(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(30)優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)(62)分案原申請數(shù)據(jù)(71)申請人歐若拉運營公司地址美國(74)專利代理機構(gòu)中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219專利代理師李蘭孫志湧G01N21/27(2006.01)(54)發(fā)明名稱成接收激光信號；多個相干單元；以及光學(xué)開所述光學(xué)開關(guān)被配置成將所述源輸入可切換地耦合到所述多個相干單元。其中，所述多個相干單元中的至少一個相干單元包括：輸入端口，所述輸入端口耦合到所述光學(xué)開關(guān)；光學(xué)天線；以及分路器，所述分路器耦合在所述輸入端口和所所述激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號，其中，所述傳送信號通過所述光學(xué)天線被發(fā)射并且所述傳送信號的反射作為反2源輸入，所述源輸入被配置成接收激光信號；光學(xué)開關(guān)，所述光學(xué)開關(guān)被配置成將所述源輸入可切換地耦合到所述多個相干單元，其中，所述多個相干單元中的至少一個相干單元包括：輸入端口，所述輸入端口耦合到所述光學(xué)開關(guān)；分路器，所述分路器耦合在所述輸入端口和所述光學(xué)天線之間，其中，所述分路器被配將所述激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號，其中，所述傳送信號通過所述光學(xué)天線被發(fā)射并且所述傳送信號的反射作為反射信號通過所述光學(xué)天線被接輸出作為所述反射信號的一部分的返回信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述至少一個相干單元進(jìn)一步包括：混合器，所述混合器被耦合以從所述分路器接收所述返回信號和所述本地振蕩器信號，所述混合器被配置成混合所述返回信號和所述本地振蕩器信號以生成一個或更多個輸出信號。一個或更多個處理器，所述一個或更多個處理器被配置成基于所述一個或更多個輸出4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述一個或更多個輸出信號包括用于所述返回信號的正交輸出信號和同相輸出信號。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述至少一個相干單元進(jìn)一步包括耦合到所述混合器的至少一個光電二極管，以提供作為電信號的所述一個或更多個輸出信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LIDAR收發(fā)器，其中，在所述收發(fā)器的所述源輸入和所述多個相干單元之間分別定義多個光學(xué)路徑。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述至少一個相干單元進(jìn)一步包括：偏振組件，所述偏振組件被設(shè)置在所述分路器與所述光學(xué)天線之間，所述偏振組件被配置成：耦合來自第一波導(dǎo)的光學(xué)信號以形成所述傳送信號；并且使所述傳送信號偏振以具有第一偏振；基于第二偏振來使所述反射信號偏振以形成所述返回信號；并且將所述返回信號耦合到第二波導(dǎo)以用于光學(xué)檢測。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述第一偏振與所述第二偏振正交。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述多個相干單元以線性陣列或二維陣列布置。無源光學(xué)分路器，所述無源光學(xué)分路器在至少兩個光學(xué)路徑之間分路所述激光信號。3有源光學(xué)分路器，所述有源光學(xué)分路器將所述激光信號可切換地耦合到至少兩個光學(xué)路徑中的僅一個光學(xué)路徑。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述光學(xué)開關(guān)在所述LIDAR收發(fā)器的掃描時段上一次一個相干單元地將所述激光信號光學(xué)地耦合到所述多個相干單元。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LIDAR收發(fā)器，其中，所述激光信號包括調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光信號。源輸入，所述源輸入被配置成接收激光信號；光學(xué)開關(guān)，所述光學(xué)開關(guān)被配置成將所述源輸入可切換地耦合到所述多個相干單元，其中，所述多個相干單元中的至少一個相干單元包括：輸入端口，所述輸入端口耦合到所述光學(xué)開關(guān)；分路器，所述分路器耦合在所述輸入端口和所述光學(xué)天線之間，其中，所述分路器被配置成：將所述激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號，其中，所述傳送信號通過所述光學(xué)天線被發(fā)射并且所述傳送信號的反射作為反射信號通過所述光學(xué)天線被接輸出作為所述反射信號的一部分的返回信號；以及準(zhǔn)直由所述光學(xué)天線發(fā)射的所述傳送信號；并且接收所述反射信號并且將所述反射信號耦合到所述光學(xué)天線。