上硅晶片的平台上的载流子注入器通常通过掺杂硅然后退火来制造。然而，除了载流子注入器之外，这些芯片上的光子电路通常还包括其他集成光学部件。其他部件通常包括最初不存在于晶片上的材料，例如锗。与硅的掺杂相关联的退火通常在大约1000℃的温度下发生。然而，诸如锗的材料可能被大约1000℃的温度损坏。因此，制造载流子注入器的工艺可能损坏芯片上的其他部件。结果，需要一种改进的载流子注入器和/或用于制造载流子注入器的改进工艺。
发明内容
载流子注入器配置成将自由载流子注入到光波导中。载流子注入器包括硅，但不包括硅的任何掺杂区域。波导配置成引导光信号通过硅的波导部分。载流子注入器还包括具有掺杂区域的掺杂剂主体介质，所述掺杂区域配置成使得施加到掺杂区域的正向偏置使自由载流子从掺杂区域进入硅的波导部分。
配置成将自由载流子注入到光波导中的载流子注入器的另一实施例具有远离硅的平板区域延伸的硅的脊。硅的平板区域包括第二掺杂区域。载流子注入器还包括位于平板区域上的掺杂剂主体介质。掺杂剂主体介质包括掺杂区域，每个掺杂区域接触第二掺杂区域中的一个。掺杂区域配置成使得在掺杂区域之间施加的正向偏置使自由载流子从第二掺杂区域进入光波导。
一种制造载流子注入器的方法包括在晶片上的硅层中限定波导。波导配置成将光信号从硅层引导通过硅的波导部分。制造载流子注入器还包括将掺杂剂主体介质定位在硅层上。在将掺杂剂主体介质定位在层上之后，在掺杂剂主体介质中形成掺杂区域。掺杂区域配置成使得在掺杂区域之间施加的正向偏置使自由载流子从掺杂区域进入硅的波导部分。在掺杂剂主体介质中形成掺杂区域之前，硅层不包括掺杂区域。
一种制造载流子注入器的方法包括在晶片上的硅层中形成第二掺杂区域。制造载流子注入器还包括在形成第二掺杂区域之后将掺杂剂主体介质放置在来自硅层的硅上。在掺杂剂主体介质中形成掺杂区域，使得掺杂区域中的每一个接触第二掺杂区域中的一个。掺杂区域配置成使得在掺杂区域之间施加的正向偏置使自由载流子从第二掺杂区域进入光波导。
载流子注入器可以包括在诸如激光雷达***的***中和/或可以包括在诸如光子集成电路芯片的芯片上。当载流子注入器在芯片上时，芯片可以包括也包括掺杂剂主体介质的其他光学器件。例如，添加到晶片的掺杂剂主体介质可以包括在一个或多个载流子注入器中，并且也可以包括在一个或多个辅助器件中。包括在不同载流子注入器和/或辅助器件中的掺杂剂主体介质可以在相同的操作中添加到晶片。例如，包括在不同载流子注入器和/或辅助器件中的掺杂剂主体介质可以在外延生长操作中添加到晶片。在一些情况下，掺杂剂主体介质是锗。
附图说明
图1是可以用作激光雷达***或者可以包括在激光雷达***中的激光雷达芯片的示意图的俯视图，所述激光雷达***包括除了激光雷达芯片之外的部件。
图2是激光雷达芯片的另一实施例的示意图的俯视图，所述激光雷达芯片可以用作激光雷达***或者可以包括在激光雷达***中，所述激光雷达***包括除了激光雷达芯片之外的部件。
图3是适合与图1的激光雷达芯片一起使用的激光雷达适配器的示例的俯视图。
图4是适合与图2的激光雷达芯片一起使用的激光雷达适配器的示例的俯视图。
图5是激光雷达***的俯视图，所述激光雷达***包括在公共安装件上的图1的激光雷达芯片和图3的激光雷达适配器。
图6是激光雷达***的俯视图，所述激光雷达***包括在公共安装件上的图2的激光雷达芯片和图4的激光雷达适配器。
图7A是在激光雷达***中使用的合适处理单元的示例的示意图。
图7B是处理单元中的电子器件和光传感器之间的关系的示意图。
图7C示出了***输出信号的合适频率模式的示例。
图8A至图8C示出了用作从激光雷达***输出的信号的光源的光***的示例。
图9A是包括与隔离器适配器结合使用的激光雷达芯片的激光雷达***的一部分的俯视图。
图9B是包括与隔离器适配器结合使用的激光雷达芯片的激光雷达***的一部分的俯视图。
图10A是包括与激光雷达适配器和隔离器适配器结合使用的激光雷达芯片的激光雷达***的俯视图。
图10B是包括与激光雷达适配器和隔离器适配器结合使用的激光雷达芯片的激光雷达***的俯视图。
图11是适合用于图8A至图8C的光***中的光源的示例的俯视图。
图12是适合用于图8A至图8C的光***中的光学隔离器的示例的侧视图。
图13是适合用于图8A至图8C的光***中的控制部件的实施例的示意图。
图14是由绝缘体上硅晶片构造的激光雷达芯片的一部分的横截面。
图15A至图15F示出了增益芯片和波导之间的合适接口的示例。图15A是包括接口的激光雷达芯片的一部分的俯视图。
图15B是沿着标记为B的线截取的图15A中所示的波导的横截面。
图15C是增益芯片的透视图。
图15D是沿着在图15A中标记为C的在支架之间延伸的线截取的增益芯片的横截面。
图15E是沿着在图15A中标记为D的在支架之间延伸的线截取的增益芯片的横截面。
图15F是沿着在图15A中标记为E的在支架之间延伸的线截取的图15A的增益芯片的横截面。
图16是适合用于光源中的部分返回器件的一部分的透视图。
图17A是包括用于将激光雷达芯片与放大器芯片光学耦合的接口的激光雷达芯片的一部分的透视图。
图17B是放大器芯片的一个实施例的透视图。
图17C和图17D示出了包括与图17B的放大器芯片接口的图17A的激光雷达芯片的激光雷达***的一部分。图17C是激光雷达***的俯视图。
图17D是沿着在图17C中标记为B的延伸通过支架的线截取的***的横截面的侧视图。
图18是可以用作激光雷达芯片的平台的晶片的透视图。
图19是配置成将自由载流子注入波导中的载流子注入器的实施例的横截面。
图20是配置成将自由载流子注入波导中的载流子注入器的实施例的横截面。
图21A至图21G示出了用于制造根据图19构造的载流子注入器的方法。图21A是晶片或芯片的横截面。
图21B是具有在图21A的晶片或芯片中形成的凹部的器件前体的横截面。
图21C是在图21B的器件前体上的凹部中具有掺杂剂主体材料的器件前体的横截面。
图21D是在图21C的器件前体上具有掩模的器件前体的横截面。
图21E是在形成掩模和蚀刻暴露的掺杂剂主体材料之后图21D的器件前体的横截面。
图21F是在图21E的掺杂剂主体材料中具有掺杂区域的器件前体的横截面。
图21G是在图21F的掺杂剂主体材料上具有电导体的器件前体的横截面。
图22A至图22G示出了用于制造根据图20构造的载流子注入器的方法。图22示出了图21B的器件前体。
图22B是在图22A的器件前体上的光传输介质中具有第二掺杂区域的器件前体的横截面。器件前体具有形成在图21A的晶片或芯片中的凹部。
图22C是在图22B的器件前体上的凹部中具有掺杂剂主体材料的器件前体的横截面。
图22D是在图22C的器件前体上具有掩模的器件前体的横截面。
图22E是在形成掩模和蚀刻暴露的掺杂剂主体材料之后图22D的器件前体的横截面。
图22F是在图22E的掺杂剂主体材料中具有掺杂区域的器件前体的横截面。
图22G是在图22F的掺杂剂主体材料上具有电导体的器件前体的横截面。
具体实施方式
载流子注入器的实施例配置成将自由载流子注入到波导中，所述波导引导光信号通过硅和/或将光信号限制在硅内。载流子注入器不包括硅的掺杂区域。结果，包括载流子注入器的光子集成电路不暴露于与硅掺杂相关联的升高温度。
载流子注入器的另一实施例配置成将自由载流子注入到波导中，所述波导引导光信号通过硅和/或将光信号限制在硅内。载流子注入器包括硅的掺杂区域，并且还包括掺杂剂主体材料的掺杂区域。掺杂剂主体材料可以在硅的掺杂和退火之后添加到载流子注入器。结果，掺杂剂主体材料不暴露于与硅的退火相关联的升高温度。
图1是可以用作激光雷达***或者可以包括在激光雷达***中的激光雷达芯片的示意图的俯视图，所述激光雷达***包括除了激光雷达芯片之外的部件。激光雷达芯片可以包括光子集成电路(PIC)并且可以是光子集成电路芯片。激光雷达芯片包括输出光***信号的光***10。合适的光***10包括但不限于半导体激光器，诸如外腔激光器(ECL)、分布式反馈激光器(DFB)、离散模式(DM)激光器、量子点(QD)激光器和分布式布拉格反射器激光器(DBR)。
激光雷达芯片包括接收来自光***10的光***信号的效用波导11。效用波导11包括接收光***信号的分离器12。分离器12在效用波导11上输出传出的激光雷达信号。
效用波导11将传出的激光雷达信号运载到激光雷达引擎13，所述激光雷达引擎处理生成激光雷达数据的光信号。激光雷达引擎13包括效用波导11终止于其处的琢面(facet)14。效用波导11将传出的激光雷达信号运载到琢面14。
琢面14与光学放大器16的第一琢面15光学对准。光学放大器包括终止于第二琢面18的放大器波导17。传出的激光雷达信号穿过效用波导11的琢面14，穿过第一琢面15，并且在放大器波导17中被接收。放大器波导17将传出的激光雷达信号运载到第二琢面18。第二琢面18可以定位成使得行进通过第二琢面18的传出的激光雷达信号离开芯片并用作激光雷达输出信号。例如，第二琢面18可以定位在激光雷达芯片的边缘处或附近，使得行进通过第二琢面18的传出的激光雷达信号离开芯片并用作激光雷达输出信号。光学放大器16是可选的。结果，穿过效用波导11的琢面14的激光雷达输出信号的部分可以从激光雷达芯片离开并用作激光雷达输出信号。在一些情况下，从激光雷达芯片离开的激光雷达输出信号的部分也可以被认为是***输出信号。作为示例，当激光雷达输出信号从激光雷达芯片的离开也是激光雷达输出信号从激光雷达***的离开时，激光雷达输出信号也可以被认为是***输出信号。
来自激光雷达输出信号的光在***输出信号中远离激光雷达***行进。***输出信号可以行进通过激光雷达***所在的气氛中的自由空间。***输出信号可以由***输出信号的路径中的一个或多个物体反射。当***输出信号被反射时，反射光的至少一部分作为***返回信号朝向激光雷达芯片返回。
来自***返回信号的光可以在由激光雷达芯片接收的第一激光雷达输入信号中承载。在一些情况下，***返回信号的一部分可以用作第一激光雷达输入信号。激光雷达引擎13包括终止于琢面20的比较波导19。第一激光雷达输入信号通过琢面20进入比较波导19并用作第一比较信号。比较波导19将第一比较信号运载到处理单元21，所述处理单元配置成将光信号转换为电信号，从所述电信号生成激光雷达数据(激光雷达***与位于激光雷达***外部的一个或多个物体之间的径向速度和/或距离)。
分离器12将来自效用波导11的光***信号的一部分移动到参考波导24上作为第一参考信号。参考波导24将第一参考信号运载到处理单元21以进行进一步处理。
由分离器12从效用波导11传输的光的百分比可以是固定的或基本固定的。例如，分离器12可以配置成使得传输到参考波导24的第一参考信号的功率是光***信号的功率的百分比。在一些情况下，百分比大于5％、10％或20％和/或小于50％或60％。合适的分离器22包括但不限于光耦合器、Y结、锥形耦合器和多模干涉(MMI)装置。
图2是可以用作激光雷达***或者可以包括在激光雷达***中的激光雷达芯片的示意图的俯视图，所述激光雷达***包括除了激光雷达芯片之外的部件。图2的激光雷达芯片示出了经修改以处理多个激光雷达输入信号的图1的激光雷达芯片。如上所述，当来自***输出信号的光由位于激光雷达***外部的物体反射时，反射光的至少一部分可以在***返回信号中朝向激光雷达芯片返回。
来自***返回信号的光可以在由激光雷达芯片接收的第二***激光雷达输入信号中承载。在一些情况下，***返回信号的一部分可以用作第二激光雷达输入信号。激光雷达芯片包括终止于琢面38的第二比较波导36。第二激光雷达输入信号通过琢面38进入第二比较波导36并用作第二比较信号。第二比较波导36将第二比较信号运载到第二处理单元40，所述第二处理单元配置成将光信号转换为电信号，从所述电信号生成激光雷达数据(激光雷达***与位于激光雷达***外部的一个或多个物体之间的径向速度和/或距离)。
参考波导24将第一参考信号运载到分离器42。分离器42将来自参考波导24的传出的激光雷达信号的一部分移动到第二参考波导44上作为第二参考信号。第二参考波导44将第二参考信号运载到第二处理单元40以进行进一步处理。
如下文将更详细地描述，第一处理单元21和第二处理单元40均将比较信号与参考信号组合以形成复合信号，所述复合信号承载视场上的样本区域的激光雷达数据。因此，可以处理复合信号以便提取样本区域的激光雷达数据(从由一个或多个反射物体材料指示、激光雷达***与激光雷达***外部的物体之间的径向速度以及激光雷达***与物体之间的距离组成的组中选择的一个或多个数据)。
