提高光检测和测距系统中的信噪比的制作方法

提高光检测和测距系统中的信噪比
1.相关申请
2.本技术是2020年10月9日提交的题为“increasing signal-to-noise ratios in lidar systems(提高光检测和测距系统中的信噪比)”的第17/067,623号美国专利申请的继续申请，其全部内容并入本文。
技术领域
3.本发明涉及光学器件。具体讲，本发明涉及光检测和测距(lidar)系统。


背景技术：

4.对lidar系统的性能要求正在增加，因为这些系统可以支持越来越多的应用。lidar系统通常产生用于照射视场中的一个或多个样本区域的光信号。当样本区域中的对象反射光时，反射的光可返回到lidar系统。lidar系统可以使用反射的光来产生每个样本区域的lidar数据。样本区域的lidar数据指示出了lidar系统与位于样本区域中的一个或多个对象之间的径向速度和/或距离。
5.lidar系统将反射的光转换成电信号。电子装置使用这些电信号来产生lidar数据。然而，lidar系统对光信号的处理可能就是电信号中的一个噪声源。该噪声可能会降低lidar数据的可靠性。因此，需要一种改进的lidar系统。


技术实现要素：

6.lidar系统包括配置成一个输出光的光源。该光的一部分包括在lidar信号中，lidar信号沿lidar路径从光源行进到位于lidar系统外部的对象上，且从所述对象行进到滤光器处，并从所述滤光器行进到一个处理单元。该处理单元被配置成将包括lidar信号的光信号转换成电信号。光的一部分也包括在一个或多个错误定向信号中。每个错误定向信号沿不同的错误定向路径从光源传播到滤光器。每个错误定向路径都是与lidar路径不同的路径。该系统还包括滤光器，该滤光器被配置成从错误定向信号中滤除lidar信号。该系统还包括从电信号产生lidar数据的电子装置。
附图说明
7.图1是用于lidar系统中的lidar芯片的一个示意性俯视图。
8.图2是用于lidar系统的lidar芯片的另一实施例的一个示意性俯视图。
9.图3是适于与图1的lidar芯片一起使用的lidar适配器的一个示例的俯视图。
10.图4是适于与图1的lidar芯片一起使用的lidar适配器的一个示例的俯视图。
11.图5是包括在公共底座上的图1的lidar芯片和图3的lidar适配器的一个lidar系统的俯视图。
12.图6是包括在公共底座上的图2的lidar芯片和图4的lidar适配器的一个lidar系统的俯视图。
13.图7a是用于lidar系统中的合适处理单元的一个示例的示意图。
14.图7b是处理过程中电子装置和光传感器之间的关系的示意图。
15.图7c示出系统输出信号的适当频率模式的一个示例。
16.图8a说明当未从lidar信号中过滤出错误定向信号时来自数学运算组件的输出的一个示例。
17.图8b是图5的lidar系统，其被标记以示出可能的错误定向向源和lidar系统中不同位置处的信号的偏振状态的示例。
18.图8c说明当从lidar信号中滤除错误定向信号时来自数学运算组件的输出的一个示例。
19.图9是包括绝缘体上硅平台上的波导的一个lidar芯片的一部分的截面图。
20.说明书
21.lidar系统包括配置成一个输出光的光源。该光的一部分包括在lidar信号中，该lidar信号沿lidar路径从光源行进到位于该lidar系统外部的对象上，且从该对象行进到滤光器处，并从该滤光器行进到处理单元。处理单元被配置成将包括lidar信号的光信号转换成电信号。电子装置可从该电信号产生lidar数据。lidar数据可以指示出lidar系统与位于该lidar系统外的样本区域中的一个或多个对象之间的径向速度和/或距离。
22.来自光源的光的一部分也包括在一个或多个错误定向信号中。每个错误定向信号沿不同路径从光源到错误定向源然后到滤光器行进。错误定向源每个都是lidar路径的特征，其导致错误定向信号之一从lidar路径的全长上转向。发明人已经发现，这些错误定向信号可能是产生lidar数据的电信号中的噪声源。所述系统包括一个光学滤光器，该光学滤光器被配置成从lidar信号中过滤错误定向信号中的至少一个。结果，电信号中的噪声被减小了。这种噪声水平的降低增加了lidar数据的可靠性。
23.图1是可充当lidar系统或可被包括在lidar系统中的lidar芯片的示意性俯视图，该lidar系统包含除lidar芯片之外的组件。lidar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。lidar芯片包括输出光源信号的光源10。合适的光源10包括但不限于半导体激光器，例如外腔激光器(ecl)、分布式反馈激光器(dfb)、分立模式(dm)激光器和分布式布拉格反射器激光器(dbr)。
24.lidar芯片包括一个从光源10接收光源信号的实用波导12。该实用波导12包括一个接收光源信号的分束器22。该分束器在该实用波导12上传出lidar信号。
25.实用波导12端接在刻面14上，并将传出lidar信号传送到刻面14。刻面14可被定位成使通过该刻面14传播的传出lidar信号从lidar芯片输出，并用作lidar输出信号。例如，刻面14可以位于芯片的边缘处，使得行进通过该刻面14的传出lidar信号离开芯片并且用作lidar输出信号。在一些情况下，lidar输出信号的已经从lidar芯片离开的部分也可以被视为系统输出信号。作为一个示例，当lidar输出信号从lidar芯片离开时，也就是lidar输出信号从lidar系统离开时，lidar输出信号也可被认为是系统输出信号。
26.来自lidar输出信号的光在系统输出信号中远离lidar系统传播。系统输出信号可以通过lidar系统所处的大气中的自由空间。系统输出信号可以被系统输出信号的路径中的一个或多个对象反射。当系统输出信号被反射时，至少一部分反射光可以作为系统输入信号返回到lidar芯片。
27.来自系统回波信号的光可以在由lidar芯片接收的第一lidar输入信号中传送。在一些实例中，系统回波信号的一部分可以用作第一lidar输入信号。第一lidar输入信号通过刻面18进入比较波导16，并作为第一比较信号。比较波导16将第一比较信号传送到处理单元20，该处理单元被配置成将光信号转换成电信号，从该电信号产生lidar数据(lidar系统与位于lidar系统外部的一个或多个对象之间的径向速度和/或距离)。
28.分束器22将来自实用波导12的光源信号的一部分移到参考波导24上作为第一参考信号。参考波导24将第一参考信号传送到处理单元20以进行进一步处理。
29.由分束器22从实用波导12发送出来的光的百分比可以是固定的或基本上固定的。例如，分束器22可被配置成使发送到参考波导24的第一参考信号的功率是光源信号功率的一个百分比。在一些情况下，该百分比大于5％、10％或20％和/或小于50％或60％。合适的分束器22包括但不限于光耦合器、y型接头、锥形耦合器和多模干涉(mmi)器件。
30.lidar芯片可以包括用于控制光源10的操作的控制支路，该控制支路包括将光源信号的一部分从实用波导12移到控制波导28上的分束器26。源信号的耦合部分用作分接信号。虽然图1示出了作为分束器26工作的定向耦合器，但是其他信号分接组件也可以用作分束器26。合适的分束器26包括但不限于定向耦合器、光耦合器、y型接头、锥形耦合器和多模干涉(mmi)器件。