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的汽車LIDAR系統(tǒng)，其中，所述至少一個相干單元進(jìn)一步包括：混合器，所述混合器被耦合以從所述分路器接收所述返回信號和所述本地振蕩器信號，所述混合器被配置成混合所述返回信號和所述本地振蕩器信號以生成一個或更多個電輸出信號。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車LIDAR系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：一個或更多個處理器，所述一個或更多個處理器耦合到所述LIDAR收發(fā)器，并且被配置成基于所述一個或更多個電輸出信號，確定所述LIDAR收發(fā)器的視場的深度信息。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車LIDAR系統(tǒng)，其中，所述一個或更多個電輸出信號包括正交輸出信號和同相輸出信號。源輸入，所述源輸入被配置成接收激光信號；光學(xué)開關(guān)，所述光學(xué)開關(guān)被配置成將所述源輸入可切換地耦合到所述至少一個相干單輸入端口，所述輸入端口耦合到所述光學(xué)開關(guān)；4光學(xué)天線；以及分路器，所述分路器耦合在所述輸入端口和所述光學(xué)天線之間，其中，所述分路器被配置成：將所述激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號，其中，所述傳送信號通過所述光學(xué)天線被發(fā)射并且所述傳送信號的反射作為反射信號通過所述光學(xué)天線被接輸出作為所述反射信號的一部分的返回信號。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的LIDAR芯片，其中，所述至少一個相干單元進(jìn)一步包括：混合器，所述混合器被耦合以從所述分路器接收所述返回信號和所述本地振蕩器信號，所述混合器被配置成混合所述返回信號和所述本地振蕩器信號以生成一個或更多個電輸出信號。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LIDAR芯片，其中，所述一個或更多個電輸出信號包括正交輸出信號和同相輸出信號。5[0001]本申請是國家申請?zhí)枮?02080026180.4(國際申請?zhí)朠CT/US2020/025042,國際申請日2020年3月26日，發(fā)明名稱“用于調(diào)頻連續(xù)波光檢測和測距的可切換相干像素陣列”)之申請的分案申請。[0002]相關(guān)申請的交叉引用[0003]本申請根據(jù)美國法典第35條第119(e)款要求以下各項的優(yōu)先權(quán)：于2019年3月29日提交的美國臨時專利申請序號62/826,528、于2019年3月29日提交的美國臨時專利申請序號62/826,536、于2019年5月8日提交的美國臨時專利申請序號62/845,147、于2019年5月8日提交的美國臨時專利申請序號62/845,149、于2019年5月17日提交的美國臨時專利申請序號62/849,807、于2019年11月26日提交的美國臨時專利申請序號62/940,790,所有申請都通過引用整體地并入。技術(shù)領(lǐng)域[0004]本公開通常涉及調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)光檢測和測距(LiDAR),更具體地，涉及一種用于FMCWLiDAR的可切換相干像素陣列。背景技術(shù)[0005]常規(guī)的LiDAR系統(tǒng)使用機械移動零件來使激光束轉(zhuǎn)向。并且對于許多應(yīng)用(例如，汽車)來說體積太大、成本高且不可靠。發(fā)明內(nèi)容[0006]在光子集成電路上實施FMCWLiDAR收發(fā)器。FMCWLiDAR收發(fā)器經(jīng)由可切換相干像素陣列在至少一個維度中執(zhí)行光束轉(zhuǎn)向。在一些實施例中，F(xiàn)MCWLiDAR收發(fā)器是包括以陣列(例如，線性陣列、二維陣列等)布置的多個FMCWLiDAR收發(fā)器的LiDAR芯片的一部分。收發(fā)器的視場的深度信息(例如，到收發(fā)器的視場內(nèi)的物體的量程、物體的速度等)。[0007]在一些實施例中，F(xiàn)MCWLiDAR收發(fā)器包括一個或多個子陣列。子陣列可以包括輸入端口、光學(xué)開關(guān)、多個分路器、多個混合器和多個天線。輸入端口被配置成接收調(diào)頻激光信號。光學(xué)開關(guān)被配置成將輸入端口可切換地耦合到光學(xué)天線，從而在輸入端口與光學(xué)天線之間形成光學(xué)路徑。對于從輸入端口到光學(xué)天線中的一個的每個光學(xué)路徑，多個分路器中的分路器沿著光學(xué)路徑耦合。每個分路器被配置成將激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號。傳送信號經(jīng)由光學(xué)天線發(fā)射并且傳送信號的反射作為反射信號經(jīng)由光學(xué)天線被接收。分路器也輸出作為反射信號的一部分的返回信號。