在一些情况下，根据图1或图2构造的激光雷达芯片与激光雷达适配器结合使用。在一些情况下，激光雷达适配器可以物理地光学地定位在激光雷达芯片与一个或多个反射物体和/或视场之间，因为(一个或多个)第一激光雷达输入信号和/或激光雷达输出信号从激光雷达芯片行进到视场的光路穿过激光雷达适配器。另外，激光雷达适配器可以配置成对来自***返回信号的光和来自激光雷达输出信号的光进行操作，使得第一激光雷达输入信号和激光雷达输出信号在激光雷达适配器和激光雷达芯片之间的不同光学路径上行进，但是在激光雷达适配器和视场中的反射物体之间的相同光学路径上行进。附加地或替代地，激光雷达适配器可以配置成对来自***返回信号的光和来自激光雷达输出信号的光进行操作，使得第二激光雷达输入信号和激光雷达输出信号在激光雷达适配器和激光雷达芯片之间的不同光学路径上行进，但是在激光雷达适配器和视场中的反射物体之间的相同光学路径上行进。
适合与图1的激光雷达芯片一起使用的激光雷达适配器的示例在图3中示出。激光雷达适配器包括定位在基座上的多个部件。例如，激光雷达适配器包括定位在基座102上的环行器100。所示的光学环行器100包括三个端口，并且配置成使得进入一个端口的光从下一个端口离开。例如，所示的光学环行器包括第一端口104、第二端口106和第三端口108。激光雷达输出信号从激光雷达芯片的效用波导11进入第一端口104并作为组件输出信号从第二端口106离开。
组件输出信号包括来自从激光雷达芯片接收的激光雷达输出信号的光、由其组成或基本上由其组成。因此，组件输出信号可以与从激光雷达芯片接收的激光雷达输出信号相同或基本相同。然而，在组件输出信号和从激光雷达芯片接收的激光雷达输出信号之间可能存在差异。例如，激光雷达输出信号在其行进通过激光雷达适配器时可能经历光学损耗，和/或激光雷达适配器可以可选地包括放大器110，所述放大器配置成在激光雷达输出信号行进通过激光雷达适配器时放大激光雷达输出信号。
当采样区域中的一个或多个物体反射来自组件输出信号的光时，反射光的至少一部分作为组件返回信号返回到环行器100。来自组件返回信号的光的至少一部分通过第二端口106进入环行器100。图3示出了沿着相同光路在激光雷达适配器和样本区域之间行进的激光雷达输出信号和组件返回信号。
组件返回信号通过第三端口108离开环行器100并且被引导到激光雷达芯片上的比较波导19。因此，来自组件返回信号的光可以用作第一激光雷达输入信号，并且第一激光雷达输入信号包括来自组件返回信号的光或由其组成。因此，激光雷达输出信号和第一激光雷达输入信号沿着不同光路在激光雷达适配器和激光雷达芯片之间行进。
从图3明显看出，激光雷达适配器可以可选地包括除了环行器100之外的光学部件。例如，激光雷达适配器可以包括用于导向和控制激光雷达输出信号和激光雷达返回信号的光路的部件。作为示例，图3的适配器包括可选的放大器110，所述放大器定位成在激光雷达输出信号进入环行器100之前接收和放大激光雷达输出信号。放大器110和/或放大器16可以由电子器件62操作，从而允许电子器件62控制激光雷达输出信号的功率。
光学部件可以包括一个或多个光束成形部件。例如，图3示出了包括可选的第一透镜112和可选的第二透镜114的激光雷达适配器。第一透镜112可以配置成将激光雷达输出信号耦合到期望位置。在一些情况下，第一透镜112配置成将激光雷达输出信号聚焦或准直在期望位置处。在一个示例中，当激光雷达适配器不包括放大器110时，第一透镜112配置成将激光雷达输出信号耦合在第一端口104上。作为另一示例，当激光雷达适配器包括放大器110时，第一透镜112可以配置成将入口端口上的激光雷达输出信号耦合到放大器110。第二透镜114可以配置成在期望位置处耦合组件返回信号。在一些情况下，第二透镜114配置成将组件返回信号聚焦或准直在期望位置处。例如，第二透镜114可以配置成将组件返回信号耦合在比较波导19的琢面20上。
激光雷达适配器还可以包括一个或多个方向改变部件，诸如反射镜或棱镜。图3示出了激光雷达适配器，其包括作为方向改变部件115的反射镜115，所述方向改变部件将激光雷达返回信号从环行器100重导向到比较波导19的琢面20。
图4示出了修改成使得激光雷达适配器适合与图2的激光雷达芯片一起使用的图3的激光雷达***。来自光***10的光通常是线性偏振的。因此，典型的***输出信号承载主偏振状态或专属偏振状态的光。***输出信号的反射可以改变***输出信号的全部或一部分的偏振状态。在一些情况下，操作图4的激光雷达***以补偿由该反射引起的偏振状态的变化。
图4的激光雷达适配器包括从环行器100接收组件返回信号的偏振分离器116。偏振分离器116将组件返回信号分离成第一返回信号和第二返回信号。第一返回信号被导向到激光雷达芯片上的比较波导19，并且用作在图1的上下文中描述的第一激光雷达输入信号。第二返回信号被导向到偏振旋转器118。偏振旋转器118输出第二激光雷达输入信号，所述第二激光雷达输入信号被导向到激光雷达芯片上的第二比较波导36并用作第二激光雷达输入信号。
偏振分离器116的一个示例构造成使得第一返回信号具有第一偏振状态但不具有或基本上不具有第二偏振状态，并且第二返回信号具有第二偏振状态但不具有或基本上不具有第一偏振状态。第一偏振状态和第二偏振状态可以是线性偏振状态，并且第二偏振状态与第一偏振状态不同。例如，第一偏振状态可以是TE并且第二偏振状态可以是TM，或者第一偏振状态可以是TM并且第二偏振状态可以是TE。在一些情况下，光***可以线性偏振，使得激光雷达输出信号具有第一偏振状态。合适的偏振分离器116包括但不限于Wollaston棱镜和基于MEMs的偏振分离器。
偏振旋转器可以配置成改变***返回信号的第一部分和/或***返回信号的第二部分的偏振状态。例如，图4中所示的偏振旋转器118可以配置成将***返回信号的第二部分的偏振状态从第二偏振状态改变为第一偏振状态。结果，第二激光雷达输入信号具有第一偏振状态，但不具有或基本上不具有第二偏振状态。因此，第一激光雷达输入信号和第二激光雷达输入信号均具有相同的偏振状态(在该示例中为第一偏振状态)。尽管承载相同偏振状态的光，但是由于使用偏振分束器，第一激光雷达输入信号和第二激光雷达输入信号与不同的偏振状态相关联。例如，第一激光雷达输入信号承载以第一偏振状态反射的光，并且第二激光雷达输入信号承载以第二偏振状态反射的光。结果，第一激光雷达输入信号与第一偏振状态相关联，并且第二激光雷达输入信号与第二偏振状态相关联。
由于第一激光雷达输入信号和第二激光雷达输入信号承载相同偏振状态的光，因此由第一激光雷达输入信号产生的比较信号具有与由第二激光雷达输入信号产生的比较信号相同的偏振状态。结果，偏振旋转器118布置成使得由第一激光雷达输入信号和第一参考信号产生的比较信号具有相同的偏振状态，并且由第二激光雷达输入信号和第二参考信号产生的比较信号具有相同的偏振状态。该结果可以利用激光雷达***中的部件的其他布置来实现。例如，偏振旋转器118可以定位成旋转第二参考信号的偏振状态而不是***返回信号的第二部分的偏振状态。
合适的偏振旋转器118包括但不限于偏振保持光纤的旋转、法拉第旋转器、半波片、基于MEMs的偏振旋转器和使用不对称Y分支的集成光学偏振旋转器、马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪和多模干涉耦合器。
由于传出的激光雷达信号是线性偏振的，因此第一参考信号可以具有与第二参考信号相同的线性偏振状态。另外，可以选择激光雷达适配器上的部件，使得第一参考信号、第二参考信号、比较信号和第二比较信号均具有相同的偏振状态。在图4的上下文中公开的示例中，第一比较信号、第二比较信号、第一参考信号和第二参考信号均可以具有第一偏振状态的光。
图4的激光雷达适配器可以包括附加的光学部件，包括无源光学部件。例如，激光雷达适配器可以包括(一个或多个)光束成形部件，诸如可选的第三透镜126。第三透镜126可以配置成在期望位置处耦合第二激光雷达输出信号。在一些情况下，第三透镜126将第二激光雷达输出信号聚焦或准直在期望位置处。例如，第三透镜126可以配置成将第二激光雷达输出信号聚焦或准直在第二比较波导36的琢面38上。激光雷达适配器还包括一个或多个方向改变部件124，诸如反射镜和棱镜。图4示出了激光雷达适配器，其包括作为方向改变部件的反射镜124，所述方向改变部件将来自环行器100的第二返回信号重导向到第二比较波导36的琢面38和/或第三透镜126。
激光雷达芯片包括限制一个或多个光信号的光路的一个或多个波导。尽管激光雷达适配器可以包括波导，但是信号在激光雷达适配器上的部件之间和/或在激光雷达芯片和激光雷达适配器上的部件之间行进的光路可以是自由空间。例如，当在激光雷达适配器上的不同部件之间和/或在激光雷达适配器上的部件和激光雷达芯片之间行进时，信号可以行进通过激光雷达芯片、激光雷达适配器和/或基座102所在的环境。结果，激光雷达适配器上的部件可以是附接到基座102的分立光学部件。在一些情况下，激光雷达适配器不包括波导。附加地或替代地，激光雷达适配器上的光学部件可以布置成使得在激光雷达适配器上的至少一对部件之间行进的光信号行进通过自由空间区域至少0.1mm、5mm或10mm的距离，其中自由空间区域不将光信号限制在任何方向上。附加地或替代地，激光雷达芯片上的光学部件可以布置成使得在激光雷达芯片上的光学部件之间行进的光信号不行进通过自由空间，或者使得在激光雷达芯片上的部件之间行进的光信号不行进通过自由空间区域大于1微米或100微米的距离，其中自由空间区域不将光信号限制在任何方向上。
用于激光雷达适配器的合适基座102包括但不限于基板、平台和板。合适的基板包括但不限于玻璃、硅和陶瓷。在一些情况下，基座由单层材料组成。部件可以是附接到基板的分立部件。用于将分立部件附接到基座102的合适技术包括但不限于环氧树脂、焊料和机械夹紧。在一个示例中，部件中的一个或多个是集成部件，并且其余部件是分立部件。在另一示例中，激光雷达适配器包括一个或多个集成放大器，并且其余部件是分立部件。
当激光雷达***包括激光雷达芯片和激光雷达适配器时，激光雷达芯片、电子器件和激光雷达适配器可以包括在激光雷达组件中，其中激光雷达芯片、激光雷达适配器和电子器件的全部或一部分定位在公共安装件128上。合适的常见安装件128包括但不限于玻璃板、金属板、硅板和陶瓷板。作为示例，图5是在公共安装件128上包括图1的激光雷达芯片和电子器件62以及图3的激光雷达适配器的激光雷达***的俯视图。作为另一示例，图6是在公共安装件128上包括图2的激光雷达芯片和电子器件62以及图4的激光雷达适配器的激光雷达***的俯视图。
尽管图5和图6示出了位于公共安装件128上的电子器件62，但是电子器件的全部或一部分可以位于公共安装件128之外。当光***10位于激光雷达芯片之外时，光***可以位于公共安装件128上或公共安装件128之外。用于将激光雷达芯片、电子器件和/或激光雷达适配器安装在公共安装件128上的合适手段包括但不限于环氧树脂、焊料和机械夹紧。
图5和图6的激光雷达***可以包括至少部分地位于公共安装件128之外的一个或多个***部件。合适的***部件的示例包括但不限于光学链路、光束成形部件、偏振状态旋转器、光束转向部件、光学分离器、光学放大器和光学衰减器。例如，图5和图6的激光雷达***可以包括从适配器接收组件输出信号并输出成形信号的一个或多个光束成形部件130。一个或多个光束成形部件130可以配置成提供具有期望形状的成形信号。例如，一个或多个光束成形部件130可以配置成输出聚焦、发散或准直的成形信号。在图5和图6中，一个或多个光束成形部件130是配置成输出准直的成形信号的透镜。
图5和图6的激光雷达***可以可选地包括从一个或多个光束成形部件130接收成形信号并输出***输出信号的一个或多个光束转向部件134。例如，图5和图6示出了从光束成形部件130接收成形信号的光束转向部件134。电子器件可以操作一个或多个光束转向部件134，以便将***输出信号转向到不同的样本区域135。样本区域可以远离激光雷达***延伸到激光雷达***配置成提供可靠的激光雷达数据的最大距离。可以将样本区域拼接在一起以限定视场。例如，激光雷达***的视场包括由样本区域的组合占据的空间或由该空间组成。
合适的光束转向部件包括但不限于可移动反射镜、MEMS反射镜、光学相控阵列(OPA)、光栅、致动光栅和移动激光雷达芯片、激光雷达适配器和/或公共安装件128的致动器。
当***输出信号由位于激光雷达***和激光雷达外部的物体136反射时，反射光的至少一部分作为***返回信号返回到激光雷达***。当激光雷达***包括一个或多个光束转向部件134时，一个或多个光束转向部件134可以从物体136接收***返回信号的至少一部分。一个或多个光束成形部件130可以从物体136或从一个或多个光束转向部件134接收***返回信号的至少一部分，并且可以输出由适配器接收的组件返回信号。