31.控制波导28将分接信号传送到控制组件30上。控制组件30可以与电子装置32电通信。控制组件30的全部或一部分可以包括在电子装置32中。在工作期间，电子装置可以采用来自控制组件32的输出来控制从由分接信号、系统输出信号、传出lidar信号、系统输出信号和lidar输出信号构成的组中选择的一个、两个、三个、四个或五个受控光信号的过程变量。合适的过程变量的例子包括受控光信号的频率和/或受控光信号的相位。
32.图2是可充当lidar系统或可被包括在lidar系统中的lidar芯片的示意图的俯视图，该lidar系统包括除lidar芯片之外的组件。图2的lidar芯片示出了被修改以处理多个lidar输入信号的图1的lidar芯片。如上所述，当来自系统输出信号的光被位于lidar系统外部的对象反射时，反射光的至少一部分可以在系统回波信号中返回到lidar芯片。
33.来自系统回波信号的光可以在由lidar芯片接收的第二系统lidar输入信号中传送。在一些实例中，系统回波信号的一部分可以用作第二lidar输入信号。lidar芯片包括端接在刻面38的第二比较波导36。第二lidar输入信号通过刻面38进入第二比较波导36，并作为第二比较信号。第二比较波导36将第二比较信号传送到第二处理单元40，该第二处理单元被配置成将光信号转换成电信号，从该电信号产生lidar数据(lidar系统与位于lidar系统外部的一个或多个对象之间的径向速度和/或距离)。
34.参考波导24将第一参考信号传送到分束器42。分束器42将来自参考波导24的传出lidar信号的一部分移到第二参考波导44上作为第二参考信号。第二参考波导44将第二参考信号传送到第二处理单元40以进行进一步处理。
35.如下面将更详细描述的，第一处理单元20和第二处理单元40各自将比较信号与参考信号组合以形成一个复合信号，该复合信号传送视野上的样本区域的lidar数据。因此，可以处理该复合信号以便提取采样本区域的lidar数据(选自由一个或多个反射对象材料指标、lidar系统与lidar系统外部的对象之间的径向速度以及lidar系统与对象之间的距离组成的群组的一个或多个数据)。
36.在一些情况下，根据图1或图2构造的lidar芯片可以与lidar适配器结合使用。在一些实例中，lidar适配器可以物理地光学定位在lidar芯片和一个或多个反射对象和/或视场之间，其中，第一lidar输入信号和/或lidar输出信号从lidar芯片传播到视场的光路穿过lidar适配器。另外，lidar适配器可被配置成可以操作系统回波信号和lidar输出信号，使得第一lidar输入信号和lidar输出信号在lidar适配器与lidar芯片之间的不同光路上行进，但是在lidar适配器与视场中的反射对象之间的同一光路上行进。作为补充或替选，lidar适配器可被配置成可以操作系统回波信号和lidar输出信号，使第二lidar输入信号和lidar输出信号可以在lidar适配器与lidar芯片之间的不同光路上但在lidar适配器与视场中的反射对象之间的同一光路上行进。
37.图3示出了适于与图1的lidar芯片一起使用的lidar适配器的一个示例。该lidar适配器包括位于一个基座上的多个组件。例如，lidar适配器包括一个位于基座102上的环行器100。所示的光环行器100包括三个端口，并且被配置成使进入一个端口的光从下一个端口出射。例如，所示的光环行器包括第一端口104、第二端口106和第三端口108。lidar输出信号从lidar芯片的实用波导12进入第一端口104，并作为一个组合件输出信号从第二端口106离开。
38.所述组合件输出信号包含来自从lidar芯片接收的lidar输出信号的光、由所述光组成或基本上由所述光组成。因此，该组合件输出信号可以与从lidar芯片接收的lidar输出信号相同或基本相同。然而，在组合件输出信号和从lidar芯片接收的lidar输出信号之间也可能会存在差异。例如，lidar输出信号在其通过lidar适配器时会经历光损耗和/或lidar适配器可以可选地包括放大器110，其被配置成当lidar输出信号行进通过lidar适配器时放大该lidar输出信号。
39.当样本区域中的一个或多个对象反射来自组合件输出信号的光时，反射光的至少一部分可以作为组合件回波信号传播回到环行器100。来自组合件回波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lidar输出信号和组合件回波信号，它们沿着同一光路在lidar适配器和样本区域之间传播。
40.组合件回波信号通过第三端口108离开环行器100。lidar适配器包括接收来自环行器100的组合件回波信号的偏振分束器116。
41.偏振分束器116将组合件回波信号分成第一回波信号和第二回波信号，其中，第一回波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，并且第二回波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偏振状态，并且第二偏振状态不同于第一偏振状态。例如，第一偏振状态可以是te而第二偏振状态可以是tm，或者第一偏振状态可以是tm而第二偏振状态可以是te。在一些情况下，激光源可以是线性偏振的，使得lidar输出信号具有第一偏振状态。合适的偏振分束器包括但不限于wollaston棱镜和基于mem的偏振分束器。
42.可以不使用或丢弃第二回波信号。第一回波信号被引导到偏振转动器118。偏振转动器118输出第一lidar输入信号，该第一lidar输入信号被引导到lidar芯片上的比较波导16。在一些实例中，偏振转动器118被配置成使第一lidar输入信号的偏振状态相对于第一回波信号转动m*90
°
，其中，m是奇整数。结果，当第一回波信号具有第一偏振状态te并且第二回波信号具有第二偏振状态tm时，第一lidar输入信号具有第二偏振状态tm。作为替选，
当第一回波信号具有第二偏振状态tm并且第二回波信号具有第一偏振状态te时，第一lidar输入信号具有第一偏振状态te。偏振转动器可以是互易的或是互易偏振转动器。合适的偏振转动器118包括但不限于偏振保持光纤、法拉第转动器、半波片、基于mem的偏振转动器和使用非对称y分支的集成光偏振转动器、马赫-曾德尔干涉仪和多模干涉耦合器。
43.由于存在偏振分束器116输出全部或基本上全部的组合件回波信号作为第一回波信号的情况，所以全部或部分的组合件回波信号可以用作第一lidar输入信号，并且第一lidar输入信号包括来自系统回波信号的光或由来自系统回波信号的光组成。因此，lidar输出信号和第一lidar输入信号沿着不同光路在lidar适配器与lidar芯片之间行进。
44.从图3中可以明显看出，除了环行器100之外，lidar适配器还可以包括光组件。例如，lidar适配器可包括用于引导和控制lidar输出信号和系统回波信号的光路的组件。作为一个示例，图2的适配器包括一个可选放大器110，其被定位成在lidar输出信号进入环行器100之前接收并放大lidar输出信号。放大器110可由电子装置32来操作，从而使电子装置32可以控制lidar输出信号的功率。