對于每個分路器，多個混合器中的混合器被耦合以從分路器接收返回信號和本地振蕩器信號。混合器被配置成混合返回信號和本地振蕩器信號以生成用于確定收發(fā)器的視場的深度信息的一個或多個輸出信號。6路上實施的FMCWLiDAR收發(fā)器。光子集成電路包括一個或多個子陣列。子陣列可以包括輸入端口、光學(xué)開關(guān)、多個分路器、多個混合器和多個天線。輸入端口被配置成接收調(diào)頻激光信號。光學(xué)開關(guān)被配置成將輸入端口可切換地耦合到光學(xué)天線，從而在輸入端口與光學(xué)天線之間形成光學(xué)路徑。對于從輸入端口到光學(xué)天線中的一個的每個光學(xué)路徑，多個分路器中的分路器沿著光學(xué)路徑耦合。每個分路器被配置成將激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號。傳送信號經(jīng)由光學(xué)天線發(fā)射并且傳送信號的反射作為反射信號經(jīng)由光學(xué)天線被接收。分路器也輸出作為反射信號的一部分的返回信號。對于每個分路器，多個混合器中的混合器被耦合以從分路器接收返回信號和本地振蕩器信號?；旌掀鞅慌渲贸苫旌戏祷匦盘柡捅镜卣袷幤餍盘栆陨捎糜诖_定FMCWLiDAR系統(tǒng)的視場的深度信息的一個或多個輸出信號。FMCWLiDAR系統(tǒng)也包括透鏡，該透鏡被定位成準(zhǔn)直經(jīng)由多個天線發(fā)射的傳送信號。該透鏡還被定位成接收反射信號并且將反射信號耦合到發(fā)射光學(xué)天線。附圖說明[0009]當(dāng)結(jié)合附圖中的示例進(jìn)行時，本公開的實施例具有將從以下詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求中更容易顯而易見的其他優(yōu)點和特征，在附圖中：[0010]圖1示出根據(jù)一個或多個實施例的可切換相干像素陣列FMCWLiDAR芯片的簡圖。[0011]圖2a-圖2d示出根據(jù)一個或多個實施例的相干像素的四個版本。[0012]圖3a-圖3c示出根據(jù)一個或多個實施例的在多個相干像素之間共享光相干檢測塊的可切換相干像素陣列。[0013]圖4a-圖4c示出圖1和圖3a的有源光學(xué)開關(guān)的示例。[0014]圖5a-圖5c示出根據(jù)一個或多個實施例的可切換相干像素陣列如何使光束轉(zhuǎn)向以[0015]圖6示出根據(jù)一個或多個實施例的具有線性地布置的多個并行FMCWLiDAR收發(fā)器的LiDAR芯片。[0016]圖7a-圖7c示出根據(jù)一個或多個實施例的基于可切換相干像素陣列的系統(tǒng)中的機械輔助激光束掃描的示例。[0017]圖8示出根據(jù)一個或多個實施例的利用光的兩個偏振來改進(jìn)FMCWLiDAR系統(tǒng)的性能的相干像素的第一實施例的圖。[0018]圖9示出根據(jù)一個或多個實施例的利用光的兩個偏振來改進(jìn)FMCWLiDAR系統(tǒng)的性能的相干像素的第二實施例的圖。[0019]圖10示出根據(jù)一個或多個實施例的相干像素如何可以在焦平面陣列中用于FMCW應(yīng)用。[0020]圖11a-圖11d圖示根據(jù)一個或多個實施例的用于可切換相干像素陣列的電布線方[0021]圖12示出根據(jù)一個或多個實施例的基于可切換相干像素陣列的FMCWLiDAR系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。具體實施方式[0022]FMCWLiDAR系統(tǒng)確定系統(tǒng)的視場的深度信息(例如，一個或多個物體的距離、速7部分和混合部分。信號部分經(jīng)由透鏡組件被調(diào)節(jié)并輸出到FMCWLiDAR系統(tǒng)的視場中。信號部分被視場中的一個或多個物體反射離開以形成反射信號，并且信號部分的反射被FMCWLiDAR系統(tǒng)檢測到。反射信號的一部分與束的混合部分混合以直接測量FMCWLiDAR系統(tǒng)的視場內(nèi)的一個或多個物體的量程和速度。[0023]在光子集成電路上實施FMCWLiDAR系統(tǒng)收發(fā)器。光子集成電路包括一個或多個基輸入端口被配置成接收調(diào)頻激光信號。調(diào)頻激光信號可以在收發(fā)器外部，或者在一些情況下位于與光子集成電路相同的芯片上。光學(xué)開關(guān)被配置成將輸入端口可切換地耦合到光學(xué)天線，從而在輸入端口與光學(xué)天線之間形成光學(xué)路徑。在一些實施例中，光學(xué)開關(guān)在FMCW收發(fā)器的掃描時段期間一次一個地將調(diào)頻激光信號光學(xué)地耦合到光學(xué)天線中的每一個。[0024]對于從輸入端口到光學(xué)天線中的一個的每個光學(xué)路徑，多個分路器中的分路器沿著光學(xué)路徑耦合。每個分路器被配置成將激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號。傳送信號經(jīng)由光學(xué)天線發(fā)射并且傳送信號的反射作為反射信號經(jīng)由光學(xué)天線被接收。分路器也輸出作為反射信號的一部分的返回信號。對于每個分路器，多個混合器中的混合器被耦合以從分路器接收返回信號和本地振蕩器信號?；旌掀鞅慌渲贸苫旌戏祷匦盘柡捅镜卣袷幤餍盘栆陨梢粋€或多個輸出信號。由混合產(chǎn)生的拍音的頻率與從LiDAR系統(tǒng)到反射了光的表面的距離成比例。