图5和图6的激光雷达***包括可选的光学链路138，所述光学链路将光信号从适配器、从激光雷达芯片和/或从公共安装件上的一个或多个部件运载到一个或多个***部件。例如，图5和图6的激光雷达***包括配置成将组件输出信号运载到光束成形部件130的光纤。光学链路138的使用允许***输出信号的源远离激光雷达芯片定位。尽管所示的光学链路138是光纤，但是可以使用其他光学链路138。其他合适的光学链路138包括但不限于自由空间光学链路和波导。当激光雷达***不包括光学链路时，一个或多个光束成形部件130可以直接从适配器接收组件输出信号。
图7A至图7B示出了适合用作上述激光雷达***中的处理单元21和/或处理单元40的处理单元138的示例。处理单元138接收来自比较波导150的比较信号贡献和来自参考波导152的参考信号贡献。图7A中的比较波导150可以表示图1的比较波导19，而图7A中的参考波导152是图1的参考波导24。替代地，图7A中的比较波导150可以表示图2的比较波导19，而图7A中的参考波导152是图2的参考波导24。因此，处理单元138可以接收第一比较信号作为比较信号贡献并且接收第一参考信号作为参考信号贡献。替代地，图7A中的比较波导150可以表示图2的第二比较波导36，而图7A中的参考波导152表示图2的第二参考波导44。因此，处理单元138可以接收第二比较信号作为比较信号贡献并且接收第二参考信号作为参考信号贡献。
比较波导150将比较信号贡献运载到光组合部件154。参考波导152将参考信号贡献运载到光组合部件154。光组合部件154将比较信号贡献和参考信号贡献组合成复合信号。由第一激光雷达输入信号和第一参考信号产生的比较信号具有相同的偏振状态。另外，当激光雷达组件处理诸如图6中所示的第二激光雷达输入信号时，由第二激光雷达输入信号和第二参考信号产生的比较信号具有相同的偏振状态。结果，由光组合部件154组合的比较信号贡献和参考信号贡献具有相同的偏振状态。由于比较信号贡献和参考信号贡献之间的频率差异，复合信号在比较信号贡献和参考信号贡献之间拍频。例如，复合信号可以由组合第一偏振状态的第一比较信号和第一参考信号产生并且排除或基本上排除第二偏振状态的光，或者复合信号由组合第二偏振状态的第一比较信号和第一参考信号产生并且排除或基本上排除第一偏振状态的光。
光组合部件154还将所得到的复合信号分离到第一检测器波导156和第二检测器波导158上。第一辅助检测器波导156将复合信号的第一部分运载到第一光传感器160，所述第一光传感器将复合信号的第一部分转换为第一电信号。第二检测器波导158将复合信号的第二部分运载到第二光传感器162，所述第二光传感器将复合信号的第二部分转换为第二电信号。合适的光传感器的示例包括锗光电二极管(PD)和雪崩光电二极管(APD)。
在一些情况下，光组合部件154分离复合信号，使得包括在复合信号的第一部分中的比较信号贡献相对于复合信号的第二部分中的比较信号贡献相移180°，但是复合信号的第二部分中的参考信号贡献与复合信号的第一部分中的参考信号贡献同相。替代地，光组合部件154分离复合信号，使得复合信号的第一部分中的参考信号贡献相对于复合信号的第二部分中的参考信号贡献相移180°，但是复合信号的第一部分中的比较信号贡献与复合信号的第二部分中的比较信号的部分同相。合适的光传感器的示例包括锗光电二极管(PD)和雪崩光电二极管(APD)。
图7B提供了处理单元138中的电子器件和光传感器之间的关系的示意图。光电二极管的符号用于表示第一光传感器160和第二光传感器162，但是这些传感器中的一个或多个可以具有其他构造。在一些情况下，图7B的示意图中所示的所有部件都包括在激光雷达芯片上。在一些情况下，图7B的示意图中所示的部件分布在激光雷达芯片和位于激光雷达芯片之外的电子器件之间。
电子器件62可以连接第一光传感器160和第二光传感器162作为平衡检测器164。例如，电子器件可以将第一光传感器160与第二光传感器162串联连接，如图7B中所示。第一光传感器160和第二光传感器162之间的串联连接承载来自平衡检测器的输出作为数据信号。可以在传感器输出线166上承载数据信号，并且该数据信号可以用作复合信号的电表示。
电子器件62包括配置成对数据信号执行数学变换的变换机构168。变换机构168包括从传感器输出线166接收数据信号的模数转换器(ADC)170。模数转换器(ADC)170将数据信号从模拟形式转换为数字形式并输出数字数据信号。数字数据信号是数据信号的数字表示。
变换机构168包括配置成接收数字数据信号的数学运算部件172。数学运算部件172配置成对接收的数字数据信号执行数学运算。合适的数学运算的示例包括但不限于诸如傅立叶变换的数学变换。在一个示例中，数学运算部件172对数字信号执行傅里叶变换，以便从时域转换到频域。数学变换可以是实变换，诸如实快速傅里叶变换(FFT)。实快速傅里叶变换(FFT)可以提供指示作为频率的函数的幅度的输出。结果，快速傅里叶变换的输出中的峰值可以出现在拍频信号的拍频处和/或指示拍频信号的拍频的正确解。数学运算部件172可以使用固件、硬件或软件或其组合来执行属性函数。
电子器件包括接收来自变换部件168的输出的激光雷达数据生成器174。激光雷达数据生成器174可以对变换部件168的输出执行峰值查找以识别变换部件168的输出的频率的峰值。激光雷达数据生成器174将所识别的峰值处的频率视为拍频信号的拍频，每个拍频信号由比较信号的全部或一部分与参考信号的全部或一部分拍频产生。激光雷达数据生成器174可以使用所识别的拍频与激光雷达输出信号和/或***输出信号的频率模式组合，来生成激光雷达数据。
如图7B中所示，承载数据信号的传感器输出线166可以可选地包括放大器176。合适的放大器176包括但不限于跨阻放大器(TIA)。
图7C具有标记为λA的实线，并且示出了激光雷达输出信号和因此***输出信号的合适频率模式的示例。因此，实线还表示参考信号的频率模式。图7C示出了在标记为cyclej和cyclej+1的两个周期的序列上的频率对时间模式。在一些情况下，在每个周期中重复频率对时间模式，如图7C中所示。所示的周期不包括重新定位时段和/或重新定位时段不位于周期之间。结果，图7C示出了***输出信号到视场中的多个不同样本区域的连续扫描的结果。
每个周期包括K个数据时段，每个数据时段与时段索引K相关联并且标记为DPK。在图7C的示例中，每个周期包括两个数据时段(k＝1和2)。在一些示例中，频率对时间模式对于在不同周期中彼此对应的数据时段是相同的，如图7C中所示。对应的数据时段是具有相同时段索引的数据时段。结果，每个数据时段DP1可以被认为是该相同通道索引(i)的对应数据时段，并且相关联的频率对时间模式在图7C中是相同的。在周期结束时，电子器件将频率返回到其开始前一周期的相同频率水平。
在每个数据时段期间，***输出信号的频率以恒定速率变化。速率可以是零，但是每个周期中的数据时段的至少一部分具有以非零速率变化的***输出信号。频率变化的方向和/或速率随着来自相同周期的数据时段的变化而变化。例如，在数据时段DP1和数据时段DP2期间，电子器件操作光***，使得***输出信号的频率以线性速率α变化。在数据时段DP1期间频率变化的方向与在数据时段DP2期间频率变化的方向相反。
来自相同周期中的两个或更多个不同数据时段的拍频(fLDP)可以被组合以生成激光雷达数据。例如，从图7C中的DP1确定的拍频可以与从图7C中的DP2确定的拍频组合以确定样本区域的激光雷达数据。作为示例，以下方程在数据时段期间应用，其中电子器件在数据时段期间增加传出的激光雷达信号的频率，诸如在图7C的数据时段DP1中发生：fub＝-fd+ατ，其中fub是从数学运算部件172的输出确定的拍频，fd表示多普勒频移(fd＝2νfc/c)，其中fc表示光频率(fo)，c表示光速，ν是反射物体和激光雷达***之间的径向速度，其中从反射物体朝向激光雷达***的方向被假设为正方向，并且c是光速。以下方程在电子器件减小传出的激光雷达信号的频率的数据时段期间应用，诸如在图7C的数据时段DP2中发生：fdb＝-fd-ατ，其中fdb是从数学运算部件172的输出确定的拍频。在这两个方程中，fd和τ是未知数。电子器件对这两个方程求解两个未知数。然后根据多普勒频移(ν＝c*fd/(2fc))确定样本区域的径向速度和/或可以根据c*fd/2确定该样本区域的分离距离。由于可以针对变换输出的每个对应频率对生成激光雷达数据，因此可以针对样本区域中的每个物体生成单独的激光雷达数据。因此，电子器件可以从视场中的单个样本区域的单个采样确定一个以上径向速度和/或一个以上径向分离距离。
图7C中所示的频率对时间模式还包括标记为λB的虚线。光***10可以配置成输出多个不同的光***信号，每个光***信号可以承载均处于不同波长(λA，λB，λC，...)的不同通道。如标记为λB的虚线所示，电子器件可以操作光***10，以向光***信号中的每一个提供根据图7C的频率对时间模式。
图6中的激光雷达***包括可以接收激光雷达信号的一部分的第二处理单元40。例如，物体对***输出信号的反射可以改变***返回信号的全部或一部分的偏振角。因此，激光雷达信号可以承载不同偏振状态的光远离反射物体。例如，激光雷达信号的第一部分和激光雷达信号的第二部分可以包括不同偏振状态的光。结果，偏振分离器116可以将激光雷达信号分成激光雷达信号的第一部分和激光雷达信号的第二部分。激光雷达信号的第一部分被导向到第一处理单元21，并且激光雷达信号的第二部分被导向到第二处理单元40。
由第一处理单元21接收的激光雷达信号的部分可以用作第一比较信号，并且由第二处理单元40接收的激光雷达信号的部分可以用作第二比较信号。电子器件62可以使用来自第二处理单元40的输出来生成激光雷达数据。结果，电子器件可以从第一处理单元21的输出生成第一激光雷达数据结果，并且从第二处理单元40的输出生成第二激光雷达数据结果。结果，图6的激光雷达***配置可以导致视场中的单个样本区域的激光雷达数据从来自样本区域的多个不同复合信号(即，来自第一处理单元21的第一复合信号和来自第二处理单元40的第二复合信号)生成。
在一些情况下，确定样本区域的激光雷达数据包括电子器件组合来自不同复合信号(即复合信号和第二复合信号)的激光雷达数据结果。组合激光雷达数据可以包括取从不同复合信号生成的激光雷达数据的平均值、中值或众数。例如，电子器件可以利用从第二复合信号确定的距离来平均从复合信号确定的激光雷达***和反射物体之间的距离，和/或电子器件可以利用从第二复合信号确定的径向速度来平均从复合信号确定的激光雷达***和反射物体之间的径向速度。
在一些情况下，确定样本区域的激光雷达数据包括电子器件将一个或多个复合信号(即复合信号和/或第二复合信号)识别为最能代表现实的激光雷达数据(代表性激光雷达数据)的源。然后电子器件可以使用来自识别的复合信号的激光雷达数据作为要用于附加处理的代表性激光雷达数据。例如，电子器件可以将具有较大幅度的信号(复合信号或第二复合信号)识别为具有代表性激光雷达数据，并且可以使用来自识别的信号的激光雷达数据以供激光雷达***进一步处理。在一些情况下，电子器件将识别具有代表性激光雷达数据的复合信号与组合来自不同激光雷达信号的激光雷达数据进行组合。例如，电子器件可以将幅度高于幅度阈值的每个复合信号识别为具有代表性激光雷达数据，并且当两个以上复合信号被识别为具有代表性激光雷达数据时，电子器件可以组合来自每个识别的复合信号的激光雷达数据。当一个复合信号被识别为具有代表性激光雷达数据时，电子器件可以使用来自该复合信号的激光雷达数据作为代表性激光雷达数据。当没有复合信号被识别为具有代表性激光雷达数据时，电子器件可以丢弃与那些复合信号相关联的样本区域的激光雷达数据。
图8A至图8C示出了适合与上述激光雷达***一起使用的多个不同的光***构造。光***10可以包括光源200和第一光学隔离器202。光***还可以包括用于控制光源200的操作的控制部件204。例如，电子器件可以在反馈控制回路中使用来自控制部件204的输出来控制从光源200输出的源信号的过程变量。合适的过程变量的示例包括受控光信号的频率和/或受控光信号的相位。
如图8A中所示，第一光学隔离器202可以位于光源200和控制部件204之间的光路上。结果，第一光学隔离器202配置成接收和传送来自由光源200输出的源信号的光。电子器件可以操作控制部件204，使得控制部件204从第一光学隔离器202接收的光用于控制光源200并且可以输出初步光***信号。初步光***信号可以用作效用波导11上的光***信号。
光***10的部件可以具有其他配置。例如，控制部件204可以定位在光源200和第一光学隔离器202之间的光学路径上，如图8B中所示。在该示例中，控制部件204可以接收来自源信号的光并且可以输出第二源信号。第一光学隔离器202可以从控制部件204接收第二源信号，并且可以输出初步光***信号。初步光***信号可以用作效用波导11上的光***信号。