45.图3还示出了包括可选的第一透镜112和可选的第二透镜114的lidar适配器。第一透镜112可被配置成将lidar输出信号耦合到一个期望的位置。在一些情况下，第一透镜112被配置成在期望位置处聚焦或准直lidar输出信号。在一个示例中，第一透镜112被配置成当lidar适配器不包括放大器110时将lidar输出信号耦合到第一端口104。作为另一示例，当lidar适配器包括放大器110时，第一透镜112可被配置成将入口上的lidar输出信号耦合到放大器110。第二透镜114可以被配置成在期望位置处耦合lidar输出信号。在一些情况下，第二透镜114被配置成在期望位置处聚焦或准直lidar输出信号。例如，第二透镜114可被配置成将lidar输出信号耦合到比较波导16的刻面18上。
46.用于lidar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。这些组件可以是附着到基板上的分立组件。用于将分立元件附接到基座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，一个或多个组件是集成组件，而其余组件是分立的组件。在另一示例中，lidar适配器包括一个或多个集成放大器，并且其余组件是分立组件。
47.图4示出了图3的lidar系统，其被修改使得lidar适配器适于与图2的lidar芯片一起使用。该lidar适配器包括偏振分束器116，其从环行器100接收组合件回波信号。偏振分束器116将组合件回波信号分成第一回波信号和第二回波信号。
48.偏振分束器116可以是偏振波束分束器。偏振分束器的一个例子是被构造成使第一回波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，并且第二回波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偏振状态，并且第二偏振状态不同于第一偏振状态。例如，第一偏振状态可以是te而第二偏振状态可以是tm，或者第一偏振状态可以是tm而第二偏振状态可以是te。在一些情况下，激光源可以是线性偏振的，使得lidar输出信号具有第一偏振状态。合适的分束器包括但不限于wollaston(沃拉斯顿)棱镜和基于mem的偏振分束器。
49.第一回波信号被引导到偏振转动器118上。偏振转动器118输出第一lidar输入信号，该第一lidar输入信号被引导到lidar芯片的比较波导16上。在一些实例中，偏振转动器118被配置成使第一lidar输入信号的偏振状态相对于第一回波信号转动m*90
°
，其中，m是
奇整数。结果，当第一回波信号具有第一偏振状态te并且第二回波信号具有第二偏振状态tm时，第一lidar输入信号具有第二偏振状态tm。作为替选，当第一回波信号具有第二偏振状态tm并且第二回波信号具有第一偏振状态te时，第一lidar输入信号具有第一偏振状态te。合适的偏振转动器118包括但不限于偏振保持光纤、法拉第转动器、半波片、基于mem的偏振转动器和使用非对称y分支的集成光偏振转动器、马赫-曾德尔干涉仪和多模干涉耦合器的转动。
50.由于存在偏振分束器116输出全部或基本上全部的组合件回波信号作为第一回波信号的情况，所以全部或部分的组合件回波信号可以用作第一lidar输入信号，并且第一lidar输入信号包括来自系统回波信号的光或由来自系统回波信号的光组成。因此，lidar输出信号和第一lidar输入信号沿着不同光路在lidar适配器与lidar芯片之间行进。
51.第二回波信号被引导到lidar芯片的第二比较波导36上，并用作图2的上下文中描述的第二lidar输入信号。由于存在偏振分束器116输出全部或基本上全部的组合件回波信号作为第二回波信号的情况，所以全部或部分的组合件回波信号可以用作第二lidar输入信号，并且第二lidar输入信号包括来自系统回波信号的光或由来自系统回波信号的光组成。因此，lidar输出信号和第二lidar输入信号在lidar适配器和lidar芯片之间沿不同光路行进。
52.因此，组合件回波信号的全部或一部分可以用作第二lidar输入信号，并且第二lidar输入信号包括来自系统回波信号的光或由来自系统回波信号的光组成。因此，lidar输出信号和第二lidar输入信号在lidar适配器和lidar芯片之间沿不同光路行进。
53.偏振分束器116可以是偏振波束分束器。偏振分束器的一个例子是被构造成使第一回波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，并且第二回波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偏振状态，并且第二偏振状态不同于第一偏振状态。例如，第一偏振状态可以是te而第二偏振状态可以是tm，或者第一偏振状态可以是tm而第二偏振状态可以是te。在一些情况下，激光源可以线性偏振，使得lidar输出信号具有第一偏振状态。合适的分束器包括但不限于wollaston棱镜和基于mem的偏振分束器。
54.偏振转动器可以被配置成改变第一回波信号和/或第二回波信号的偏振状态。例如，图4中所示的偏振转动器118可以被配置成将第二回波信号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lidar输入信号具有第一偏振状态，但是不具有或基本上不具有第二偏振状态。因此，第一lidar输入信号和第二lidar输入信号各自具有相同的偏振状态(在该示例中为第一偏振状态)。尽管传送相同偏振状态的光，但是，由于使用了偏振分束器，第一lidar输入信号和第二lidar输入信号可以与不同的偏振状态相关联。例如，第一lidar输入信号传送以第一偏振状态反射的光，并且第二lidar输入信号传送以第二偏振状态反射的光。结果，第一lidar输入信号与第一偏振状态相关联，并且第二lidar输入信号与第二偏振状态相关联。
55.由于第一lidar输入信号和第二lidar输入信号传送相同偏振状态的光，因此从第一lidar输入信号得到的比较信号与从第二lidar输入信号得到的比较信号具有相同的偏振角。
56.合适的偏振转动器包括但不限于偏振保持光纤、法拉第转动器、半波片、基于mem
的偏振转动器和使用非对称y分支的集成光偏振转动器、马赫-曾德尔干涉仪和多模干涉耦合器的转动。
57.由于传出lidar信号是线性偏振的，所以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，lidar适配器上的组件可被选择为使第一参考信号、第二参考信号、比较信号和第二比较信号各自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可以各自具有第一偏振状态的光。
58.作为上述配置的结果，由第一处理单元20产生的第一复合信号和由第二处理单元40产生的第二复合信号的每个都是通过组合相同偏振状态的参考信号和比较信号而得到的，并且将相应地提供参考信号和比较信号之间的期望差拍。例如，复合信号由组合第一参考信号和第一偏振状态的第一比较信号产生并且排除或基本排除第二偏振状态的光，或者复合信号由组合第一参考信号和第二偏振状态的第一比较信号产生并且排除或基本排除第一偏振状态的光。类似地，包括相同偏振状态的第二参考信号和第二比较信号的第二复合信号将相应地提供参考信号和比较信号之间的期望差拍。例如，第二复合信号由组合第二参考信号和第一偏振状态的第二比较信号产生并且排除或基本上排除第二偏振状态的光，或者第二复合信号由组合第二参考信号和第二偏振状态的第二比较信号产生并且排除或基本上排除第一偏振状态的光。