一個或多個輸出信號用于確定LiDAR系統(tǒng)的視場的深度信息。深度信息描述到LiDAR系統(tǒng)的視場內(nèi)的各種表面的量程并且也可以包括描述LiDAR系統(tǒng)的視場內(nèi)的物體的速度的信息。[0025]注意，LiDAR芯片能夠使從LiDAR系統(tǒng)發(fā)射的光在至少一個維度中轉(zhuǎn)向。并且在一些實施例中，光學(xué)天線被布置在兩個維度中，使得LiDAR芯片能夠使光束在兩個維度中轉(zhuǎn)向。能夠在沒有移動零件的情況下使束轉(zhuǎn)向可以減輕許多常規(guī)機械驅(qū)動的LiDAR系統(tǒng)中發(fā)[0026]圖1示出根據(jù)一個或多個實施例的可切換相干像素陣列(SCPA)FMCWLiDAR芯片子陣列(100)包括光輸入/輸出(I/0)端口(102)和可選的1至K光學(xué)分路器(103),其中K是整數(shù)，并且包括一個或多個SCPA(101)。1至K光學(xué)分路器(103)可以是無源的或有源的。光學(xué)I/0中的每一個由通過片外或片上激光器提供的調(diào)頻光源饋電。能夠通過可選的1至K光學(xué)分路器在片上分配光學(xué)功率以減少光學(xué)I/0的數(shù)目。在所圖示的實施例中，1至K光學(xué)分路器相干像素(105)和光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(104),其中M是整數(shù)。注意，在一些情況下可以將光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(104)中的一個或多個、可選的1至K光學(xué)分路器(103)或其某個組合簡稱為光學(xué)開關(guān)。光學(xué)開關(guān)被配置成將輸入端口102可切換地耦合到相干像素內(nèi)的光學(xué)天線，從而在輸入端口與光學(xué)天線之間形成光學(xué)路徑。光學(xué)開關(guān)可以包括多個有源光學(xué)分路器。在一些實施例中，光學(xué)開關(guān)在FMCW收發(fā)器的掃描時段期間一次一個地將調(diào)頻激光信號光學(xué)地耦合到光學(xué)天線中的每一個。8[0027]光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(104)選擇M個相干像素中的一個或多個以發(fā)送和接收用于測距(ranging)和檢測的調(diào)頻(FM)光。相干像素能夠以一維陣列(例如，線性陣列)或二維陣列光學(xué)信號不再通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)傳播以便被檢測到，而是替代地輸出被單獨地定路線(在所圖任何光點轉(zhuǎn)換器。光學(xué)天線通常因高得多的發(fā)射/耦合效率而對具有一個特定偏振(例如向2×2分路器(202),后者又使其在端口203和204之間分路。雙向光2×2分路器(202)在傳光組合器(201)或如在圖2b中一樣的光學(xué)混合器(209)。最后，圖2a中的一對光電二極管輸出(I/Q),它們能夠用于解決速度-距離模糊性或者在FMCWLiDAR系統(tǒng)中啟用高級DSP算被用于相干檢測。圖2c和圖2d所示的相干像素設(shè)計通過將偏振分路天線210引入到新結(jié)構(gòu)集來自被測物體的反射束，將正交偏振(例如TE)耦合到波導(dǎo)(213)中并且將其直接發(fā)送到一步劃分。從端口(213)和LO(214)中接收的信號被混合以供由光學(xué)混合器進(jìn)行相干檢測，該光學(xué)混合器可以是如在圖2c中一樣的平衡2×2光合路器(201)或如在圖2d中一樣的光學(xué)9[0029]圖3a-圖3c示出根據(jù)一個或多個實施例的在多個相干像素之間共享光相干檢測塊的SCPA。如圖3a所示，芯片(11)能夠包括多個基本功能子陣列(100)。每個子陣列(100)光學(xué)I/0端口(102)和可選的1至K光學(xué)分路器(103)以及一個或多個SCPA(101)。光學(xué)I/0中的每一個通過由片外或片上激光器提供的調(diào)頻光源饋電。能夠通過可選的1至K光學(xué)分路器(103)在片上分配光學(xué)功率以減少光學(xué)I/0的數(shù)目。1至K光學(xué)分路器中的每一個給從N行中選擇1行的可選的1至N光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)饋電，其中N是整數(shù)。每行包括相干接收器塊(306)。光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(104)進(jìn)一步從M個天線(105中選擇一個天線，其中M是整數(shù)，以發(fā)送和接收用于測距和檢測的調(diào)頻(FM)光。天線能夠以一維陣列(例如，線性陣列)或二維陣列(例如，矩形陣列、規(guī)則陣列等)以物理方式布置在芯片上。在此設(shè)計中，所選擇的天線將光傳送到自由空間中并且被動地接收所返回的光學(xué)信號。包括光學(xué)混合和光電轉(zhuǎn)換的相干檢測功能在相干接收器塊(306)中完成。[0030]注意，在一些情況下可以將光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(104)中的一個或多個、1至N光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)或其某個組合簡稱為光學(xué)開關(guān)。