第一光学隔离器202可以是多个光学隔离器中的一个。例如，图8C示出了位于光源200和控制部件204之间的光学路径上的第一光学隔离器202和第二光学隔离器206。第一光学隔离器202配置成接收和传送来自源信号的光。第二光学隔离器206配置成接收和传输来自第一光学隔离器202的光。
尽管在图8A至图8C中未示出，但是光***可以包括除了光源、一个或多个隔离器和控制部件104之外的部件。例如，光***可以包括光束转向部件，例如一个或多个反射镜、光栅、固态扫描仪和/或可以包括光束成形部件，例如一个或多个透镜。
在一些情况下，根据图1或图2构造的激光雷达芯片与隔离器适配器结合使用。在一些情况下，隔离器适配器可以物理地光学地沿着从激光雷达芯片延伸通过隔离器适配器并返回到激光雷达芯片的光学路径。另外，隔离器适配器可以配置成对来自源信号的光进行操作，使得光仅在沿着光学路径的一个方向上传输。例如，隔离器适配器可以配置成使得来自源信号的光仅从光源朝向一个或多个隔离器行进，但确实从一个或多个隔离器朝向光源行进。
图9A示出了包括与隔离器适配器结合使用的激光雷达芯片的激光雷达***的一部分。激光雷达***包括根据图8C构造的光***。光***包括光源200和控制部件204，其包括在激光雷达芯片上和/或与激光雷达芯片集成。隔离器适配器包括定位在基座上的一个或多个部件。例如，光***包括位于基座上而不是位于激光雷达芯片上的至少一个光学隔离器。例如，图9A的隔离器适配器包括位于基座208上的第一光学隔离器202和第二光学隔离器206。
图9A的激光雷达***中的光***除了光源200、一个或多个隔离器和控制部件104之外还包括光学部件。例如，光***包括一个或多个反射镜212，其定位在隔离器适配器的基座208上并且用作光束转向部件。光***10还包括一个或多个透镜214，其定位在隔离器适配器的基座上并且用作光束成形部件。透镜均配置成提供由透镜接收的光信号的准直。
在激光雷达***的操作期间，光源200输出源信号。在源波导216处接收源信号。源波导将源信号运载到端口218，源信号可以通过所述端口从激光雷达芯片离开。例如，源波导可以终止于用作端口218的琢面，并且源信号可以通过琢面从激光雷达芯片离开。从激光雷达芯片离开的源信号的部分由隔离器适配器的一个或多个部件接收。例如，来自源信号的光穿过透镜14中的一个，并且在第一光学隔离器202处被接收，其中它可以用作适配器信号。第一光学隔离器202传送适配器信号，并且可以输出传送的适配器信号作为隔离器输出信号。从第一光学隔离器202输出的隔离器输出信号穿过透镜214中的一个并由反射镜212接收，所述反射镜将隔离器输出信号朝向反射镜212中的另一个导向，所述反射镜中的另一个将来自隔离器输出信号的光朝向第二光学隔离器206导向。来自隔离器输出信号的光在第二光学隔离器206处被接收，其中它可以用作第二适配器信号。第二光学隔离器206传送第二适配器信号，并且可以输出传送的第二适配器信号作为第二隔离器输出信号。来自第二隔离器输出信号的光穿过透镜214中的一个并作为适配器输出信号离开隔离器适配器。
激光雷达芯片可以接收适配器输出信号。例如，激光雷达芯片可以接收从隔离器适配器离开的第二隔离器输出信号的部分。作为示例，激光雷达芯片可以包括激光雷达芯片波导215，其接收来自隔离器适配器的第二隔离器输出信号的至少一部分。激光雷达芯片波导215可以将来自第二隔离器输出信号的光运载到控制部件204。控制部件204对从隔离器适配器接收的第二隔离器输出信号进行操作，并且可以在效用波导11上输出初步光***信号。初步光***信号可以用作光***信号。电子器件可以操作控制部件204，使得控制部件204从第二隔离器输出信号并因此从源信号接收的光用于控制光源200和/或***输出信号的光学性质。
第一光学隔离器202和第二光学隔离器206配置成在一个方向上传输光，同时停止或基本上停止在相反方向上行进的光的传输。例如，激光雷达芯片和/或适配器上的一个或多个部件可以使光朝向光源100被背向背向反射。放大器(诸如至少在图1和图2的上下文中公开的放大器16和/或至少在图3和图4的上下文中公开的放大器110)可以是该背向背向反射的大源。来自这些放大器的背向反射量可能足以影响激光雷达***的性能。一个或多个光学隔离器可以配置成停止或基本上停止背向反射光到达光源，并且因此可以允许激光雷达***具有放大的益处，而不会损失激光雷达***的性能。
如上所述，激光雷达芯片包括限制一个或多个光信号的光路的一个或多个波导。虽然隔离器适配器可以包括波导，但是信号在隔离器适配器上的部件之间和/或在激光雷达芯片和隔离器适配器上的部件之间行进的光路可以是自由空间。例如，当在隔离器适配器上的不同部件之间行进时，信号可以行进通过激光雷达芯片、激光雷达适配器和/或隔离器适配器所在的环境。结果，隔离器适配器上的部件可以是附接到基座208的分立光学部件。
在一些情况下，隔离器适配器不包括波导。附加地或替代地，隔离器适配器上的光学部件可以布置成使得在隔离器适配器上的至少一对部件之间行进的光信号行进通过自由空间区域至少0.1mm、5mm或10mm的距离，其中自由空间区域不在任何方向上限制光信号。附加地或替代地，激光雷达芯片上的光学部件可以布置成使得在激光雷达芯片上的光学部件之间行进的光信号不行进通过自由空间，或者使得在激光雷达芯片上的部件之间行进的光信号不行进通过自由空间区域大于1mm、10mm或50mm的距离，其中自由空间区域不在任何方向上限制光信号。
用于隔离器适配器的合适基座108包括但不限于基板、平台和板。合适的基板包括但不限于玻璃、硅和陶瓷。在一些情况下，基座由单层材料组成。部件可以是附接到基板的分立部件。用于将分立部件附接到基座208的合适技术包括但不限于环氧树脂、焊料和机械夹紧。在一个示例中，基座208上的一个或多个部件是集成部件，并且其余部件是分立部件。
图9A的激光雷达***包括根据图8C构造的光***；然而，通过移除第一光学隔离器202或第二光学隔离器206，可以将光***转换为图8A的光***。
图9B示出了图9A的激光雷达***，其修改成包括根据图8B构造的光***，但是具有第一光学隔离器202和第二光学隔离器206。在图9B的激光雷达***的操作期间，源波导将源信号从光源200运载到控制部件204。控制部件204对从光源200接收的源信号进行操作，并且在第二源波导220上输出第二源信号。第二源波导220将第二源信号运载到第二端口222，源信号可以通过所述第二端口从激光雷达芯片离开。例如，第二源波导220可以终止于用作第二端口222的琢面，并且第二源信号可以通过第二源波导220的琢面从激光雷达芯片离开。电子器件可以操作控制部件204，使得控制部件204从第二源信号并且因此从源信号接收的光用于控制光源200和/或***输出信号的光学性质。
由隔离器适配器的一个或多个部件接收从激光雷达芯片离开的第二源信号的部分。例如，第二源信号穿过透镜14中的一个并且在第一光学隔离器202处被接收，其中它可以用作适配器信号。第一光学隔离器202传送适配器信号，并且可以输出适配器信号的传送部分作为隔离器输出信号。从第一光学隔离器202输出的隔离器输出信号穿过透镜214中的一个并由反射镜212接收，所述反射镜将隔离器输出信号朝向反射镜212中的另一个导向，所述反射镜中的另一个将来自隔离器输出信号的光朝向第二光学隔离器206导向。来自隔离器输出信号的光在第二光学隔离器206处被接收，其中它可以用作第二适配器信号。第二光学隔离器206传送第二适配器信号，并且可以输出传送的第二适配器信号作为第二隔离器输出信号。来自第二隔离器输出信号的光穿过透镜214中的一个并作为适配器输出信号离开隔离器适配器。
激光雷达芯片可以接收适配器输出信号。例如，激光雷达芯片可以接收从隔离器适配器离开的第二隔离器输出信号的部分。作为示例，激光雷达芯片上的效用波导11可以从隔离器适配器接收来自第二隔离器输出信号的光。由效用波导11接收的第二隔离器输出信号的部分可以用作效用波导11上的光***信号。
图10A示出了图5的激光雷达***，其修改成包括隔离器适配器和图9A的光***。
隔离器适配器可以与激光雷达适配器组合。例如，隔离器适配器的光学部件和/或分立部件可以定位在激光雷达适配器的基座102上。作为示例，图10B示出了图10A的激光雷达***，其修改成使得隔离器适配器的光学部件与来自激光雷达适配器的部件一起定位在激光雷达适配器的基座102上。结果，激光雷达适配器的基座102可以用作隔离器适配器的基座208。
图11是光源的合适构造的示例的俯视图。光源200包括激光腔或由其组成。光源包括用于激光器的增益芯片224或由其组成。光源包括从增益芯片224接收光信号的腔波导225。增益芯片224可以定位在凹部226中，使得增益芯片224的琢面与腔波导225的琢面光学对准，以允许增益芯片224和腔波导225交换光信号。腔波导225将光信号运载到部分返回器件228。所示的部分返回器件228是诸如布拉格光栅的光栅。然而，可以使用其他部分返回器件，诸如中阶梯光栅和阵列波导光栅。
部分返回器件228将光信号的一部分作为返回信号返回到腔波导225。例如，腔波导225将返回信号返回到增益芯片224，使得返回信号行进通过增益芯片224中的增益介质。增益芯片224配置成使得返回信号的至少一部分被添加到在腔波导225处接收的光信号。例如，增益芯片224可以包括高度、完全或部分反射器件230，其将从增益介质接收的返回信号反射回到增益介质中。结果，光可以在部分返回器件228和反射器件230之间谐振，以便形成分布式布拉格反射器(DBR)激光腔。DBR激光腔是外腔激光器，其具有固有的窄线宽和比DFB激光器更长的相干长度，并且因此当反射来自芯片的激光雷达输出信号的物体更远离芯片定位时改善性能。
部分返回器件228将从腔波导225接收的光信号的一部分传送到包括在激光雷达芯片上的源波导216。源波导216从部分返回器件228接收的光信号的部分用作从光源200输出的源信号。
腔波导225包括载流子注入器229。电子器件可以操作载流子注入器229，使得载流子注入器229将自由载流子注入到腔波导225中。腔波导225中自由载流子的存在改变了腔波导225的至少一部分的折射率。折射率的变化导致腔波导225内的光信号的相位的变化。该相位变化导致从光源200输出的源信号的频率的变化。结果，电子器件可以操作载流子注入器229以便调谐从光源200输出的源信号的频率。关于相位调谐器和外腔激光器的构造和操作的附加细节在2020年9月20日提交的题为“具有相移器的外腔激光器(ExternalCavity Laser with Phase Shifter)”的美国专利申请序列号17/026,270中提供，并且其全部内容并入本文。
图11中所示的光源是外腔激光器。然而，光源可以具有其他构造。例如，光源可以选自由分布式反馈激光器、分布式布拉格反射器激光器、离散模式激光器和外腔激光器组成的组。分布式反馈激光器、分布式布拉格反射器激光器、离散模式激光器和外腔激光器是提供FMCW激光雷达***所需的窄线宽的光源的示例。然而，这些光源比其他光源对背向反射更敏感，并且因此最强烈地受益于隔离器适配器的存在。
图12示出了适合用作隔离器适配器上的第一光学隔离器202和第二光学隔离器206的隔离器232的示例。隔离器232包括在隔离器适配器的基座208上的多个部件。例如，隔离器232包括第一部件234、第二部件236和第四部件238。部件的功能可以响应于期望的隔离器的类型而改变。例如，当隔离器232是偏振相关隔离器时，第一部件234可以是输入偏振器，第二部件236可以是法拉第旋转器，并且第四部件238可以是诸如检偏器的输出偏振器。当隔离器232是偏振无关隔离器时，第一部件234可以是输入双折射楔形件，第二部件236可以是法拉第旋转器，并且第四部件238可以是输出双折射楔形件。隔离器232可以可选地包括附加部件或少于三个部件。当隔离器232包括法拉第旋转器时，隔离器232可以包括与法拉第旋转器相关联的磁体。当隔离器232包括磁体时，磁体可以位于基座208上或位于基座208之外。结果，隔离器232部件中的一个或多个可以位于隔离器适配器之外。
图13示出了适合于与激光雷达***一起使用的控制部件204的实施例。控制部件204可以如图9A、图9B的示例性光***中所示或以不同的布置来布置。控制部件204从输入波导240接收输入信号。例如，当如图9A中所示构造光***时，在图9A的激光雷达芯片波导215上承载的源信号的部分(第二隔离器输出信号)可以用作图13的输入波导240上的输入信号。当如图9B中所示构造光***时，在图9B的源波导216上承载的源信号的部分可以用作图13的输入波导240上的输入信号。
