CN113906315B 用于对光检测和测距系统中来自多个孔径的相干检测进行管理的装置和方法 （莫罗实验室公司）

2021.11.30PCT/EP2020/0613302020.04.23WO2020/216842EN2020.10.29US2018364336A1,2018.12.20用于对光检测和测距系统中来自多个孔径孔径阵列包括布置在一个或多个维度上的少一个输出检测到的至少一个电信号确定至少21.一种用于对光检测和测距LIDAR系统中来自多个孔径的相干检测进行管理的装置，所述孔径中的两个或更多个中的每一个被配置为接收所接收的光波前且所述孔径阵列中的至少两个不相邻的孔径被配置为对所接收的光波前中包括有来自所所述孔径中的两个或更多个中的每一个被耦合到相应的光混合器，该对于多个所述光混合器中的每个光混合器，根据该光混合器的至少一个输出基于来自于多个所述光混合器中的至少两个光混合器的相位基于来自于多个所述光混合器中的至少两个光混合器的相位信息被进一步处理以分别测量来自所述视场的所述第一子集和所述第二子集的光的第一信息被进一步处理以测量分别对来自视场的所述第一子集和所述第二子集的光进行反射320.根据权利要求1所述的装置，其中，所21.根据权利要求1所述的装置，其中，所述23.根据权利要求1所述的装置，其中，所述24.根据权利要求1所述的装置，其中，所述25.根据权利要求1所述的装置，其中，所述径之间的相对相位的误差，相对相位的误差使用测量所述装置和/或所述装置的环境中的28.根据权利要求1所述的装置，其中，所述29.根据权利要求1所述的装置，其中，所述430.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第31.根据权利要求1所述的装置，其中，从第一光源或端口提供对视场进行照明的调制从第二光源或端口提供与所述调制照明光波具有限定相位关系的在孔径阵列处接收光波前，所述光波前包括对所述视场的至所述孔径中的两个或更多个中的每一个被配置为接收所接收的光波前且所述孔径阵列中的至少两个不相邻的孔径被配置为对所接收的光波前中包括有来自所所述孔径中的两个或更多个中的每一个被耦合到相应的光混合器，该对于多个所述光混合器中的每个光混合器，根据该光混合器的至少一个输出基于来自于多个所述光混合器中的至少两个光混合器的相位基于来自于多个所述光混合器中的至少两个光混合器的相位5[0001]本公开涉及光信号检测系统和方法，比如光检测和测距(lightdetectionand的孔径被配置为对所接收的光波前中包括有来自所述视场的同一部分的贡献的相应部分口和所述相应的光混合器之间，以及(ii)在所述相应的孔径和所述相应的光混合器之间，相应的组延迟差(respectivedifferencesingroupdelay)基6中的至少两个非相邻孔径被配置为对所接收的光波前中包括有来自所述视场的同一部分[0015]所述第一基于方向的信息和所述第二基于方向的信息被进一步处理为分别测量来自所述视场的所述第一子集和所述第二子集的光的第一强度和7[0016]所述第一基于方向的信息和所述第二基于方向的信息被进一步处理以测量分别对来自所述视场的所述第一子集和所述第二子集的光进行反射的物体的相[0017]并行地确定所述第一基于方向的信息的至少一部分和所述第二基于方向的信息[0027]各个所述混合器被配置为通过使用所述参考光波的90°移位副本来提供同相/正[0028]各个所述混合器被配置为在多模干涉耦合器中通过使用与所述参考光波的干涉位的误差使用测量所述装置和/或所述装置的环境中的温度和/或温度梯度的传感器进行[0037]所述第二光源或端口通过对馈送到所述第一光源或端口的光进行相位调制来提[0040]用于多个孔径的相干检测可以使用单个本地振荡器以保持所述孔径之间的相对8[0049]图1A和1B示出通过本地振荡器分别使用平衡检测和非平衡检测来产生干涉的示[0050]图2A和2B示出了其中本地振荡器与输入场的两个副本混合的示例性相干检测方[0053]图5示出了一个示例性接收子系统的示意图，其中每个混合器分配了一个具有均[0054]图6示出了一个具有均衡臂长度的本地振荡器的掩模布局的示意图，其中孔径的接收子系统的接收波导中的检测阵列的多个单独收集孔径的已知空间[0059]在每个电磁波被耦合到相应的接收波导之后，在每个孔径处收集的电磁波场(或集场的相位信息并可以测量孔径之间的相对相位差。