光學(xué)開關(guān)被配置成將輸入端口102可切換地耦合到光學(xué)天線，從而在輸入端口與光學(xué)天線之間形成光學(xué)路徑。[0031]圖3b和圖3c是使用“偽環(huán)行器”并且行為類似于圖2a和圖2c中的相干像素塊的相干接收器塊(例如，相干接收器塊(306))的示例。與圖1中的方案不同，所接收到的光學(xué)信號再次通過1至M開關(guān)網(wǎng)絡(luò)傳播以便在相干接收器塊306處被檢測到。與圖1中的SCPA相比，此設(shè)計大大減少光電二極管的數(shù)目，從而減少電輸出的數(shù)目并且簡化電布線和/或封裝。附加地，像素尺寸大大縮小，從而允許像素之間的間距更小并且為FMCWLiDAR實現(xiàn)更高的分辨[0032]在一些實施例中，在圖3a的場境中圖3b和圖3c的相干接收器塊是這樣的，即對于每個光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(104),僅有一個分路器(202)耦合在輸入端口與所對應(yīng)的光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)[0033]圖4a-圖4c示出圖1和圖3a的有源光學(xué)開關(guān)(104)的示例。在圖4a中描繪了二叉樹開關(guān)網(wǎng)絡(luò)及其個別開關(guān)單元(401)。50/50光學(xué)分路器(400)給兩個光移相器(402)饋電，該兩個光移相器使用控制信號403和404來調(diào)諧每個臂的相位。光學(xué)開關(guān)的電控制可以是使用兩個控件的推拉方式或者它可以是使用僅一個控件單側(cè)的。兩個臂中的光學(xué)信號使用光2×2組合器(405)來組合。取決于控制信號，發(fā)生相長(相消)干涉，因此光在兩個輸出之間切換。光移相器(402)可以是但不限于熱光移相器或電光移相器。如圖4b中描繪的，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)主總線波導(dǎo)中拾取光學(xué)信號。電控制信號設(shè)置陣列中的MRR的諧振并且因此選擇通過其來發(fā)送和接收FM信號的輸出端口。類似地，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)也能夠用如在圖4c中一樣的微機電系統(tǒng)其來發(fā)送和接收FM信號的輸出端口。R操作。在此示例中，使用單個基于SCPA的LIDAR收發(fā)器(501)進(jìn)行說明。LiDAR收發(fā)器501包括FMCW光源輸入(502)、光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(503)、相干像素單元(504)和一個或多個光學(xué)天線(505)LiDAR收發(fā)器(501)可以是例如上面參考圖1和圖3a描述的FMCWLiDAR芯片(11)。并且相干像素單元504可以是例如如上面關(guān)于圖1所描述的相干像素105.并且在一些實施例中，相干像素單元504可以由圖3a的元件(例如，相干接收器304、一個或多個光學(xué)天線及其之間對應(yīng)的光學(xué)路徑)組成。[0035]在所圖示的實施例中，LiDAR收發(fā)器501的光學(xué)天線被放置在透鏡系統(tǒng)(507)的焦距處。透鏡系統(tǒng)(507)包括將每個相干像素的物理位置映射到唯一方向的一個或多個光元件(例如，正透鏡、自由形態(tài)透鏡、菲涅耳透鏡等)。在一些實施例中，透鏡成準(zhǔn)直經(jīng)由多個天線發(fā)射的傳送信號。透鏡系統(tǒng)(507)被配置成將從多個天線中的一個天線發(fā)射的傳送信號投射到掃描器模塊的視場的對應(yīng)部分中，并且向天線提供傳送信號的反射。每個光學(xué)天線從不同的角度發(fā)送和接收光。因此通過切換到不同的天線，如圖5b和圖5c所圖示的那樣實現(xiàn)了離散光束掃描。對于FMCWLIDAR,激光束(508)跨視野中的目標(biāo)(509)掃描，并且LiDAR收發(fā)器(501)中的相干像素生成電信號，這些電信號然后被以數(shù)字方式處理以創(chuàng)建LIDAR點云。在一些實施例中，透鏡系統(tǒng)(507)產(chǎn)生沿著一個角度維度掃描收發(fā)器視場的準(zhǔn)直傳送信號(例如，如圖5b和圖5c所示)。[0036]如圖5a-圖5c所示，相干像素單元504以線性陣列布置。然而，在其他實施例中，相干像素單元504可以具有某種其他布置(例如，二維、矩形等)。注意一布置可以用于從多個天線發(fā)射多個傳送信號，使得多個傳送信號在兩個維度中掃描掃描器模塊的視場的一部分(如在下面關(guān)于圖12所描述的)。例如，在第一維度和第二維度中掃描，并且掃描器模塊視場沿著第一維度是5度或更好，而沿著第二維度是5度或更好。[0037]圖6示出根據(jù)一個或多個實施例的具有線性地布置的多個并行FMCWLiDAR收發(fā)器(501)的LIDAR芯片(606)。如圖示，LiDAR芯片606包括以線性陣列布置的8個FMCWLiDAR收二維、矩形等)。每個SCPA遍及對應(yīng)的角度視場(FoV)(在圖中被描繪為在每個虛線的末端有小雙側(cè)箭頭)借助于透鏡系統(tǒng)(607)同時地且獨立地發(fā)射并接收光(608)。