59.图4的lidar适配器可以包括附加光组件，包括无源光组件。例如，lidar适配器可以包括可选的第三透镜126。第三透镜126可以被配置成在一个期望位置处耦合第二lidar输出信号。在一些实例中，第三透镜126将第二lidar输出信号聚焦或准直在所需位置处。例如，第三透镜126可以被配置成将第二lidar输出信号聚焦或准直在第二比较波导38的刻面36上。lidar适配器还包括一个或多个变向组件124，例如反射镜和棱镜。图4示出了包括作为方向改变组件124的反射镜的lidar适配器，该反射镜将来自环行器100的第二回波信号重定向到第二对比波导36的刻面38上和/或重定向到第三透镜126上。
60.lidar芯片包括约束一个或多个光信号的光路的一个或多个波导。尽管lidar适配器可以包括波导，但是，信号在lidar适配器上的组件之间和/或lidar芯片与lidar适配器上的组件之间传播的光路可以是自由空间。例如，当在lidar适配器上的不同组件之间和/或lidar适配器上的组件与lidar芯片之间行进时，信号可以行进通过lidar芯片、lidar适配器和/或基座102所位于的大气。结果，适配器上的组件可以是附接到基座102的分立光组件上。
61.当lidar系统包括lidar芯片和lidar适配器时，lidar芯片、电子装置和lidar适配器可被包括在lidar组合件中，其中，lidar芯片、lidar适配器和所有或部分电子装置位于公共底座128上。合适的公共底座128包括但不限于玻璃板、金属板、硅板和陶瓷板。作为一个示例，图5是在公共底座128上包括图1的lidar芯片和电子装置32以及图3的lidar适配器的lidar系统的俯视图。作为另一示例，图6是包括图2的lidar芯片和电子装置32和安装在公共底座128上的图4的lidar适配器的lidar系统的俯视图。
62.尽管图5和图6示出了位于公共底座128上的电子装置32，但是所有或部分电子装置也可以位于公共底座128之外。当光源10位于lidar芯片之外时，光源可以位于公共底座128上或公共底座128之外。用于将lidar芯片、电子装置和/或lidar适配器安装在公共底座
128上的合适方法包括但不限于环氧树脂、焊料和机械夹持。
63.图5和图6的lidar系统可以包括至少部分地位于公共底座128之外的一个或多个系统组件。合适的系统组件的示例包括但不限于光链路、光束整形组件、偏振状态转动器、光束导引组件、光分束器、光放大器和光衰减器。例如，图5和图6的lidar系统可以包括一个或多个波束整形组件130，其从适配器接收组合件输出信号并输出整形的信号。一个或多个波束整形组件130可以被配置成提供具有期望形状的整形的信号。例如，一个或多个波束整形组件130可以被配置成输出聚焦、发散或准直的整形的信号。在图5和图6中，一个或多个光束整形组件130是被配置成输出准直整形信号的透镜。
64.图5和图6的lidar系统可以包括一个或多个偏振转动器132，其接收整形的信号并输出转动信号。在一些情况下，一个或多个偏振转动器132被配置成将整形的信号的偏振状态转动n*90
°
+45
°
，其中，n是0或偶整数。合适的偏振转动器132包括但不限于非互易偏振转动器，例如法拉第转动器。
65.图5和图6的lidar系统可以可选地包括一个或多个光束导引组件134，其从一个或多个偏振转动器132接收转动信号并输出系统输出信号。例如，图5和图6示出了从偏振转动器132接收转动信号的光束导引组件134。电子装置可以操作一个或多个光束导引组件134，以便将系统输出信号导引到不同的样本区域135。样本区域可以远离lidar系统延伸到最大距离，对于该最大距离lidar系统被配置成提供可靠的lidar数据。样本区域可被缝合在一起以限定视场。例如，lidar系统的视场可以包括由样本区域的组合占据的空间或者由该空间构成。
66.合适的光束导引组件包括但不限于可移动镜、mems镜、光学相控阵列、光栅、致动光栅和移动lidar芯片的致动器、lidar适配器和/或公共底座128。
67.当系统输出信号被位于lidar系统和lidar之外的对象136反射时，至少一部分反射光作为系统回波信号返回到lidar系统。当lidar系统包括一个或多个光束导引组件134时，该一个或多个光束导引组件134可以从对象136接收系统回波信号的至少一部分。一个或多个偏振转动器132可以从对象136或从一个或多个光束导引组件134接收系统回波信号的至少一部分。一个或多个偏振转动器132可以输出转动的回波信号。一个或多个光束整形组件130从一个或多个偏振转动器132接收转动的回波信号，并输出由适配器接收的组合件回波信号。
68.当一个或多个偏振转动器132被配置成将整形的信号的偏振状态转动n*90
°
+45
°
时，其中，n是0或偶整数，当一个或多个偏振转动器132是不互逆的时，一个或多个偏振转动器132还转动系统回波信号的偏振状态，使得转动的回波信号的偏振状态相对于系统回波信号的偏振状态转动n*90
°‑
45
°
。结果，转动的回波信号的偏振状态相对于整形的信号的偏振状态变化n*180
°
+90
°
(n为0或偶整数)的量。因此，组合件回波信号的偏振状态相对于组合件输出信号的偏振状态增加了n*180
°
+90
°
(其中，n是0或偶整数)。例如，当组合件输出信号具有第一偏振状态te时，组合件回波信号具有第二偏振状态tm。或者，当组合件输出信号具有第二偏振状态tm时，组合件回波信号具有第一偏振状态te。
69.图5和图6的lidar系统包括一个可选的光链路138，其将光信号从适配器、从lidar芯片和/或从公共底座上的一个或多个组件传送到一个或多个系统组件。例如，图5和图6的lidar系统包括被配置成承载lidar系统的光纤将输出信号组合到光束整形组件130上。光
链路138的使用使系统输出信号源远离lidar芯片。虽然所示的光链路138是光纤，但是也可以使用其他光链路138。合适的光链路138包括但不限于自由空间光链路和波导。当lidar系统不包括光学链路时，一个或多个光束整形组件130可以直接从适配器接收组合件输出信号。
70.图7a到图7b示出了适于用作上述lidar系统中的处理单元20和/或处理单元40的处理单元138的一个示例。处理单元138从比较波导150接收比较信号贡献，并从参考波导152接收参考信号贡献。图7a中的比较波导150可以表示图1的比较波导16，而图7a中的参考波导152是图1的参考波导24。作为替选，图7a中的比较波导150可以表示图2的比较波导16，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可以接收作为比较信号贡献的第一比较信号和作为参考信号贡献的第一参考信号。或者，图7a中的比较波导150可表示图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可接收作为比较信号贡献的第二比较信号，并且接收作为参考信号贡献的第二参考信号。
71.比较波导150将比较信号贡献传送到光组合组件154。参考波导152将参考信号贡献传送到光组合组件154。光组合组件154将比较信号贡献和参考信号贡献组合成一个复合信号。由于比较信号贡献与参考信号贡献之间的频率差异，复合信号在比较信号贡献与参考信号贡献之间跳动。
72.光组合组件154还将所得复合信号分到第一检测器波导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传送到将复合信号的第一部分转换成第一电信号的第一光传感器160上。第二检测器波导158将复合信号的第二部分传送到将复合信号的第二部分转换成第二电信号的第二光传感器162上。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)。