控制部件204在输出波导241上输出输出信号。当如图9A中所示构造光***时，输出波导241上的输出信号可以用作在效用波导11上承载的光***信号。由于***输出信号包括来自光***信号的光或由其组成，因此***输出信号包括来自输入信号的光或由其组成。当如图9B中所示构造光***时，输出波导241上的输出信号可以用作在第二源波导220上承载的第二源信号。由于***输出信号包括来自光***信号的光或由其组成，因此，***输出信号包括来自输入信号的光或由其组成。
控制部件204包括定向耦合器242，所述定向耦合器将来自输入波导240的输入信号的一部分移动到控制波导244上。输入信号的耦合部分用作抽头信号。尽管图13示出了定向耦合器242将输入信号的一部分移动到控制波导244上，但是可以使用其他信号抽头部件将来自输入波导240的控制信号的一部分移动到控制波导244上。合适的信号抽头部件的示例包括但不限于Y结和MMI。
控制波导244将抽头信号运载到干涉仪246，所述干涉仪将抽头信号分离，然后重新组合在抽头信号的部分之间具有相位差的抽头信号的不同部分。所示的干涉仪246是马赫-曾德尔干涉仪；然而，可以使用其他干涉仪。
干涉仪246在干涉仪波导248上输出控制光信号。干涉仪波导248将控制光信号运载到控制光传感器250，所述控制光传感器将控制光信号转换为用作电控制信号的电信号。干涉仪信号具有作为输入信号的频率的函数的强度。例如，马赫-曾德尔干涉仪将输出正弦控制光信号。啁啾输入信号的线性度的变化将引起控制光信号的频率的变化。因此，从控制光传感器250输出的电控制信号是啁啾输入信号的线性度的函数。由于***输出信号包括来自输入信号的光或由其组成，因此，***输出信号的线性度是从控制光传感器250输出的电控制信号的函数。
如上所述，电子器件在激光雷达***的操作期间控制***输出信号的频率。由于激光雷达***可以包括多个激光雷达引擎，并且激光雷达引擎中的每一个可以输出包括在一个或多个***输出信号中的光，因此激光雷达***可以输出一个或多个***输出信号。电子器件可以操作光***10，使得由不同***输出信号中的每一个承载的通道具有如在图7C的上下文中讨论的频率对时间模式。
电子器件可以使用反馈回路中的电控制信号来提供具有期望频率对时间模式的一个或多个***输出信号。如上所述，输入信号和***输出信号的线性度通过监测从控制光传感器250输出的电控制信号的频率来控制。因此，电子器件62可以响应于电控制信号的频率来调节***输出信号的频率啁啾率。例如，当在数据时段期间改变一个或多个***输出信号的频率时，电子器件62可以具有作为时间的函数的电控制信号幅度的合适值的范围。在数据时段期间的多个不同时间，电子器件62可以将电控制信号的频率和与当前时间相关联的值的范围进行比较。如果电控制信号频率指示***输出信号的频率在相关联的电控制信号频率范围之外，则电子器件62可以操作光源200以便改变***输出信号的频率，使其落入相关联的范围内。如果电控制信号频率指示***输出信号的频率在相关联的电控制信号幅度的范围内，则电子器件62不改变***输出信号的频率。用于调谐源信号和因此***输出信号的频率的合适方法包括但不限于调谐施加到载流子注入器229的偏置电平。
电子器件62可以采用其他反馈控制回路机制来提供具有期望频率对时间模式的一个或多个***输出信号。例如，在2020年5月16日提交的题为“监测激光雷达输出信号中的信号啁啾(Monitoring Signal Chirp in LIDAR Output Signals)”的美国专利申请序列号16/875,987中公开了另一种合适的机制，并且其全部内容并入本文。
用于激光雷达芯片的合适平台包括但不限于二氧化硅、磷化铟和绝缘体上硅晶片。图14是由绝缘体上硅晶片构造的激光雷达芯片的一部分的横截面。绝缘体上硅(SOI)晶片包括在基板312和光传输介质314之间的掩埋层310。在绝缘体上硅晶片中，掩埋层310是二氧化硅，而基板312和光传输介质314是硅。诸如SOI晶片的光学平台的基板312可以用作整个激光雷达芯片的基座。例如，在上述激光雷达芯片上示出的光学部件可以定位在基板312的顶侧和/或横向侧上或上方。
图14是包括适合用于由绝缘体上硅晶片构造的激光雷达芯片中的波导构造的激光雷达芯片的一部分的横截面。光传输介质的脊316远离光传输介质的平板区域318延伸。光信号被限制在脊316的顶部和掩埋氧化物层310之间。
脊波导的尺寸在图14中标出。例如，脊具有标记为w的宽度和标记为h的高度。平板区域的厚度标记为T。对于激光雷达应用，这些尺寸可能比其他尺寸更重要，原因是需要使用比其他应用中使用的更高水平的光功率。脊宽度(标记为w)大于1μm且小于4μm，脊高度(标记为h)大于1μm且小于4μm，平板区域厚度大于0.1μm且小于3μm。这些尺寸可以应用于波导的直的或基本上直的部分、波导的弯曲部分和(一个或多个)波导的锥形部分。因此，波导的这些部分将是单模的。然而，在一些情况下，这些尺寸适用于波导的直的或基本上直的部分。附加地或替代地，波导的弯曲部分可以具有减小的平板厚度，以便减少波导的弯曲部分中的光学损耗。例如，波导的弯曲部分可以具有远离平板区域延伸的脊，其厚度大于或等于0.0μm且小于0.5μm。尽管上述尺寸通常将提供具有单模构造的波导的直的或基本上直的部分，但是它们可以导致多模的(一个或多个)锥形部段和/或(一个或多个)弯曲部段。多模几何结构与单模几何结构之间的耦合可以使用基本上不激发高阶模的锥形来完成。因此，可以构造波导，使得即使在具有多模尺寸的波导部段中承载时，在波导中承载的信号也以在单模中承载。在图14的上下文中公开的波导构造适合用于上述激光雷达芯片上的波导的全部或一部分。
与激光雷达芯片上的波导接口连接的光传感器可以是与芯片分离然后附接到芯片的部件。例如，光传感器可以是光电二极管或雪崩光电二极管。合适的光传感器部件的示例包括但不限于由位于日本滨松市的Hamamatsu制造的InGaAs PIN光电二极管，或由位于日本滨松市的Hamamatsu制造的InGaAs APD(雪崩光电二极管)。这些光传感器可以居中地位于激光雷达芯片上。替代地，终止于光传感器处的波导的全部或一部分可以终止于位于芯片边缘处的琢面处，并且光传感器可以在琢面上方附接到芯片的边缘，使得光传感器接收穿过琢面的光。作为与芯片分离的部件的光传感器的使用适合于从由第一光传感器和第二光传感器组成的组中选择的光传感器的全部或一部分。
作为是单独部件的光传感器的替代，光传感器的全部或一部分可以与芯片集成。例如，与由绝缘体上硅晶片构造的芯片上的脊波导接口的光传感器的示例可以在以下文献中找到：Optics Express第15卷，第21期，13965-13971(2007)；2012年1月10日公布的美国专利号8,093,080；2012年8月14日公布的美国专利号8,242,432；和2000年8月22日公布的美国专利号6,108,472，其均整体并入本文。与芯片集成的光传感器的使用适合于从由第一光传感器和第二光传感器组成的组中选择的光传感器的全部或一部分。
图15A至图15F示出了增益芯片224和腔波导225之间的合适接口的示例，其适合与绝缘体上硅平台或其他激光雷达芯片平台一起使用。图15A是包括接口的激光雷达芯片的一部分的俯视图。图15A包括虚线，每个虚线示出了位于由实线示出的其他部件下方的部件或部件的一部分。图15A中的虚线所示的部件与其他部件之间的关系也在图15B至图15F中示出。图15B是图15A中所示的腔波导225沿着标记为B的线截取的横截面。标记为B的线延伸通过腔波导225的脊316。因此，图15B包括腔波导225的横截面。波导可以如图14的上下文中所公开的那样构造。图15C是增益芯片的透视图。图15D是沿着在图15A中标记为C的支架之间延伸的线截取的增益芯片224的横截面。图15E是沿着在图15A中标记为D的支架之间延伸的线截取的增益芯片224的横截面。图15F是沿着在图15A中标记为E的支架之间延伸的线截取的图15A的增益芯片224的横截面。激光雷达芯片示出为在绝缘体上硅平台上，但是其他平台也是可能的。
凹部226延伸进入或通过光传输介质314。在凹部226延伸通过光传输介质314的一些情况下，凹部226可以延伸进入或通过掩埋层310。第二凹部372延伸到凹部226的底部中，使得基板312包括从第二凹部372的底部向上延伸的支柱373。电触点374定位在第二凹部372的底部中。光传输介质314上的第一导体375与电触点374电连通。光传输介质314上的第二导体376邻近凹部226定位。第一导体375和第二导体376均与光传输介质314上的接触垫377电连通。接触垫377可以用于提供电子器件和增益芯片224之间的电连通。
增益芯片224包括增益介质379。增益介质379包括三个脊。中心脊限定增益波导383的一部分。电导体384定位在中心脊上。电导体384可以与中心脊电连通。例如，电导体384可以接触中心脊。第二导电层380位于增益介质379的与脊相对的一侧上。增益介质379的中心脊在电导体384和第二导电层380之间。
增益芯片224位于凹部226中和支柱373上，其中脊延伸到第二凹部372中。增益芯片224可以使用倒装芯片技术附接到激光雷达芯片。激光芯片和由绝缘体上硅晶片构造的芯片之间的合适接口的示例可以在2017年7月11日公布的美国专利号9,705,278和1999年11月23日公布的美国专利号5,991,484中找到；其均整体并入本文。
第三导体381提供增益芯片上的第二导电层380和第二导体376之间的电连通。由第三导体381提供的第二导电层380和第二导体376之间的电连通可以使用诸如引线键合的传统技术来实现。
中心脊上的电导体384通过诸如焊料或导电环氧树脂的导电介质393与电触点374电连通。由于第一导体375与电触点374电连通，因此第一导体375与电导体384电连通，并因此与中心脊电连通。
通过驱动电流通过增益波导383可以从增益介质379生成光信号。可以通过在第一导体375和第二导体376之间施加电势差来生成电流，以便驱动电流通过第二导电层380和电导体384之间的增益介质。电势差可以由电子器件提供。电子器件可以包括在装置上，或者可以与装置分离但与装置电耦合。
增益芯片224包括增益介质379上的反射器件230。在一个示例中，反射器件230是诸如反射镜的高反射结构。合适的反射器件230包括但不限于增益介质379的层上的金属层，或配置为高反射率(HR)涂层的一个或多个介电层。来自增益波导383的光通过琢面386离开增益介质379。尽管未示出，但是琢面386可以可选地包括一个或多个抗反射涂层，例如氮化硅。
增益介质379包括在下部增益介质392和上部增益介质394之间的子层390。下部增益介质392和上部增益介质394可以相同或不同。合适的下部增益介质392包括但不限于InP、掺杂InP、氮化镓(GaN)、InGaAsP和GaAs。合适的上部增益介质394包括但不限于InP、InGaAsP和GaAs。不同的子层390可以具有不同的组合物。例如，每个子层390可以具有与一个或多个相邻子层390不同的掺杂剂和/或掺杂剂浓度，和/或每个子层390可以具有不同的掺杂剂和/或掺杂剂浓度。作为示例，每个子层390可以包括选自由In、P、Ga和As组成的组的两种或更多种组分或由其组成，并且不同的子层390可以具有以不同比率存在的元素。在另一示例中，每个子层390包括In、P以及选自由Al、Ga和As组成的组的无、一或两种组分或由其组成，并且每个不同的子层390具有不同比率的这些组分。包括选自上述组的多种元素的材料的示例包括具有或不具有掺杂剂的InP的不同组合物，诸如In(x)P(1-x)或In-Ga-As-P。另外，可以存在其他子层390以补偿由于不同子层390的组合物之间的晶格失配引起的应力。由于不同组合物的折射率，激光模在激光脊中的位置由不同的子层390限定。尽管在基于量子阱的增益结构的上下文中公开了增益介质，但是可以使用其他合适的半导体增益结构，诸如包括量子点或由其组成的增益介质。
增益芯片与腔波导对准，使得腔波导通过输入琢面387接收光信号。尽管未示出，但是输入琢面387可以可选地包括一个或多个抗反射涂层，诸如氮化硅。输入琢面387和琢面386之间的空间可以填充有固体或流体的传输介质。例如，琢面386和输入琢面387之间的空间可以填充有环氧树脂、空气或凝胶。结果，激光信号可以通过传输介质在增益芯片224和输入琢面387之间直接行进。
波导的输入琢面387可以相对于增益波导383中的传播方向以小于九十度成角。使输入琢面387以小于九十度成角可以使在输入琢面387处反射的光信号被反射出波导，并且因此可以减少与背向反射相关联的问题。附加地或替代地，增益波导383的琢面可以相对于增益波导383中的传播方向以小于九十度成角。