每個SCPA覆蓋某個角度FoV并且為包括LiDAR芯片606的FMCWLiDAR系統(tǒng)提供某個像素速率。Z個并行FMCWLiDAR收發(fā)器(501)可以覆蓋Z倍大的角度FoV并且提供Z倍快的像素速率，其中Z是整數(shù)。寬助激光束掃描的示例。在圖7a中，光子芯片(606)和透鏡系統(tǒng)(607)都被安裝在旋轉(zhuǎn)平臺圖示的實施例中，光子芯片(606)能夠在第一維度中(例如，垂直地)實現(xiàn)固態(tài)掃描，并且旋轉(zhuǎn)平臺(701)能夠在正交的第二維度中(例如，水平地)實現(xiàn)360度。在圖7b中，光子芯片(606)和透鏡系統(tǒng)(607)是不動的并且激光束由移動鏡(702)(例如，振鏡)轉(zhuǎn)向。在圖7c中，光子芯片(606)和透鏡系統(tǒng)(607)是不動的并且通過使多面鏡(703)旋轉(zhuǎn)來使激光束轉(zhuǎn)向。通?？梢詫⒁苿隅R(702)和/或多面鏡(703)稱為掃描鏡。并且掃描鏡被配置成在掃描器模塊的視場內(nèi)在第二維度中掃描束(傳送信號)(如在下面關(guān)于圖12所描述的),第二維度與一個角度維度正交。[0039]盡管光子芯片606能夠?qū)崿F(xiàn)全固態(tài)束轉(zhuǎn)向，并且在一些情況下它可能在兩個維度中(例如，以二維陣列布置的光學(xué)天線),但是能夠如示例所圖示的那樣借助于機械器件大[0040]圖8示出根據(jù)一個或多個實施例的利用光的兩個偏振來改進(jìn)FMCWLiDAR系統(tǒng)的性11能的相干像素(813)的第一實施例的圖。源自激光器的輸入光(801)進(jìn)入相干像素并且被X/(1-X)分路器(802)(也稱為分路器(802))分路。光的X%離開分路器的頂部端口，構(gòu)成TX信號，而光的(1-X)%離開分路器的底部端口，構(gòu)成本地振蕩器(LO)信以選取最佳分路比。TX信號進(jìn)入偏振組件820。在所圖示的實施例中，偏振組件820包括偏振分路器(803)和偏振不敏感自由空間耦合器(804)。然而，在其他實施例中，例如，如在下面關(guān)于圖9所討論的，偏振分路器(803)和偏振不敏感自由空間耦合器(804)可以用單個偏振分路垂直芯片到自由空間耦合器替換。偏振分路器(803),也稱為偏振器，使橫向電(TE)偏振光和橫向磁(TM)偏振光分開。作為示例，圖1中的輸入光可以是TE偏振的。能夠使用TM偏振光而無需修改此想法。因為TX信號光是TE偏振的，所以光耦合到在偏振分路器(803)右手側(cè)的頂部端口。TM偏振光通過在偏振分路器(803)右手側(cè)的底部端口離開。離開偏振分路器(803)的TX信號進(jìn)入偏振不敏感自由空間耦合器(804),其生成具有與在前光電路(813)的TE場匹配的線性偏振的自由空間光束(805)。偏振不敏感自由空間耦合器(804)是光學(xué)天線的示例。例如，偏振不敏感自由空間耦合器可能是垂直光柵、邊緣耦合器(例如反錐形波導(dǎo))或成角度的反射器。自由空間束(805)通過四分之一波片(806)傳播，該四分之一波片將線性偏振光束轉(zhuǎn)換為圓形偏振光束(807)?，F(xiàn)在圓形偏振光(807)傳播一定距離，這使光相對于LO信號延遲。此束從目標(biāo)表面(808)反射離開，從而產(chǎn)生反射光束(809)。取決于表面性質(zhì)，此反射束可以維持其圓形偏振或者其偏振可能變得隨機化。反射光束(809)通過自由空間傳播回并且第二次通過四分之一波片(806)。如果反射束(809)維持了其圓形偏振，則傳送束(810)將具有TM偏振(相對于始發(fā)傳送和接收光學(xué)路徑(813))。如果反射束(809)具有隨機化偏振，則傳送束(810)將具有隨機偏振。傳送束(810)被耦合回到相干像素(813)中并傳播回到偏振分路器(803)的頂部右手端口中。如果所接收到的光束是TM偏振的，則所有光都將被耦合到偏振分路器(803)的左底部端口。如果所接收到的束是隨機偏振的，則名義上光學(xué)功率的一半將被耦合到左底部端口。耦合到(803)的左底部端口的光進(jìn)入雙輸入功率光學(xué)混合器(811),該雙輸入功率光學(xué)混合器將延遲接收的信號與LO信號混合。光學(xué)混合器生成由FMCW系統(tǒng)解釋的一個或多個電信號(812)。去除四分之一波片僅影響保偏目標(biāo)表面的系統(tǒng)性能，而不影響此想法的基本原理。[0041]偏振組件(820)可以被配置成例如耦合來自第一波導(dǎo)(例如，來自(802))的光學(xué)信號以形成傳送信號；使傳送信號偏振以具有第一偏振；基于與第一偏振正交的第二偏振使反射信號(經(jīng)由(804)耦合)偏振以形成返回信號；并且將返回信號耦合到第二波導(dǎo)中(例[0042]相干像素(813)可以是例如相干像素105.相干像素(813)也可以是上面參考圖2a描述的相干像素的實施例。類似地，相干像素(813)也可以是上面參考圖2b描述的相干像素的實施例。例如，雙向光2×2分路器(202)可以用X/(1-X)分路器(802)和偏振分路器(803)替換，并且光學(xué)天線200可以用偏振不敏感自由空間耦合器(804)替換。并且在例如LIDAR收發(fā)器的場境中，對于每個X/(1-X)分路器，偏振器分路器沿著分路器與光學(xué)天線之間的光學(xué)路徑耦合。并且偏振分路器被配置成：使傳送信號偏振以具有第一偏振(例如，TE);并且使反射信號偏振以形成返回信號，使得返回信號具有與第一偏振正交的第二偏振(例如，TM)。