73.在一些实例中，光组合组件154分复合信号，使得复合信号的第一部分中所包括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。作为替选，光组合组件154将复合信号分割开，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)。
74.图7b提供了处理单元138中的电子装置和光传感器之间的关系的示意图。用于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也可以具有其他构造。在一些情况下，图7b的示意图中所说明的所有组件都包括在lidar芯片上。在一些情况下，图7b的示意图中所说明的组件分布于lidar芯片与位于lidar芯片外的电子装置之间。
75.电子装置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，电子装置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所示。第一光传感器160和第二光传感器162之间的串联连接传送来自平衡检测器的输出作为数据信号。数据信号可以在传感器输出线166上传送，并且可以用作复合信号的电表示。
76.电子装置62包括被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成数字形式，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。
77.变换机构168包括被配置成接收数字数据信号的数学运算组件172。数学运算组件172被配置成对所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，数学运算组件172对数字信号执行傅里叶变换，以便从时域转换到频域。数学变换可以是实数变换，例如实数快速傅立叶变换(fft)。实数快速傅立叶变换(fft)可以提供指示作为频率的函数的振幅的输出。结果，快速傅立叶变换的输出中的峰值可以出现在和/或指示差拍信号的差拍频率的正确解。数学运算组件172可使用固件、硬件或软件或其组合来执行所归属的功能。
78.电子装置包括接收来自变换组件168的输出的lidar数据产生器174。lidar数据产生器174可以对变换组件168的输出执行峰值寻找，以识别变换组件168的输出的频率中的峰值。lidar数据产生器174将所识别的峰值处的频率视为差拍信号的拍频，其中，每个差拍信号都是由所有或部分比较信号相对于所有或部分参考信号的差拍而产生的。lidar数据产生器174可使用所识别的拍频结合lidar输出信号和/或系统输出信号的频率模式来产生lidar数据。
79.如图7b所示，传送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包括但不限于跨阻抗放大器(tia)。
80.图7c具有示出用于lidar输出信号以及相应的系统输出信号的合适频率模式的一个示例的实线。因此，实线还代表了参考信号的频率模式。图7c示出了在标记为cyclej和cycle
j+i
的两个周期的序列上的频率对时间的模式。在一些情况下，如图7c所示，在每个周期中重复频率对时间的模式。所示出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示出了将系统输出信号对视场中的多个不同样本区域连续扫描的结果。
81.每个周期包括k个数据时段，每个数据时段都与周期索引k相关联并且被标记为dpk。在图7c的示例中，每个周期包括两个数据时段(k＝1和2)。在一些实例中，如图7c所示，对于在不同周期中彼此对应的数据时段，频率与时间的关系模式是相同的。对应的数据时段是具有相同周期索引的数据时段。结果，每个数据时段dp1可以被认为是用于相同信道索引(i)的相应数据时段，并且在图7c中，相关联的频率对时间模式是相同的。在周期结束时，电子装置将频率返回到它开始前一周期的相同频率水平。
82.在每个数据时段期间，系统输出信号的频率可以以恒定速率变化。速率可以是零，但是每个周期中的至少一部分数据时段具有以非零速率变化的系统输出信号。频率改变的方向和/或速率随着来自同一周期的数据时段的改变而改变。例如，在数据时段dp1和数据时段dp2期间，电子装置操作光源，使得系统输出信号的频率以线性速率α改变。数据时段dp1期间的频率改变的方向与数据时段dp2期间的频率改变的方向相反。
83.来自同一周期中的两个或两个以上不同数据时段的拍频(f
ldp
)可以组合以产生lidar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lidar数据。作为一个示例，以下等式应用在一个数据时段期间，其中，电子装置在该数据时段期间增加了传出lidar信号的频率，诸如在图7c的数据时段dp1中发生的：f
ub
＝-fd+ατ，其中，f
ub
是根据数学运算组件172的输出确定的拍频，fd表示多普勒频移(fd＝2vfc/c)，其中，fc表示光频率(f0)，c表示光速，v是反射对象与lidar系统之间的径向速度，其中，假定从反射对象朝向lidar系统的方向为正方向，且c是光速。在电子装置降低诸如在图7c的数据时段dp2中出现的传出lidar信号的频率的数据时段期间，应用以下等式：f
db
＝-f
d-ατ，其中，f
db
是根据数学运算组件172的输出确定的拍频。在这两个等式中，fd和τ是未知数。电子装置求解这两个方程以得到两个未知数。样品区域的径向速度根据多普勒频移(v＝c*fd/(2fc))来确定，和/或根据c*fd/2来确定该样本区域的分开距离。由于能够针对通过变换输出的每个对应频率对产生lidar数据，因此能够针对样本区域中的每个对象产生单独的lidar数据。因此，电子装置可从视场中的单个样本区域的单个样本确定多于一个径向速度和/或多于一个径向分开距离。
84.图8a示出了来自数学运算组件172的输出的一个示例，其可以在lidar系统排除偏振转动器118、偏振分束器116和一个或多个偏振转动器132时发生。具体讲，图8a示出了可以由数学运算组件172输出的振幅与频率的函数，该数学运算组件对lidar系统中的数字数据信号执行傅里叶变换，该lidar系统排除了偏振转动器118和一个或多个偏振转动器132。所示出的振幅对频率函数包括被标记为系统峰值和目标峰值的峰值。每个目标峰值都出现在与位于lidar系统外部的对象对系统输出信号的反射相关联的拍频处。在所示的示例中，样本区域包括了两个不同的对象，每个对象反映了系统输出信号。结果，每个目标峰值都来自一个不同的对象。
85.系统峰值由于来自传出lidar信号的错误定向光被包括在复合信号中而没有经过lidar路径而出现，该lidar路径被设计成使信号经过lidar系统。来自不沿lidar路径行进的传出lidar信号的光可被认为是错误定向信号。在一些情况下，错误定向信号不离开lidar组合件或lidar系统。因此，来自错误定向信号的光通常不包括在系统输出信号中。结果，来自被错误定向的光通常不会被位于样本区域中的对象反射。