图16是诸如布拉格光栅的部分返回器件228的一部分的透视图。所示的部分返回器件228在绝缘体上硅晶片上示出，并且适合与根据图14构造的波导一起使用。部分返回器件包括延伸到波导的脊316的顶部中的凹部398。然而，凹部398可以延伸到不同的位置，诸如选自由脊316的横向侧、平板区域318和脊的顶部组成的组的一个或多个位置。
图17A是包括用于将激光雷达芯片与放大器芯片光学耦合的接口的激光雷达芯片的一部分的透视图。放大器芯片适合用作光学放大器16和/或放大器110。激光雷达芯片的所示部分包括尺寸确定成接收放大器芯片的止动凹部430。止动凹部430延伸通过光传输介质314。在所示的型式中，止动凹部430延伸通过光传输介质314、掩埋层310并进入基板312中。
效用波导11的琢面14用作止动凹部430的横向侧。尽管未示出，但是效用波导11的琢面14可以包括抗反射涂层。合适的抗反射涂层包括但不限于单层涂层，例如氮化硅或氧化铝，或多层涂层，其可以含有氮化硅、氧化铝和/或二氧化硅。
一个或多个止动件432从止动凹部430的底部向上延伸。例如，图17A示出了从止动凹部430的底部向上延伸的四个止动件432。止动件432包括定位在基部436上的包层434。基板312可以用作止动件432的基部436，并且止动件432可以排除掩埋层310。包括在止动件432中的基板312的部分可以从止动件凹部430的底部延伸直到掩埋层310的水平。例如，可以通过蚀刻穿过掩埋层310并使用下面的基板312作为蚀刻停止部来形成止动件432。结果，基部436的顶部相对于效用波导11中的光信号的光模的位置是众所周知的，原因是掩埋层82限定第二波导的底部，并且基部436的顶部位于掩埋层310的正下方。包层434可以形成在止动件432的基部436上，以便为止动件432提供将在功用波导11和放大器芯片上的放大器波导之间提供期望对准的高度。
激光雷达芯片具有电导体437，所述电导体包括位于止动凹部430的底部上的附接垫438。电导体可以与电子器件电连通，并且可以在电子器件和附接垫438之间提供电连通。一旦放大器芯片定位在激光雷达芯片上，附接垫438就可以用于相对于激光雷达芯片固定放大器芯片。激光雷达芯片具有第二电导体444，所述第二电导体包括位于光传输介质314上的第二附接垫445。第二电导体可以与电子器件电连通，并且可以在电子器件和第二附接垫445之间提供电连通。合适的电导体包括但不限于金属迹线。
图17B是放大器芯片的一个实施例的透视图。所示的放大器芯片属于称为平面光学器件的器件类别。放大器芯片包括限定在增益介质440中的放大器波导17。合适的增益介质包括但不限于InP、InGaAsP和GaAs。
延伸到增益介质440中的沟槽474限定增益介质440中的脊476。脊476限定放大器波导17。在一些情况下，增益介质440包括在脊中和/或横跨脊476延伸的一个或多个层441。一个或多个层441可以位于增益介质440的不同区域之间。增益介质440在一个或多个层441上方的区域可以与增益介质440在一个或多个层441下方的区域相同或不同。可以选择这些层以将通过放大器波导17引导的光信号限制到相对于脊476的特定位置。层441中的每一个可以具有包括选自由In、P、Ga和As组成的组中的两种或更多种组分或由其组成的材料的不同组合物。在一个示例中，增益介质440是InP，并且一个或多个层441均包括不同比率的Ga和As。
放大器波导17提供第一琢面15和第二琢面18之间的光路。尽管未示出，但是第一琢面15和/或第二琢面18可以可选地包括抗反射涂层。合适的抗反射涂层包括但不限于单层涂层，例如氮化硅或氧化铝，或多层涂层，其可以含有氮化硅、氧化铝和/或二氧化硅。
放大器芯片具有包括附接垫454的电导体453。电导体453的脊部分可以定位在放大器波导17上。例如，电导体453的脊部分可以定位在增益介质440中的脊476上，使得电导体453的脊部分与脊476电连通。第二导电层455位于增益介质440的与脊476相对的一侧上。脊476在电导体453和第二导电层455之间。
放大器芯片还包括一个或多个对准凹部456。图17B中的虚线示出了对准凹部456中的一个的深度和形状。
图17C和图17D示出了包括与图17B的放大器芯片接口连接的图17A的激光雷达芯片的激光雷达***的一部分。图17C是激光雷达***的俯视图。图17D是通过激光雷达芯片上的效用波导11和放大器芯片上的放大器波导17截取的***的横截面的侧视图。例如，图17D的横截面可以沿着延伸通过图17C中标记为B的支架的线截取。图17C和图17D均包括示出位于***中的其他特征后面的特征的虚线。例如，图17C包括示出放大器波导17的脊476的虚线，即使脊476位于增益介质440下方。另外，图17D包括虚线，所述虚线示出位于放大器波导17的脊476后面的止动件432和对准凹部456的部分的位置。图17D还包括示出效用波导11的脊316与限定效用波导11的平板区域318接口连接的位置的虚线，还包括示出放大器波导17的脊476与放大器芯片的平板区域474接口连接的位置的虚线。
放大器芯片定位在激光雷达芯片上的止动凹部430中。放大器芯片定位成使得放大器波导17的脊476位于放大器芯片的底部和激光雷达芯片的底部之间。因此，放大器芯片在止动凹部430中倒置。焊料或其他粘合剂458接触止动凹部430的底部上的附接垫438和放大器芯片上的附接垫454。例如，焊料或其他粘合剂458从止动凹部430的底部上的附接垫438延伸到放大器芯片上的附接垫454。因此，焊料或其他粘合剂458相对于激光雷达芯片固定放大器芯片和/或在止动凹部430的底部上的附接垫438与放大器芯片上的附接垫454之间提供电连通。
效用波导11的琢面14与放大器波导17的第一琢面15对准，使得效用波导11和放大器波导17可以交换光信号。如标记为A的线所示，***提供水平过渡路径，其中光信号在激光雷达芯片与放大器芯片之间行进的方向相对于基板312的上表面和/或下表面平行或基本上平行。放大器波导17的第一琢面15的顶部处于效用波导的琢面18的顶部下方的水平。
激光雷达芯片上的一个或多个止动件432均接收在放大器芯片上的对准凹部456中的一个内。每个止动件432的顶部接触对准凹部456的底部。结果，止动件432与对准凹部456的底部之间的相互作用防止放大器芯片朝向激光雷达芯片的附加移动。在一些情况下，放大器芯片搁置在止动件432的顶部上。
从图17D可以看出，放大器波导17的第一琢面15与激光雷达芯片上的效用波导11的琢面14垂直对准。从图17C可以看出，放大器波导17的第一琢面15与激光雷达芯片上的效用波导11的琢面14水平对准。水平对准可以通过放大器芯片和激光雷达芯片上的标记和/或特征的对准来实现。
可以通过控制激光雷达芯片上的止动件432的高度来实现竖直对准。例如，止动件432的基部436上的包层434可以生长到将放大器波导17的第一琢面15放置在相对于激光雷达芯片上的效用波导11的琢面14的特定高度处的高度。通过使用诸如蒸发、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和/或溅射的沉积技术来沉积一个或多个包层，可以精确地实现期望的包层434厚度。结果，可以在止动件432的基部436上沉积一个或多个包层，以便将止动件432形成为提供期望的竖直对准的高度。用于包层434的层的合适材料包括但不限于二氧化硅、氮化硅和聚合物。
第三导体(未示出)提供放大器芯片上的第二导电层455和激光雷达芯片上的第二附接垫445之间的电连通。第二导电层455和第二附接垫445之间的电连通可以使用诸如引线键合的传统技术来实现。结果，第二电导体444可以提供电子器件和增益介质的与放大器波导17的脊476相对的一侧之间的电连通。
焊料或其他粘合剂458可以提供止动凹部430的底部上的附接垫438与放大器芯片上的附接垫454之间的电连通。由于电导体453提供附接垫454与放大器波导17的脊476之间的电连通，因此电导体437和电导体453提供电子器件与放大器波导17的脊之间的电连通。
电子器件可以通过驱动电流通过放大器波导17来提供所需的放大水平。可以通过在电导体437和第二电导体444之间施加电势差来生成电流，以便驱动电流通过电导体453的脊部分和第二导电层455之间的增益介质。电势差可以由电子器件提供。
在图17D中，第一琢面15与琢面18间隔开标记为D的距离。由于放大器波导仅与一个波导光学对准，因此第一琢面15可以比现有配置更靠近琢面18。例如，第一琢面15和琢面18之间的距离可以小于5μm、3μm或1μm和/或大于0.0μm。在图17D中，激光雷达芯片所在的气氛位于第一琢面15和琢面18之间的间隙中；然而，其他间隙材料可以定位在间隙中。例如，固体间隙材料可以定位在间隙中。合适的间隙材料的示例包括但不限于环氧树脂和聚合物。
从由琢面14、第一琢面15和第二琢面18组成的组中选择的一个或多个琢面可以具有相对于终止于琢面的波导的传播方向的非垂直角。例如，图12A是图17C的***的俯视图，所述***修改成使得第二琢面18相对于光信号在琢面14处通过效用波导11的传播方向成角β。光信号沿着通过效用波导11和放大器波导17的光路的传播方向由标记为dprop的虚线示出。图12A还示出了第一琢面15相对于光信号在第一琢面15处通过放大器波导17的传播方向成角δ，并且第二琢面18相对于光信号在第二琢面18处通过放大器波导17的传播方向成角ε。如在图17D中显而易见的，在一些情况下，从由琢面18、第一琢面15和第二琢面18组成的组中选择的一个或多个琢面垂直于激光雷达芯片的平面，例如激光雷达芯片的底部。例如，从由琢面18、第一琢面15和第二琢面18组成的组中选择的一个或多个琢面垂直于基板，例如掩埋层82、基板84或放大器20的平面。
激光雷达芯片上的部件的全部或一部分可以固定在激光雷达芯片上。例如，倒装芯片部件可以用粘合剂、环氧树脂和焊料固定在激光雷达芯片上。作为示例，在图15A至图15F的上下文中公开的增益芯片可以用焊料或导电环氧树脂固定在激光雷达芯片上。另外，绝缘体上硅晶片的一部分(光传输介质314和掩埋层310)用作如图14的上下文中公开的那样构造的波导。
激光雷达芯片上的部件可以完全或部分地与激光雷达芯片集成。例如，集成光学部件可以包括由其制造激光雷达芯片的晶片的一部分或由其组成。可以用作激光雷达芯片的平台的晶片可以包括材料的多个层。不同层的至少一部分可以是不同的材料。作为示例，图18是可以用作激光雷达芯片的平台的晶片的透视图。尽管晶片示出为具有矩形形状，但是晶片可以具有盘的形状。所示的晶片是绝缘体上硅晶片，其包括基板312与光传输介质314之间的掩埋层310。可以通过使用蚀刻和掩模技术来形成集成的片上部件，以限定光传输介质314中的部件的特征。例如，可以使用晶片的不同蚀刻，在晶片的期望区域中形成限定波导和重导向部件的凹部410的平板区域318。结果，激光雷达芯片包括晶片的一部分，并且集成片上部件均可以包括晶片的一部分或由其组成。此外，集成片上部件可以配置成使得行进通过部件的光信号行进通过最初包含于晶片中的层中的一个或多个。例如，图14的波导引导光信号通过来自晶片的光传输介质314。集成部件可以可选地包括除了存在于晶片上的材料之外的材料。例如，集成部件可以包括反射材料和/或包层。
激光雷达适配器和/或隔离器适配器上的部件不需要集成。例如，激光雷达适配器和/或隔离器适配器上的部件不需要包括来自基座208、基座102和/或来自公共安装件128的材料。在一些情况下，激光雷达适配器和/或隔离器适配器上的所有部件与基座208、基座102和/或公共安装件128分离。例如，激光雷达适配器和/或隔离器适配器上的部件可以构造成使得由激光雷达适配器和/或隔离器适配器处理的光信号不行进通过基座208、基座102和/或公共安装件128的任何部分。
激光雷达芯片部件的全部或一部分可以是无源部件，因为它们不需要电输入并且不包括移动部件。例如，光源200是可以是片上部件的有源部件的示例，而激光雷达芯片上的波导、部分返回器件是可以是无源片上部件的部件的示例。因此，激光雷达芯片部件的全部或一部分可以是包括晶片的一部分或由其组成的无源片上部件。
图19是适用于绝缘体上硅平台的载流子注入器的横截面。载流子注入器包括载流子接收波导498，所述载流子接收波导由远离光传输介质314的平板区域318延伸的光传输介质314的脊316限定。载流子接收波导498将光信号限制在光传输介质314的脊316中和所述脊316下方。光信号的一部分可以延伸超过脊316进入平板区域318。如从图10显而易见的，载流子接收波导498可以集成到和/或包括在诸如腔波导225的其他波导中。结果，载流子接收波导498可以具有在图14的上下文中公开的波导尺寸。