[0043]圖9示出根據(jù)一個或多個實施例的利用光的兩個偏振來改進(jìn)FMCWLiDAR系統(tǒng)的性能的相干像素(912)的第二實施例的圖。除了圖8中的偏振組件820內(nèi)的偏振分路器(803)和自由空間耦合器(804)用如圖9所圖示的單個偏振分路垂直芯片到自由空間耦合器(903)替換之外，第二實施例與第一實施例基本上類似。此自由空間耦合器從其左側(cè)輸入接收TE光并且生成具有TE偏振的自由空間束(904)。同時，入射到耦合器上的TM光被耦合到又連接至(908)、(909)、(910)和(911)的第二實施例中的系統(tǒng)的其余部分的功能性和/或結(jié)構(gòu)與[0044]注意在圖9中，偏振(820)和偏振分路垂直芯片到自由空間耦合器(903)的功能性是相同的。偏振組件(820)可以被配置成例如耦合來自第一波導(dǎo)(例如，來自(902))的光學(xué)信號以形成傳送信號；使傳送信號偏振以具有第一偏振；基于與第一偏振正交的第二偏振使反射信號(經(jīng)由(903)耦合)偏振以形成返回信號；并且將返回信號耦合到第二波導(dǎo)中(例[0045]相干像素(912)可以是例如相干像素105.相干像素(912)也可以是上面參考圖2c描述的相干像素的實施例。類似地，相干像素(912)也可以是上面參考圖2d描述的相干像素的實施例。例如，光學(xué)分路器(212)可以用X/(1-X)光學(xué)分路器(902)替換，并且偏振分路天線(210)將用單個偏振分路垂直芯片到自由空間耦合器(903)替換。[0046]圖10示出根據(jù)一個或多個實施例的相干像素如何可以在焦平面陣列(FPA)中用于FMCW應(yīng)用。圖10中的相干像素可以是例如相干像素813和/或相干像素912.FPA采用相干像素來形成束轉(zhuǎn)向裝置。在圖10中，進(jìn)入M個輸入波導(dǎo)(1001)的光被M×N分路器(1002)在N個輸出波導(dǎo)(1003)之間分路，其中M和N是整數(shù)。N個輸出波導(dǎo)連接到相干像素陣列(1004)。取決于期望一維束轉(zhuǎn)向還是二維束轉(zhuǎn)向，此陣列可以是一維的或二維的。每個相干像素(1005)發(fā)射TE偏振光(1006),該TE偏振光通過四分之一波片(1007)傳播，該四分之一波片將光轉(zhuǎn)換為圓形偏振(1008)。圓形偏振光穿過可以由一個或多個透鏡元件組成的透鏡(1009)。此透鏡將空間分布的圓形偏振光束轉(zhuǎn)換為成角度的圓形偏振光束(1010)。透鏡的輸出角度取決于輸入束的位置(例如，部分地基于發(fā)射了束的相干像素(1005)的位置來確定)和透鏡(1009)的位置，從而實現(xiàn)束轉(zhuǎn)向操作。成角度的束從目標(biāo)(1011)反射離開。漫反射光以相同角度(1012)朝向透鏡返回。取決于目標(biāo)的性質(zhì)，此反射光可以維持其圓形偏振或者變成隨機偏振的。反射光束通過透鏡(1009)返回，該透鏡將束的角度映射到FPA上的特定位置。傳送束(1013)通過四分之一波片(1007)返回。如果反射光維持其圓形偏振，則傳送的傳送光(1014)被耦合回到相干像素陣列(1004)中，該相干像素陣列如先前描述的那樣將光轉(zhuǎn)換成電信號。[0047]圖11a-圖11d示出根據(jù)一個或多個實施例的用于SCPA的電布線方案。對于LiDAR收發(fā)器的光子芯片，這些電布線方案可以顯著地減少電I/0的數(shù)目。方案1被圖示在圖11a和圖11b中。方案2被圖示在圖11c和圖11d中。在此示例中，示出了1至8三級二叉樹開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其中每個開關(guān)具有一個電控制信號和相干像素陣列，其中每個相干像素具有兩個電輸出(例統(tǒng)能夠在八個相干像素中的任一個之間切換。來自相干像素的所有I輸出信號作為一個共享輸出(RX_I)連接在一起并且所有Q輸出信號作為另一共享輸出(RX_Q)連接在一起。當(dāng)僅一個相干像素由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)激活時，剩余相干像素接收很少光作為其傳送器信號或其LO信號。因此，共享輸出表示來自激活像素的正確信號，同時來自相鄰像素的串?dāng)_很小。在此示例中，方案1對于總共7個開關(guān)輸入和16個相干像素輸出將I/0信號的數(shù)目減少到最少五個。隨著SCPA的規(guī)模增加和/或并行SCPA的數(shù)目增加，電I/0的減少變得甚至更顯著。在方案2中，能夠選擇不止一個相干像素以同時地傳送和接收光。在圖11c中，開關(guān)控制信號和相干像素輸出信號在1至8二進(jìn)制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的上半部分和下半部分之間分路，從而產(chǎn)生5個開關(guān)控制和4個接收器輸出。在操作期間，第一開關(guān)被控制成在兩個輸出處具有50/50分路比，從而將均勻光學(xué)功率遞送到1至8開關(guān)樹的上半部分和下半部分中。利用樹的上半部分和下半部分的獨立控制和讀出能力，能夠同時地激活來自上半部分的一個像素和來自下半部分的一個像素。方案2能夠通過在正常二進(jìn)制模式下操作第一開關(guān)級而被適配為方案1,并且它也能夠任意地控制第一開關(guān)級的分路比，從而以一定硬件成本提供更靈活且潛在軟件定義的束掃描選項。