86.错误定向信号的示例性源(错误定向源)包括但不限于反射、lidar系统中的光组件之间的串扰以及lidar系统的组件所散射的光。图8b是图5的lidar系统，其经标记以示出可能各自充当错误指向源的不期望光反射的示例。例如，图8b包括标有spb的虚线。虚线可以表示在一个或多个光束整形组件130处的组合件输出信号的反射。反射的信号可以穿过lidar系统返回，就好像它是来自正确反射的系统回波信号的光一样。结果，反射的信号可以被传送到处理单元20并且可以被包括在比较信号中。然后，反射的信号可以是图8a中标记为spb的系统峰值的来源。
87.图8b还包括标为spa的箭头，其说明了另一错误定向信号的路径的一部分。标记为spa的箭头可以表示lidar输出信号与组合件回波信号之间的串扰。环行器100可以是这种串扰的来源。所得到的串扰信号可以用作错误定向的信号，其通过lidar系统传播，就好像它是来自正确反射的系统回波信号的光一样。结果，反射的信号可以被传送到处理单元20并且可被包括在比较信号中。然后，错误定向信号可以是图8a中标记为spa的系统峰值的来源。
88.从图8a中可以明显看出，系统峰值代表变换机构168的输出中的噪声。另外，图8a中标记为tpa的目标峰值是由比图8b中标记为tpb的目标峰值更靠近lidar系统的对象产生的。结果，系统峰值可以降低用于接近lidar系统的对象的变换机构168的输出中的信噪比
(snr)。
89.一个或多个偏振转动器132和偏振分束器116被定位成增加变换机构168的输出中的信噪比(snr)。从上述讨论中可以明显看出，lidar系统被设计成使来自光源信号的一部分光用作lidar信号，该lidar信号在从光源到位于lidar系统外部的反射对象、从反射对象到偏振分束器116、以及从偏振分束器116到处理单元20的lidar路径上行进。lidar路径可以包括实用波导12、比较波导、以及诸如lidar输出信号、组合件输出信号、系统输出信号、系统回波信号、组合件回波信号和lidar输入信号的信号所行进的路径。
90.另外，来自光源信号光的光的一个或多个错误定向部分可以各自用作错误定向信号。错误定向的光信号可各自在不同的错误定向路径上传播，该错误定向路径从光源延伸到错误定向源之一，然后延伸到偏振分束器116。如从图8b中的标记spa和spb处明显看到的，错误方向源每个都是lidar路径的特征，其中，沿着lidar路径行进的错误方向信号之一从沿着lidar路径的全长行进转向。在一些情况下，lidar系统被构造成使至少一个错误定向信号被表面反射通过其中lidar信号如图8b中箭头标记的spb所示地被发射，和/或至少一个错误定向信号如图8b中箭头标记的aps所示地传送lidar系统中不同组件之间的串扰。
91.在图1到图6的上下文中描述的光学信号可以具有来自lidar信号的不同部分和所述一个或多个错误定向信号的贡献。例如，传出lidar信号可以传送来自lidar信号的贡献，并且还可以传送来自错误定向信号中的一个或多个的贡献。类似，组合件回波信号可以具有来自lidar信号的贡献以及来自一个或多个错误定向信号的贡献。
92.一个或多个偏振转动器132沿着比较信号路径定位在一个或多个错误定向光源之后。结果，lidar信号在遇到一个或多个偏振转动器132之前会遇到一个或多个错误定向源。相反，被错误定向的信号不会由于被错误定向源之一错误定向而遇到一个或多个偏振转动器132。
93.尽管上述lidar系统示出了lidar信号被一个或多个偏振转动器132接收了多次，但是lidar系统也可以被配置成使光的比较部分被一个或多个偏振转动器132接收一次。例如，一个或多个光束导引组件134可被配置成使系统回波信号被引导到一个或多个光束整形组件130而不被一个或多个偏振转动器132接收。结果，一个或多个偏振转动器132可被配置成一次或多次改变lidar信号的偏振状态。
94.从一个或多个偏振转动器132中的最后一个传播以接收lidar信号的部分可以用作一个转动的lidar信号。因此，偏振分束器116接收转动的lidar信号。从错误定向的源传播到偏振分束器116的错误定向的信号部分可以用作噪声信号。因此，偏振分束器116接收噪声信号。
95.选择一个或多个偏振转动器132，使得转动的lidar信号可以具有与噪声信号不同的偏振状态。偏振分束器116使用了偏振状态的差异来将转动的样本和噪声信号分开。如图8b所示，转动的lidar信号被传递到处理单元20，而噪声信号可以不被使用或被丢弃。
96.在上述lidar系统中，偏振转动器118从偏振分束器116接收转动的lidar信号。可以选择偏振转动器118，使得被组合以形成复合信号的比较信号的部分和参考信号的部分具有相同的偏振状态。例如，可以选择偏振转动器118以进一步转动经转动的lidar信号，使得比较信号和参考信号在被处理单元20接收时具有相同的偏振状态。
97.图8b中示出了可能的偏振状态的一个示例。在图8b中，示出在单个方向上行进的
信号的每个箭头用主要由该信号传送的偏振状态来标记。在图8b中，示出在多个方向上行进的信号的箭头伴随有示出主要由在所示方向上行进的信号传送的偏振状态的箭头。在一些情况下，主要由信号传送的偏振状态是由信号传送的唯一偏振状态。
98.来自激光器的光通常是线性偏振的。结果，传出lidar信号也通常是线性偏振的。结果，在图8b的示例中，光源10输出具有第一偏振状态te的光源信号，尽管该光源也可以输出具有偏振状态tm的光源信号。lidar信号两次通过偏振转动器132，并且这些转动的总和将lidar信号的偏振状态从te改变为tm。
99.由于lidar信号的偏振状态的这种转动出现在错误定向的源(spa和spb)之后，因此偏振分束器116接收与噪声信号(te中的错误定向的信号)不同的偏振状态(tm)的lidar信号。结果，偏振分束器116用作从用于产生lidar数据的lidar信号中滤除噪声信号(错误定向信号)的滤光器。另外，偏振转动器118改变lidar信号的偏振状态，以匹配参考信号(te)的偏振状态。
100.图8c示出了当lidar系统包括偏振转动器118、偏振分束器116和一个或多个偏振转动器132时来自数学运算组件172的输出。结果，图8c示出了当从lidar信号中滤除所有或部分错误定向信号时来自数学运算组件172的输出。从图8a中可以明显看出，系统峰值可以具有比目标峰值更高的振幅。结果，由于振幅与信号功率成比例地相关，所以错误定向的信号可以各自具有比lidar信号更高的功率。这可能是在lidar信号离开lidar系统时错误定向的信号停留在lidar系统内的结果，并且作为对象的漫反射的结果而被返回到lidar系统。图8c示出了从lidar信号对错误定向信号的滤波可将错误定向信号的振幅减小到低于lidar信号的振幅。结果，滤波可以将错误定向信号的功率降低到低于lidar信号的功率。图8c仍然示出了来自系统峰值的一些振幅，因为诸如反射的错误定向源也可以改变错误定向信号的一部分的偏振状态。偏振状态的这种改变可以使一部分错误定向的信号到达处理单元。
101.图6中的lidar系统包括第二处理单元40。第二处理单元40接收在图8b的上下文中描述为未使用或丢弃的错误定向信号的噪声信号部分。然而，第二处理单元40也可以接收lidar信号的一部分。例如，对象对系统输出信号的反射可以改变系统回波信号的所有部分的偏振角。因此，lidar信号可以传送不同偏振状态的光远离反射对象。例如，lidar信号的第一部分和lidar信号的第二部分可以包括不同偏振状态的光。结果，偏振分束器116可以将lidar信号分成lidar信号的第一部分和lidar信号的第二部分。lidar信号的第一部分被引导到第一处理单元20，lidar信号的第二部分被引导到第二处理单元40。结果，第二处理单元40可以接收lidar信号的一部分，并且还可以接收噪声信号。相反，处理单元20接收lidar信号的一部分，但不接收噪声信号，或者接收低于第二处理单元40所接收的电平的噪声信号的电平。在一些情况下，第二处理单元40所接收的噪声信号的功率是处理单元20所接收的噪声信号的功率的5、10或100倍以上。