9器用于产生来自LO源(104)的本地振荡器(LO)和在输入孔径(101)处所收集的场的外差混平衡检测方案代替平衡检测方案的潜在缺点是，如果本地振荡器场和收集场是相同频率[0063]在任何给定的实施方式中，所限定的耦合器(102)可以是MMI耦合器、渐逝在收集孔径和探测器之间的减少数量的器件有助于减少器件[0066]参考图2A，在相干探测器(200)的替代实施方式中，2×2耦合器(202A)从LO源2×4耦合器(212)是MMI耦合器，该MMI耦合器将来自输入孔径(201)的入射场与来自LO源复数矩阵乘法，其可以通过串行计算进行，例如使用计算机的CPU(centralprocessingyi,0)的特定孔径并具有相位误差ξi的相移可表示为：[0075]其他变换矩阵也是可能的，其中引入一系列振幅因子来锥化阵列的等效辐射图够进行用于远距离成像(例如>300m)的足够光收的子单元上，如在2019年5月3日提交的美国临时申请专利序号62/842,924中更详细的描部微镜等。此外，例如微透镜的衍射元件可以引入到设计中，以适应美国公开号2017/[0079]在集成光学器件实施方式中，光电二极管和电子放大器(例如，跨阻放大器[0080]用于所述LIDAR系统的一些实施方式的电子器件可包括一个或多个放大级，所述放大级被配置为给所述装置中的每个探测器或探测器对提供足够的跨阻增益。一旦放大，提取)算法来处理这些数据流以提取深度信息(也称距离信息)。在啁啾或调频连续波中，可以应用在两个波长之间切换时的相位差或用于具有外差检测的脉冲方案的时间测toanalogconverter，数模转换器)(308A)和(308B)转换到数字域。类似地，IQ探测器自光电二极管(304C)和(304D)的信号由相应的TIA(306C)和(306D)放大，其由相应的DAC[0082]由多个收集孔径的通道数目、特定场景的视场上的扫描范围和/或场景获取速率于编码信息并以光学方式将信息发送回系统的[0083]例如，这可以通过基于PIN器件中载流子注入的快速调制器或通过其他电光效应来实现。图4示出了接收子系统的示例，其中来自直接检测光电转换器(410)和解串器(412)可以将数字信[0084]使用波分复用通过隔离器/耦合器以分离两个传播方向或使用时间复用等技术，路径可以是多模光纤。这种数据的光纤通信可以将与感测元件的接口简化为少许功率/控有主要光学部件集成到PIC中的一些实施方式中，由这样的实施方式所允许的尺寸和公差[0086]另一种可能的实施方式是使用具有足够分辨率和令人满意的波导质量的3D打印因素。用于提供混合功能的耦合器可以使用类平面结构或真3D部件如光子灯笼(photonic孔径之间的相对相位测量中引入阻碍合适方向恢复的依赖调制的[0088]臂长的相等也有助于提高温度敏感性。一些可以用来实它们的两个输出之间存在不引起相移的1×2分路器(502)类型，并且二叉树可以被配置为在每个级上对称，则通用输入端(504)和每个IQ相干探测器的输入端之间的LO的相位和组延迟(phaseandgroupdelay)可以被配置为基本相同。从孔径到混合器的距离可以保持统的发射子系统可以采取各种形式中的任何一种，使得照明光束覆盖相关的场景的区域。完全覆盖视场的照明模式。在这种情况下，接收子系统负责以期望的分辨率解析视场光源(806)提供作为本地振荡器(808)的光并提供光给对FOV(802)进行照明的LIDAR发射器个辐射图案下面是一个图例，显示了遮光强度和相对辐射强度之间的对应关系(以dB为单[0097]当激励光束被引导以在较大视场的不同子集上扫描时，用于确定基于方向的信[0098]本文描述的技术可以解决各种潜在的技术问题，其中一些与确保高速远程LIDAR[0099]现有系统中的范围限制与在给定波长下可以使用的最大功率以及使用给定探测与眼睛安全性的计算有关。LIDAR中使用的准直光束的最大功率取决于光束的直径和光束与完整视场一样宽且给定其较大发散度的照明光束，该照明光束功率更大或内在地更安[0101]尽管开发基于单光子雪崩二极管(single-photonavalanchediode，SPAD)的探测器阵列可以提高基于强度的系统的灵敏度，但这种改进可能受到器件的非理想因素限考虑到外差系统使用本地振荡器对反射信号产生干涉，所以独立的发射器通常彼此不相[0103]FMCW系统的一个潜在问题是它们通常具有一个有限的扩展(AΩ)，因为每个光束解决这一限制，在将成像功能移动到探测器阵列并仍然能够实现静态单光束照明的同时，[0105]1、在相移天线阵列中，通过互易损失在不限制亮度的情况下增加收集孔径的数到准直光束的激光功率总量有安全限制。这个安全功率阈值会对某些系统的性能造成限[0110]所描述技术的一个潜在优势是从阵列中获得的扩展(AΩ)的增加。对于单个收集