模塊(1201)包括具有單個或多個FMCW收發(fā)器通道的SCPALiDAR芯片(1205)以及包括一個或多個光元件的透鏡系統(tǒng)(1203)。在一些實施例中，透鏡系統(tǒng)(1203)是透鏡系統(tǒng)(507)的實施例。[0049]SCPALiDAR芯片(1205)包括作為一個或多個光子集成電路被實施的一個或多個[0050]輸入端口被配置成接收調(diào)頻激光信號。光學(xué)開關(guān)被配置成將輸入端口可切換地耦合到光學(xué)天線，從而在輸入端口與光學(xué)天線之間形成光學(xué)路徑。對于從輸入端口到光學(xué)天線中的一個的每個光學(xué)路徑，沿著光學(xué)路徑耦合并且被配置成進(jìn)行以下操作的分路器：將激光信號的接收部分分路成本地振蕩器信號和傳送信號，其中，傳送信號經(jīng)由光學(xué)天線發(fā)射并且傳送信號的反射作為反射信號經(jīng)由光學(xué)天線被接收；并且輸出作為反射信號的一部分的返回信號。對于每個分路器，混合器被耦合以從分路器接收返回信號和本地振蕩器信號，該混合器被配置成混合返回信號和本地振蕩器信號以生成用于確定LiDAR系統(tǒng)的視場(也稱為掃描器模塊(1201)的視場)的深度信息的一個或多個輸出信號。[0051]在一些實施例中，透鏡系統(tǒng)(1203)產(chǎn)生準(zhǔn)直傳送信號，該準(zhǔn)直傳送信號沿著一個或多個角度維度(例如，方位角或仰角)掃描掃描器模塊(1201)的視場。掃描器模塊(1201)沿著一個角度維度具有5度或更好的視場。并且在具有光學(xué)天線的二維布置(例如，矩形網(wǎng)格)的實施例中，可以在掃描器模塊(1201)的視場內(nèi)在兩個維度中掃描來自多個光學(xué)天線的信號。例如，在第一維度和第二維度中掃描，并且掃描器模塊(1201)視場沿著第一維度是5度或更好，而沿著第二維度是5度或更好。注意，上述示例中的二維掃描純粹是通過對不同的相干像素的選擇性使用來完成的。[0052]掃描器模塊(1201)也可以包括用于輔助激光束掃描的掃描器(1202)和/或用于改進(jìn)偏振相關(guān)靈敏度的四分之一波片(QWP)(1204)。掃描鏡(1202)是例如如上面關(guān)于圖7b和圖7c所描述的掃描鏡。在使用掃描鏡(1202)的實施例中，掃描器模塊(1201)視場沿著第一維度(經(jīng)由對相干像素的選擇性使用來掃描)是5度或更好，而沿著第二維度是10度或更好(至少部分地經(jīng)由掃描鏡(1202)的移動來掃描)。用于LiDAR芯片(1205)的光源能夠被直接集成到同一芯片上或者通過光纖組件耦合。如所示出的，光源是生成用于FMCWLiDAR操作的調(diào)頻光學(xué)信號的FMCW激光源(1207)。激光源(1207)可以由光學(xué)放大器(1206)進(jìn)一步放大以增加FMCWLiDAR的量程。光學(xué)放大器可以是半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)芯片或摻鉺光纖放大器(EDFA)。FMCW激光源(1207)由激光驅(qū)動器電路(1208)控制，該激光驅(qū)動器電路通常是可控低噪聲電流源。相干像素的輸出轉(zhuǎn)向跨阻放大器(TIA)電路陣列(1211)。片上開關(guān)由開通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1216)、FMCWLiDARDSP(1212)以及FMCW激光啁啾控制和校準(zhǔn)邏輯些或甚至全部能夠用單個芯片上的光子電路單片來實施。FMCW處理引擎的數(shù)據(jù)輸出(1220)是深度信息。深度信息可以包括例如典型LiDAR點云的三維位置數(shù)據(jù)和FMCWLiDAR能夠測[0053]如上所述，寬FoV和快像素速率對高性能FMCWLiDAR系統(tǒng)來說可能是重要的。注意，掃描器模塊(1201)能夠在掃描模塊(1201)的FoV之上每秒瞄準(zhǔn)至少100K個點。[0054]圖12示出示例LiDAR系統(tǒng)。在替代配置中，可以在LiDAR系統(tǒng)中包括不同組件和/或附加組件。附加地，結(jié)合圖12所示的組件中的一個或多個描述的功能性可以以與結(jié)合圖12描述的方式不同的方式分布在組件當(dāng)中。例如，在一些實施例中，SCPALiDAR芯片1205可以與掃描器模塊(1201)分開。[0056]各圖和前面的描述僅通過圖示涉及優(yōu)選的實施例。應(yīng)該注意，根據(jù)前面的討論，本文公開的結(jié)構(gòu)和方法的替代實施例將被容易地辨識為可以在不脫離所要求保護(hù)的原理的情況下采用的可行的替代方案。[0057]盡管詳細(xì)描述包含許多詳情，但是這些不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明的范圍，而僅僅被解釋為圖示不同的示例。應(yīng)該領(lǐng)會，本公開的范圍包括上面未詳細(xì)地討論的其他實施例。在不脫離如所附權(quán)利要求中限定的精神和范圍的情況下，可以在本文公開的方法和裝置的布置、操作和細(xì)節(jié)方面做出對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易見的各種其他修改、改變和變化。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求及其法律等同