102.第一处理单元20所接收的lidar信号的一部分可作为第一比较信号，第二处理单元40所接收的lidar信号的一部分可作为第二比较信号。电子装置62可以使用来自第二处理单元40的输出来产生lidar数据。因此，电子装置可以从第一处理单元20的输出中产生一个第一lidar数据结果，并且从第二处理单元40的输出中产生一个第二lidar数据结果。结果，图6的lidar系统配置可以导致从来自样本区域的多个不同的复合信号(即，第一复合信
号和第二复合信号)产生视场中的单个样本区域的lidar数据。
103.在一些情况下，确定样本区域的lidar数据包括电子装置组合来自不同复合信号(即，复合信号和第二复合信号)的lidar数据结果。组合lidar数据可以包括获取从不同复合信号中产生的lidar数据的平均值、中值或众数。例如，电子装置可以利用从第二复合信号确定的距离对lidar系统与从复合信号确定的反射对象之间的距离进行平均，和/或电子装置可以利用从第二复合信号确定的径向速度对lidar系统与从复合信号确定的反射对象之间的径向速度进行平均。
104.在一些情况下，确定样本区域的lidar数据包括电子装置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lidar数据(代表性lidar数据)的源。电子装置接着可使用来自所识别的复合信号的lidar数据作为待用于额外处理的代表性lidar数据。例如，电子装置可以将具有较大振幅的信号(复合信号或第二复合信号)识别为具有代表性的lidar数据，并且可以使用来自所识别的信号的lidar数据以供lidar系统的进一步处理。在一些实例中，电子装置将识别具有代表性lidar数据的复合信号与组合来自不同lidar信号的lidar数据进行组合。例如，电子装置可以将具有高于一个振幅阈值的振幅的复合信号中的每一个识别为具有代表性lidar数据，并且当将两个以上复合信号识别为具有代表性lidar数据时，电子装置可以组合来自所识别的复合信号中的每一个的lidar数据。当一个复合信号被识别为具有代表性lidar数据时，电子装置可以使用来自所述复合信号的lidar数据作为代表性lidar数据。当没有复合信号被识别为具有代表性lidar数据时，电子装置可以丢弃与那些复合信号相关联的样本区域的lidar数据。
105.用于lidar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9是由绝缘体上硅晶片构造的芯片的一部分的截面。绝缘体上硅(soi)晶片包括在基板312和光传输介质314之间的埋层310。在绝缘体上硅晶片中，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lidar芯片的基板。例如，图1和图2的lidar芯片上所示的光组件可以定位在基板312的顶部和/或横向侧上或上方。
106.图9是包括波导构造的lidar芯片的一部分的截面，该波导构造适用于由绝缘体上硅晶片构造的lidar芯片。光传输介质的脊316远离光传输介质的板形区域318延伸。光信号被约束在脊316的顶部和掩埋氧化物层310之间。
107.脊波导的尺寸在图9中标出了。例如，脊具有标记为w的宽度和标记为h的高度。平板区厚度标记为t。对于lidar应用来说，这些尺寸可能比其它尺寸更重要，因为需要使用比其它应用中所使用的更高的光功率水平。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，平板区厚度大于0.5μm且小于3μm。这些尺寸可以应用于波导的直的或基本直的部分、波导的弯曲部分和波导的锥形部分。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直的部分。作为补充或替选，波导的弯曲部分可以具有减小的平板厚度以便减小在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延伸的脊，该脊具有大于或等于0.0μm且小于0.5μm的厚度。虽然上述尺寸通常会设置在具有单模结构的波导的直的或基本直的部分，但是也可以将它们用在多模的锥形部分和/或弯曲部分。可以使用基本上不激励较高阶模式的锥形来实现多模式几何结构与单模式几何结构之间的耦合。因此，波导可以被构造成使得即使
当在具有多模尺寸的波导段中进行传送时，在波导中传送的信号也可以以单模传送。在图9的上下文中公开的波导构造适合于根据图1至图2构造的lidar芯片上的波导的全部或一部分。
108.与lidar芯片上的波导接口的光传感器可以是与芯片分离并且然后附接到芯片上的组件。例如，光传感器可以是光电二极管或雪崩光电二极管。合适的光传感器组件的示例包括(但不限于)位于日本hamamatsu市的hamamatsu制造的ingaas pin光电二极管，或位于日本hamamatsu市的hamamatsu制造的ingaas apd(雪崩光电二极管)。这些光传感器可以位于lidar芯片的中央。作为替选，端接在光传感器上的波导的全部或一部分也可以端接在位于芯片的边缘处的刻面上，并且光传感器可以在刻面之上附接到芯片的边缘，使得光传感器可以接收穿过刻面的光。作为与芯片分离的组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。
109.作为单独组件的光传感器的一种替选，光传感器的全部或一部分可以与芯片集成在一起。例如，在2007年的optics express第15卷第21册13965-13971页中可以找到与由绝缘体上硅晶片构造的芯片上的脊形波导接口的光传感器的示例，并且在2012年1月10日授权的美国专利第8,093,080号、2012年8月14日授权的美国专利第8,242,432号；以及2000年8月22日授权的美国专利第6,108,472号中可以找到与由绝缘体上硅晶片构造的芯片上的脊形波导接口的光传感器的示例，其每一个都在此全部引入。与芯片集成的光传感器的使用适于从由第一光传感器和第二光传感器组成的组中选出的光传感器的全部或一部分。
110.与实用波导12接口的光源10可以是与lidar芯片分离的激光芯片，然后将其附着到lidar芯片上。例如，光源10可以是使用倒装芯片布置附接到芯片上的激光器芯片。当光源10与由绝缘体上硅晶片构造的芯片上的脊形波导接口时，使用倒装芯片布置是合适的。作为替选，实用波导12也可以包括光栅(未示出)，例如布拉格光栅，其用作外腔激光器的反射器。在这些情况下，光源10可以包括一个增益元件，该增益元件是与lidar芯片分离的，然后以倒装芯片布置方式附接到lidar芯片上。倒装芯片增益元件和由绝缘体上硅晶片构造的芯片上的脊形波导之间的合适接口的示例可以在2017年7月11日授权的美国专利第9,705,278号和1999年11月23日授权的美国专利第5,991,484号中找到，其每一个都在此全部引入。当光源10是增益元件或激光器芯片时，电子装置可以通过改变施加到增益元件或激光腔的电流水平来改变传出lidar信号的频率。