掺杂剂主体区域500延伸到光传输介质314的平板区域318中。掺杂剂主体区域500的上表面可以与光传输介质314的平板区域318的上表面齐平或基本上齐平。掺杂剂主体区域500示出为与光传输介质314的脊316间隔开，但是可以接触光传输介质314的脊316的横向侧。
掺杂剂主体材料502位于每个掺杂剂主体区域500中。例如，掺杂剂主体材料502均可以定位在延伸到光传输介质314中并且限定掺杂剂主体区域500的周边的凹部中。合适的掺杂剂主体材料包括不同于光传输介质314并且包括锗或由锗组成的材料。
掺杂剂主体材料502包括掺杂区域504。因此，掺杂区域延伸到掺杂剂主体材料502中并延伸到掺杂剂主体区域500中。尽管图19示出了掺杂区域中的每一个仅部分地延伸到掺杂剂主体材料502中，但是掺杂区域504中的一个或多个可以延伸通过掺杂剂主体材料502。因此，掺杂区域504中的一个或多个可以接触光传输介质314。
掺杂区域504中的一个可以包括p型掺杂剂并且可以是p型掺杂区域，而掺杂区域504中的另一个可以包括n型掺杂剂并且可以是n型掺杂区域。例如，光传输介质314的脊316可以位于n型掺杂区域504和p型掺杂区域504之间，以便提供PIN结。合适的n型掺杂剂包括但不限于磷、锑和/或砷。合适的p型掺杂剂包括但不限于硼、铝和镓。掺杂区域504被掺杂以便导电。p型掺杂区域中的p型掺杂剂的合适浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3和/或小于1×1020cm-3、1×1021cm-3或1×1022cm-3的浓度。n型掺杂区域中的n型掺杂剂的合适浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3和/或小于1×1017cm-3、1×1019cm-3或1×1021cm-3的浓度。在一个示例中，光传输介质314是硅，掺杂剂主体材料502是锗，n型掺杂剂是浓度为5×1019cm-3至5×1020cm-3的磷，并且p型掺杂剂是浓度为5×1019cm-3至5×1020cm-3的硼。
电导体506均与掺杂区域504中的一个电连通。例如，电导体506均可以接触掺杂区域504中的一个的一部分。结果，电能可以被施加到电导体506以便将能量施加到光传输介质314。在载流子注入器的操作期间，可以将正向偏置施加到电导体506，以便生成通过载流子接收波导498的电流。所产生的自由载流子(空穴和电子)注入到载流子接收波导498中引起自由载流子吸收，其提供在载流子接收波导498中引导的光信号的光学衰减和/或提供在载流子接收波导498中引导的光信号的相移。
图20是适用于绝缘体上硅平台的载流子注入器的横截面。载流子注入器包括载流子接收波导498，所述载流子接收波导由远离光传输介质314的平板区域318延伸的光传输介质314的脊316限定。载流子接收波导498将光信号限制在光传输介质314的脊316中和所述脊316下方。光信号的一部分可以延伸超过脊316进入平板区域318。如从图10显而易见的，载流子接收波导498可以集成到和/或包括在诸如腔波导225的其他波导中。结果，载流子接收波导498可以具有在图14的上下文中公开的波导尺寸。
光传输介质314的平板区域318包括第二掺杂区域510。第二掺杂区域510可以从光传输介质314的上表面延伸到光传输介质314中。图20示出了延伸通过光传输介质314的第二掺杂区域510中的每一个。因此，第二掺杂区域510可以延伸成与掩埋层310接触。在一些情况下，第二掺杂区域510部分地延伸到光传输介质314中并且不接触掩埋层310。
第二掺杂区域510中的一个可以包括p型掺杂剂并且可以是p型第二掺杂区域510，而掺杂区域504中的另一个可以包括n型掺杂剂并且可以是n型第二掺杂区域。例如，光传输介质314的脊316可以位于n型第二掺杂区域510和p型第二掺杂区域510之间以便提供PIN结。用于n型第二掺杂区域520的合适n型掺杂剂包括但不限于磷、锑和/或砷。用于p型掺杂下部区域510的合适p型掺杂剂包括但不限于硼、铝和镓。第二掺杂区域510被掺杂以便导电。p型第二掺杂区域中的p型掺杂剂的合适浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3和/或小于1×1020cm-3、1×1021cm-3或1×1022cm-3的浓度。n型第二掺杂区域中的n型掺杂剂的合适浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3和/或小于1×1020cm-3、1×1021cm-3或1×1022cm-3的浓度。在一个示例中，光传输介质314是硅，掺杂剂主体材料502是锗，n型掺杂剂是浓度为5×1018cm-3至5×1019cm-3的磷，并且p型掺杂剂是浓度为5×1018cm-3至5×1019cm-3的硼。
掺杂剂主体材料层502位于光传输介质314的每个平板区域318上。掺杂剂主体材料502的一个或多个层可以接触光传输介质314的脊316的横向侧。掺杂剂主体材料502包括掺杂区域504。掺杂区域504可以从掺杂剂主体材料502的层的上表面延伸到掺杂剂主体材料502的层中。掺杂区域504可以延伸通过掺杂剂主体材料502与光传输介质314接触；然而，这种布置可能成为光学损耗源。特别地，掺杂区域504中的每一个延伸成与第二掺杂区域中的一个接触。
掺杂区域504中的一个可以包括p型掺杂剂并且可以是p型掺杂区域，而掺杂区域504中的另一个可以包括n型掺杂剂并且可以是n型掺杂区域。例如，光传输介质314的脊316可以位于n型掺杂区域504和p型掺杂区域504之间。另外，每个掺杂区域504可以具有与由掺杂区域接触的第二掺杂区域相同的掺杂剂极性。例如，掺杂区域504中的一个可以是与n型第二掺杂区域510接触的n型掺杂区域，并且掺杂区域504中的另一个可以是与p型第二掺杂区域接触的p型掺杂区域。
用于n型掺杂区域504的合适n型掺杂剂包括但不限于磷、锑和/或砷。用于p型掺杂区域504的合适p型掺杂剂包括但不限于硼、铝和镓。掺杂区域504被掺杂以便导电。p型掺杂区域中的p型掺杂剂的合适浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3和/或小于1×1020cm-3、1×1021cm-3或1×1022cm-3的浓度。n型掺杂区域中的n型掺杂剂的合适浓度包括但不限于大于1×1015cm-3、1×1017cm-3或1×1019cm-3和/或小于1×1020cm-3、1×1021cm-3或1×1022cm-3的浓度。在一个示例中，光传输介质314是硅，掺杂剂主体材料502是锗，n型掺杂剂是浓度为5×1018cm-3至5×1019cm-3的磷，并且p型掺杂剂是浓度为5×1018cm-3至5×1019cm-3的硼。
合适的掺杂剂主体材料502包括与光传输介质314不同并且包括锗或由锗组成的材料。
电导体506均与掺杂区域504中的一个电连通。例如，电导体506可以均接触掺杂区域504中的一个。结果，掺杂区域504均可以提供电导体506中的一个与第二掺杂区域510中的一个之间的电连通。可以将电能施加到电导体506以便将能量施加到光传输介质314。在载流子注入器的操作期间，可以将正向偏置施加到电导体506，以便生成通过载流子接收波导498的电流。所产生的自由载流子从第二掺杂区域和/或掺杂区域504注入到载流子接收波导498中引起自由载流子吸收，其提供在载流子接收波导498中引导的光信号的光学衰减和/或提供在载流子接收波导498中引导的光信号的相移。
图21A至图21G示出了制造图19的载流子注入器的方法。在绝缘体上硅晶片或芯片的横截面上示出了方法，所述绝缘体上硅晶片或芯片包括在基板312和光传输介质314之间的掩埋层310，如图19A中所示。对图21A的晶片或芯片进行掩模并且执行第一蚀刻以便形成图21B的器件前体。凹部512具有可以用作平板区域318的底部。结果，凹部512形成为将平板区域318放置在掩埋层310上方的期望高度处的深度。另外，掩模和第一蚀刻可以配置成将辅助凹部514形成到平板区域318的深度。辅助凹部514可以用于形成不是载流子注入器并且与晶片或芯片上的载流子注入器间隔开的器件。
掺杂剂主体材料502位于凹部512和辅助凹部514中以便形成图21C的器件前体。用于将掺杂剂主体材料502定位在凹部512和辅助凹部514中的合适方法包括但不限于使用化学气相沉积(CVD)的外延生长。在一些情况下，可以处理器件前体的上表面以便使掺杂剂主体材料502的上表面与光传输介质314的上表面齐平。用于使掺杂剂主体材料502的上表面与光传输介质314的上表面齐平的合适处理包括但不限于抛光操作，诸如化学机械抛光(CMP)。
对图21C的器件前体进行掩模，以便提供图21D的器件前体。例如，可以在器件前体上形成第二掩模516，以便保护辅助凹部514中的掺杂剂主体材料502，同时使凹部512中的掺杂剂主体材料502暴露。合适的第二掩模516包括但不限于光致抗蚀剂、二氧化硅和氮化硅。
对图21D的器件前体进行掩模和蚀刻以提供图21E的器件前体。例如，可以在第二掩模516上方形成第三掩模518，同时使凹部512中的掺杂剂主体材料502暴露。可以执行第二蚀刻以便蚀刻暴露的掺杂剂主体材料502。执行第二蚀刻以便提供具有掺杂剂主体区域500所需厚度的掺杂剂主体材料502。第三掩模518可以与掺杂剂主体材料502和光传输介质314之间的界面间隔开。结果，在第二蚀刻之前，可以暴露与掺杂剂主体材料502相邻的光传输介质314的一部分。第二蚀刻还可以蚀刻由于该间隔而暴露的光传输介质314。第二蚀刻可以以不同的速率蚀刻掺杂剂主体材料502和光传输介质314。例如，在图21E中，由于第二蚀刻比光传输介质314更快地蚀刻掺杂剂主体材料502，因此在光传输介质314中形成肩部。在第二蚀刻蚀刻光传输介质314的情况下，第二蚀刻可以限定载流子接收波导498。在第二蚀刻不蚀刻光传输介质314的情况下，在图21B的上下文中公开的蚀刻可以限定载流子接收波导498。合适的第二蚀刻包括但不限于干法蚀刻。合适的第三掩模518包括但不限于干法蚀刻。
如上所述，载流子接收波导498将光信号限制在光传输介质314的脊316中和所述脊316下方，但是光信号的一部分可以延伸超出脊316进入平板区域318。因此，光信号被限制在其中的硅的部分可以用作硅的波导部分。在图21A至图21G的方法中，硅的波导部分来自晶片而不是添加到晶片。因此，载流子接收波导498引导光信号通过作为原始晶片的一部分的层。结果，载流子注入器可以是集成到光子电路中的集成载流子注入器。
在图21E的器件前体上的掺杂剂主体材料502中产生掺杂区域504，并且去除第三掩模518以提供图21F的器件前体。可以在形成掺杂区域504之前或之后去除第三掩模518。产生掺杂区域504可以包括在将掺杂剂放置在掺杂剂主体材料502中之后对器件前体进行退火。用于产生掺杂区域504的合适方法包括但不限于离子注入。合适的退火温度包括但不限于大于400℃、500℃或600℃和/或小于700℃、800℃或900℃的温度。用于去除第三掩模518的合适方法包括但不限于光致抗蚀剂、二氧化硅和氮化硅。
在图21F的器件前体上的掺杂剂主体材料502上形成电导体506，以提供图21G的载流子注入器。用于形成电导体506的合适方法包括但不限于电子束蒸发和溅射。
图21A至图21G示出了在载流子注入器的制造期间由第二掩模516保护的辅助凹部514中的掺杂剂主体材料502。结果，可以在制造载流子注入器之后制造要在同一晶片或芯片上制造的辅助器件。例如，可以去除第二掩模516并且可以形成第四掩模(未示出)以便保护载流子注入器。然后可以制造辅助器件，同时第四掩模保护载流子注入器。替代地，辅助器件可以在载流子注入器之前制造。例如，凹部512中的掺杂剂主体材料502可以由第五掩模和制造的辅助器件保护。在制造辅助器件之后，可以在制造载流子注入器的同时通过掩模保护辅助器件。
在图21A至图21G的方法中，光传输介质314不掺杂。结果，辅助凹部514中的掺杂剂主体材料502不暴露于与在诸如硅的光传输介质314中形成掺杂区域相关联的温度。因此，可以在与一个或多个载流子注入器相同的晶片或芯片上制造包括掺杂剂主体材料502的一个或多个辅助器件，而辅助器件中的掺杂剂主体材料502不暴露于与在光传输介质314中形成掺杂区域相关联的温度。例如，可以在与载流子注入器中的一个或多个相同的晶片或芯片上制造包括掺杂剂主体材料502的一个或多个辅助器件，而辅助器件中的掺杂剂主体材料502不暴露于高于700℃、800℃或900℃的温度。