111.合适的电子装置可以包括但不限于控制器，其包括或由模拟电路、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、微型计算机或适于执行上述操作、监测和控制功能的组合组成。在一些情况下，控制器可以访问存储器，该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。尽管电子装置被图示为在单个位置处的单个组件，但是电子装置也可以包括彼此独立和/或放置在不同位置处的多个不同组件。另外，如上所述，所公开的电子装置的全部或一部分也可以被包括在包括与芯片集成的电子装置的芯片上。
112.虽然光源10被图示为位于lidar芯片上，但是光源也可以位于lidar芯片之外。例如，lidar芯片可以从光纤接收传出lidar信号。
113.鉴于这些教导，本领域的普通技术人员应当可以容易地想到本发明的其他实施例、组合和修改。因此，本发明仅由所附权利要求来限定，当结合上述说明书和附图考虑时，
所附权利要求包括了所有这样的实施例和修改。

技术特征：
1.一种lidar系统，包括：光源，所述光源被配置成输出光；所述光的一部分被包括在lidar信号中，所述lidar信号沿lidar路径从所述光源行进到对象、从所述对象行进到滤光器、从所述滤光器行进到处理单元，所述对象位于所述lidar系统外部，所述处理单元被配置成将光信号转换成电信号，所述光信号包括所述lidar信号；所述光的一部分包括在一个或多个错误定向信号中，所述错误定向信号中的每一个沿不同错误定向路径从所述光源行进到所述滤光器，所述错误定向路径中的每一个都与所述lidar路径不同；所述滤光器被配置成从所述错误定向信号中过滤所述lidar信号；以及，从所述电信号产生lidar数据的电子装置。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述滤光器被配置成将光信号分成不同的输出信号，使得所述不同的输出信号具有不同的偏振状态。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述lidar信号主要传送第一偏振状态的光，并且所述一个或多个错误定向信号各自传送主要处于第二偏振状态的光，所述滤光器接收所述lidar信号和所述一个或多个错误定向信号，并且，所述滤光器被配置成将所述lidar信号和所述一个或多个错误定向信号分成不同输出信号，使得所述输出信号中的一个传送所述第一偏振状态的光，而所述输出信号中的第二个传送所述第二偏振状态的光。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述滤光器是沃拉斯顿棱镜。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述lidar系统包括lidar芯片，并且所述lidar芯片包括一个或多个波导，所述一个或多个波导限定所述光学路径的一部分及所述一个或多个错误定向路径的至少一部分。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述错误定向路径不延伸到所述lidar系统外部。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述lidar系统包括一个表面，所述错误定向信号中的至少一个在所述表面处反射，但所述lidar信号穿过所述表面发射。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述错误定向信号中的至少一个的错误定向路径包括所述lidar系统中的不同组件之间的串扰。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述lidar路径包括偏振转动器，所述偏振转动器被配置成在由所述滤光器接收所述lidar信号之前改变所述lidar信号的偏振状态。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述偏振转动器位于一个或多个错误定向源之后的所述lidar路径上，每个错误定向源是所述lidar路径的特征，其中，在所述lidar路径上行进的所述错误定向信号中的一个错误定向信号是从在所述lidar路径的全长行进上被转向的。11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述错误定向路径中的每一个从所述光源延伸到所述错误定向源中的一个，并且从所述错误定向源延伸到所述滤光器。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述错误定向源的至少一部分是选自由发生反射的表面和其间发生串扰的组件组成的群组的。13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述偏振转动器被配置成接收所述lidar信号，
并且输出具有相对于当所述lidar信号被所述偏振转动器接收时所述lidar信号的偏振状态改变45
°
的偏振状态的lidar信号。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述偏振转动器是非互易偏振转动器，被配置成使所述偏振转动器接收所述lidar信号两次。15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述偏振转动器在所述lidar信号被所述对象反射之前以及在所述lidar信号被所述对象反射之后接收所述lidar信号。16.根据权利要求9所述的系统，其中，第二偏振转动器被配置成在所述lidar信号被所述滤光器接收之后改变所述lidar信号的偏振状态。17.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理单元除了接收所述lidar信号之外还接收参考信号。18.根据权利要求16所述的系统，其中，在所述处理单元处接收到所述参考信号时的参考信号的偏振状态是与在所述处理单元处接收到所述lidar信号时的lidar信号的偏振状态相匹配的。19.根据权利要求18所述的系统，其中，第二偏振转动器被配置成在所述lidar信号被所述滤光器接收之后改变所述lidar信号的偏振状态。20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元除了接收所述lidar信号之外还接收参考信号，所述参考信号包括来自所述光源的光。

技术总结
LIDAR系统包括一个配置成输出光的光源。该光的一部分包括在LIDAR信号中，该LIDAR信号沿LIDAR路径从光源行进到位于LIDAR系统外部的对象，并且从对象行进到滤光器，且从滤光器行进到处理单元。处理单元被配置成将包括LIDAR信号的光信号转换成电信号。光的一部分也包括在一个或多个错误定向信号中。每个错误定向信号沿不同的错误定向路径从光源传播到滤光器。每个错误定向路径是与LIDAR路径不同的路径。该系统还包括滤光器，该滤光器被配置成从错误定向信号中滤除LIDAR信号。该系统还包括从电信号产生LIDAR数据的电子装置。包括从电信号产生LIDAR数据的电子装置。包括从电信号产生LIDAR数据的电子装置。


技术研发人员：P
受保护的技术使用者：硅光芯片技术公司
技术研发日：2021.10.05
技术公布日：2023/8/9