图22A至图22G示出了制造图20的载流子注入器的方法。该方法使用图21B的器件前体作为图22A的器件前体。第二掺杂区域510形成在图22B的器件前体上的掺杂剂主体材料502中，以提供图21F的器件前体。形成第二掺杂区域510可以包括在将掺杂剂放置在光传输介质中之后对器件前体进行退火。用于形成第二掺杂区域510的合适方法包括但不限于离子注入和热扩散。合适的退火温度包括但不限于大于900℃、950℃或1000℃，和/或小于1050℃、1100℃或1150℃的温度。
掺杂剂主体材料502位于图22B的器件前体上的凹部512中，以便形成图22C的器件前体。用于将掺杂剂主体材料502定位在凹部512和辅助凹部514中的合适方法包括但不限于使用化学气相沉积(CVD)的外延生长。在一些情况下，可以处理器件前体的上表面以便使掺杂剂主体材料502的上表面与光传输介质314的上表面齐平。用于使掺杂剂主体材料502的上表面与光传输介质314的上表面齐平的合适处理包括但不限于抛光操作，诸如化学机械抛光(CMP)。
对图22C的器件前体进行掩模以便提供图22D的器件前体。例如，可以在器件前体上形成第二掩模516以便保护辅助凹部514中的掺杂剂主体材料502，同时使凹部512中的掺杂剂主体材料502暴露。合适的第二掩模516包括但不限于光致抗蚀剂、二氧化硅和氮化硅。
对图22D的器件前体进行掩模和蚀刻，以便提供图22E的器件前体。例如，第三掩模518可以在第二掩模516上方形成，同时使凹部512中的掺杂剂主体材料502暴露。可以执行第二蚀刻以便蚀刻暴露的掺杂剂主体材料502。执行第二蚀刻以便提供具有期望厚度的掺杂剂主体材料502。第三掩模518可以与掺杂剂主体材料502和光传输介质314之间的界面间隔开。结果，在第二蚀刻之前，可以暴露与掺杂剂主体材料502相邻的光传输介质314的一部分。第二蚀刻还可以蚀刻由于该间隔而暴露的光传输介质314。第二蚀刻可以以不同的速率蚀刻掺杂剂主体材料502和光传输介质314。例如，在图22E中，由于第二蚀刻比光传输介质314更快地蚀刻掺杂剂主体材料502，因此在光传输介质314中形成肩部。在第二蚀刻蚀刻光传输介质314的情况下，第二蚀刻可以限定载流子接收波导498。在第二蚀刻基本上不蚀刻光传输介质314的情况下，形成凹部512的蚀刻可以限定载流子接收波导498。合适的第二蚀刻包括但不限于干法蚀刻。合适的第三掩模518包括但不限于光致抗蚀剂、二氧化硅和氮化硅。
如上所述，载流子接收波导498将光信号限制在光传输介质314的脊316中和所述脊316下方，但是光信号的一部分可以延伸超出脊316进入平板区域318。因此，光信号被限制在其中的硅的部分可以用作硅的波导部分。在图22A至图22G的方法中，硅的波导部分来自晶片而不是添加到晶片。因此，载流子接收波导498引导光信号通过作为原始晶片的一部分的层。结果，载流子注入器可以是集成到光子电路中的集成载流子注入器。
在图22E的器件前体上的掺杂剂主体材料502中产生掺杂区域504，并且去除第三掩模518以提供图22F的器件前体。可以在形成掺杂区域504之前或之后去除第三掩模518。用于去除第三掩模518的合适方法包括但不限于干法蚀刻和湿法蚀刻。产生掺杂区域504可以包括在将掺杂剂放置在掺杂剂主体材料502中之后对器件前体进行退火。用于生成掺杂区域504的合适方法包括但不限于离子注入。合适的退火温度包括但不限于大于400℃、500℃或600℃和/或小于700℃、800℃或900℃的温度。用于将掺杂剂放置在掺杂区域504中的合适方法包括但不限于离子注入。
在图22F的器件前体上的掺杂剂主体材料502上形成电导体506以提供图22G的载流子注入器。用于形成电导体506的合适方法包括但不限于电子束蒸发和溅射。
图22A至图22G示出了在载流子注入器的制造期间由第二掩模516保护的辅助凹部514中的掺杂剂主体材料502。结果，可以在制造载流子注入器之后制造要在同一晶片或芯片上制造的辅助器件。例如，可以去除第二掩模516并且可以形成第四掩模(未示出)以便保护载流子注入器。然后可以制造辅助器件，同时第四掩模保护载流子注入器。替代地，辅助器件可以在载流子注入器之前制造。例如，凹部512中的掺杂剂主体材料502可以由第五掩模和制造的辅助器件保护。在制造辅助器件之后，可以在制造载流子注入器的同时通过掩模保护辅助器件。
在图22A至图22G的方法中，将掺杂剂主体材料502添加到器件前体中直到掺杂光传输介质314之后。结果，掺杂剂主体材料502不暴露于与在诸如硅的光传输介质314中形成掺杂区域相关联的温度。因此，可以在与一个或多个载流子注入器相同的晶片或芯片上制造包括掺杂剂主体材料502的一个或多个辅助器件，而不将掺杂剂主体材料502暴露与在光传输介质314中形成掺杂区域相关联的温度。例如，可以在与载流子注入器中的一个或多个相同的晶片或芯片上制造包括掺杂剂主体材料502的一个或多个辅助器件，而辅助器件中的掺杂剂主体材料502不暴露于高于700℃、800℃或900℃的温度。
可以由上述辅助凹部514中的掺杂剂主体材料502制造的辅助器件的示例包括但不限于光电检测器和调制器。结果，诸如图7A的第一光传感器160和第二光传感器162的光电检测器可以与所公开的载流子注入器中的一个或多个一起集成在激光雷达芯片上。
尽管图21A至图22G示出了掺杂剂主体材料502位于辅助凹部514中的方法，但是(一个或多个)辅助凹部514是可选的。例如，图21A至图22G的方法可以在不形成(一个或多个)辅助凹部514并且在掺杂剂主体材料502不位于辅助凹部514中的情况下实践。结果，用于保护辅助凹部514中的掺杂剂主体材料502的第二掩模516也是可选的。
合适的电子器件可以包括但不限于控制器，所述控制器包括以下或由以下组成：模拟电路、数字电路、处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机、微型计算机或适合于执行上述操作、监测和控制功能的组合。在一些情况下，控制器可以访问存储器，所述存储器包括在执行操作、控制和监测功能期间由控制器执行的指令。尽管电子器件示出为单个位置中的单个部件，但是电子器件可以包括彼此独立和/或放置在不同位置的多个不同部件。另外，如上所述，所公开的电子器件的全部或一部分可以包括在芯片上，该芯片包括与芯片集成的电子器件。
尽管激光雷达***公开为包括具有光源和放大器的激光雷达芯片，其中放大器导致光源不稳定；还有其他光学部件或光学部件两者的组合可以引起隔离器适配器所需的足够的背向反射。结果，对于与隔离器适配器一起使用的激光雷达芯片，放大器不需要存在于激光雷达芯片上。
尽管在激光雷达***的上下文中公开了隔离器适配器，但是隔离器适配器可以包括在具有集成光学芯片(例如光子集成电路芯片)的其他***中。例如，隔离器适配器可以包括光子集成电路芯片，所述光子集成电路芯片包括集成波导，诸如脊波导、肋波导或掩埋波导。隔离器适配器上的隔离器可以配置成接收适配器信号，所述适配器信号包括来自源信号的光或由其组成，来自源信号的光在由光学隔离器接收之前从光子集成电路芯片离开。隔离器可以在隔离器输出信号中输出来自适配器信号的光。光子集成电路芯片上的一个或多个波导可以引导包括来自隔离器输出信号的光的光信号。这样的***的示例包括但不限于光通信***和传感器。
尽管在激光雷达***的上下文中描述了载流子注入器，但是载流子注入器可以包括在具有集成光学芯片(例如光子集成电路芯片)的其他***中。尽管在激光雷达***中将载流子注入器描述为由作为相位调谐器的电子器件操作，但是电子器件可以将公开的载流子注入器作为可变光学衰减器(VOA)操作，以用于激光雷达***内或除激光雷达***之外的***中的不同应用。
尽管使用诸如第二、第三等的指示词描述了上述***的不同部分，但是这些指示词不指示顺序，而是用于区分不同的部件和/或不同的操作。作为示例，可以在第一掺杂区域之前形成第二掺杂区域和/或可以在没有第一掺杂区域的情况下存在第二掺杂区域。
鉴于这些教导，本领域普通技术人员将容易想到本发明的其他实施例、组合和修改。因此，本发明仅受以下权利要求的限制，当结合以上说明书和附图观察时，所述权利要求包括所有这样的实施例和修改。

Claims (20)

1.一种光学器件，包括：
载流子注入器，所述载流子注入器配置成将自由载流子注入到光波导中，
所述载流子注入器包括硅但不包括硅的掺杂区域，
所述波导配置成引导光信号通过硅的波导部分；以及
包括掺杂区域的掺杂剂主体介质，所述掺杂区域配置成使得施加到所述掺杂区域的正向偏置使自由载流子从所述掺杂区域进入所述硅的所述波导部分。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，波导配置成引导光信号通过的所述硅是绝缘体上硅晶片的硅层。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述掺杂剂主体介质是锗。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述硅包括多个凹部，所述掺杂剂主体介质位于所述多个凹部中。
5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述掺杂剂主体介质的所述掺杂区域位于所述凹部中，使得所述硅的波导部分在所述掺杂区域之间。
6.一种光学器件，包括：
载流子注入器，所述载流子注入器配置成将自由载流子注入到光波导中，所述光波导包括
远离硅的平板区域延伸的硅的脊，
所述硅的平板区域包括第二掺杂区域，
所述载流子注入器包括位于所述平板区域上的掺杂剂主体介质，
所述掺杂剂主体介质包括掺杂区域，每个掺杂区域接触所述第二掺杂区域中的一个，
所述掺杂区域配置成使得施加到所述掺杂区域的正向偏置使自由载流子从所述第二掺杂区域进入所述光波导。
7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述硅的脊由绝缘体上硅晶片的层形成在硅中。
8.根据权利要求6所述的器件，其中，所述掺杂剂主体介质是锗。
9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述脊位于掺杂区域之间。
10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述脊包括横向侧，并且所述横向侧中的每一个与所述掺杂剂主体介质的不同区域接触。
11.一种制造载流子注入器的方法，包括：
在晶片上的硅层中限定波导，使得所述波导配置成将光信号从所述硅层引导通过硅的波导部分；
将掺杂剂主体介质定位在所述硅层上；以及
在将所述掺杂剂主体介质定位在所述层上后，在所述掺杂剂主体介质中形成掺杂区域，
所述掺杂区域配置成使得施加到所述掺杂区域的正向偏置使自由载流子从所述掺杂区域进入所述硅的波导部分，并且
在所述掺杂剂主体介质中形成所述掺杂区域之前，所述硅层不包括掺杂区域。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述晶片是绝缘体上硅晶片。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，限定所述波导包括在所述硅层中形成脊，使得所述硅的脊从所述硅的平板区域向上延伸。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述掺杂剂主体介质位于所述平板区域中的凹部中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述掺杂剂主体介质中的所述掺杂区域位于所述平板区域中的所述凹部中。
16.一种形成载流子注入器的方法，包括：
在晶片上的硅层中形成第二掺杂区域；
在形成第二掺杂区域后将掺杂剂主体介质放置在来自所述硅层的硅上；以及
在所述掺杂剂主体介质中形成第一掺杂区域，使得所述掺杂区域中的每一个与所述第二掺杂区域中的一个接触，所述掺杂区域配置成使得施加到所述掺杂区域的正向偏置使自由载流子从所述第二掺杂区域进入光波导。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在所述晶片上的所述硅层中限定所述光波导，使得所述波导配置成将光信号从所述硅层引导通过硅的波导部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，限定所述波导包括在所述硅层中形成脊，使得所述硅的脊从所述硅的平板区域向上延伸。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述掺杂剂主体介质位于所述平板区域中的凹部中。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述第二掺杂区域包括退火。
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