阅读说明：本技术 光学相控阵及其相位误差改善方法、激光雷达、智能设备 (Optical phased array, phase error improvement method thereof, laser radar and intelligent equipment ) 是由 汪敬 于 2019-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种光学相控阵及其相位误差改善方法、激光雷达、智能设备,其中,光学相控阵包括：光信号输出单元用于输出M路调制后的光信号；波导单元包括M路波导管道,每路波导管道包括至少一个连接波导,所述连接波导包括依次连接的输入模式转换器、宽波导和输出模式转换器,输入模式转换器用于将窄波导转换为宽波导,输出模式转换器用于将宽波导转换为窄波导,其中一个连接波导的输入模式转换器的输入端连接光信号输出单元,其中一个连接波导的输出模式转换器的输出端连接天线发射单元；天线发射单元用于发射波导单元传输的M路光信号。由此可见,利用本发明方案,能够降低工艺误差对波导宽度的改变引起的相位误差。(The embodiment of the invention discloses optical phased arrays and a phase error improvement method thereof, a laser radar and intelligent equipment, wherein each optical phased array comprises an optical signal output unit and a waveguide unit, the optical signal output unit is used for outputting M paths of modulated optical signals, each waveguide unit comprises M paths of waveguide pipelines, each waveguide pipeline comprises at least connecting waveguides, each connecting waveguide comprises an input mode converter, a wide waveguide and an output mode converter which are sequentially connected, the input mode converter is used for converting a narrow waveguide into a wide waveguide, the output mode converter is used for converting the wide waveguide into a narrow waveguide, the input ends of connecting waveguide input mode converters are connected with the optical signal output unit, the output ends of connecting waveguide output mode converters are connected with an antenna transmitting unit, and the antenna transmitting unit is used for transmitting M paths of optical signals transmitted by the waveguide unit.)

光学相控阵及其相位误差改善方法、激光雷达、智能设备

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种光学相控阵及其相位误差改善方法、激光雷达、智能设备。

背景技术

光学相控阵是全固态激光雷达系统的重要组成部分，具有完全固态化，高可靠性，体积小，方便控制等优点。光学相控阵可以通过集成光电子技术来实现，现有的光学天线单元包括绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)材料，氮化硅材料，三五族材料材料等。而基于SOI材料的硅基光学相控阵由于其可以利用成熟的微电子互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺平台，近年来受到业界的高度关注。

一般来说，光学相控阵由分光器、可调谐移相器、连接波导，天线发射单元构成。输入光通过分光器可以分成等比例，或者不等比例的光，这些光通过可调谐移相器之后，其相位会被改变。当经过一系列连接波导后，最终在天线发射单元中发射到自由空间中。

本发明的发明人在实现本发明的过程中，发现：由于目前天线发射单元大都是按照一定间距平行排列，所占面积往往无法改变。而移相器通常尺寸较大，特别是在大规模光学相控阵中，将这些大尺寸的可调谐移相器的输出端口与固定面积的天线发射单元逐个连接，将会使用大量的直波导和弯曲波导。从功能角度来说，这些波导并不是必须的，但是实际中整个光学相控阵中大量的面积被这些连接波导所占据。以64路的硅基光学相控阵为例，最长一路的连接波导甚至高达几个毫米，这些波导不仅仅带来了额外的传播损耗，更重要的是，工艺误差造成的波导宽度的不确定性会引起非常严重的相位误差。这些相位误差将会逐渐累积，会给理论上等差分布的相位分布施加一个随机扰动，导致光学相控阵远场光斑质量显著劣化。因此如何降低由于工艺误差造成的波导宽度的不确定性对相位变化的影响，是目前业界急需解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光学相控阵及其相位误差改善方法、激光雷达、智能设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种光学相控阵，包括：光信号输出单元、波导单元和天线发射单元；所述光信号输出单元，用于输出M路调制后的光信号，其中M为正整数；所述波导单元，包括M路波导管道，所述波导单元：包括M路波导管道，每路所述波导管道包括至少一个连接波导，所述连接波导包括依次连接的输入模式转换器、宽波导和输出模式转换器，所述输入模式转换器用于将窄波导转换为宽波导，所述输出模式转换器用于将宽波导转换为窄波导，其中一个所述连接波导的所述输入模式转换器的输入端连接所述光信号输出单元，其中一个所述连接波导的所述输出模式转换器的输出端连接所述天线发射单元；天线发射单元：与所述波导单元连接，用于发射所述波导单元传输的M路光信号。

可选的，每路所述波导管道进一步包括：至少一个弯曲波导，所述弯曲波导用于连接其中一个所述连接波导的输出模式转换器和相邻的所述连接波导的所述输入模式转换器，将所述波导管道进行弯曲。

可选的，每路所述波导管道进一步包括：初始模式转换器，位于所述波导管道的初始端，所述初始模式转换器的输入端和所述光信号输出单元连接，输出端和其中一个所述连接波导的所述输入模式转换器连接。

可选的，每路所述波导管道进一步包括：末端模式转换器，位于所述波导管道的末端，所述末端模式转换器的输入端和其中一个所述连接波导的所述输出模式转换器连接，输出端和所述天线发射单元连接。

可选的，至少一个所述连接波导的所述输入模式转换器之间结构相同；至少一个所述连接波导的所述输出模式转换器的结构相同；所述至少一个弯曲波导之间的结构相同。

可选的，所述M路波导管道中，相邻波导管道中处于相互正对位置的宽波导之间相互平行，波导间距相同。

可选的，所述M路波导管道中，相邻波导管道中处于相互正对位置的宽波导的长度差相同。

根据本发明的另一个方面，提供了一种激光雷达，包括前述的光学相控阵、光接收单元以及测距单元。

根据本发明的另一个方面，提供了一种智能设备，包括前述的激光雷达。

根据本发明的另一个方面，提供了一种相位误差改善方法，应用于前述的光学相控阵，方法包括：输出M路调制后的光信号，其中M为正整数；将用于输出M路调制后的光信号的第一窄波导模式转换为宽波导；应用至少一个所述宽波导传输所述光信号；将所述宽波导模式转换为用于发射所述光信号的第二窄波导；发射所述光信号。

可选的，所述方法还包括：将所述宽波导模式转换为弯曲波导；应用所述弯曲波导对波导管道进行弯曲；将所述弯曲波导模式转换为所述宽波导。

在本发明的实施例中，光学相控阵包括：光信号输出单元、波导单元和天线发射单元；所述光信号输出单元用于输出M路调制后的光信号，其中M为正整数；所述波导单元：包括M路波导管道，每路所述波导管道包括至少一个连接波导，所述连接波导包括依次连接的输入模式转换器、宽波导和输出模式转换器，所述输入模式转换器用于将窄波导转换为宽波导，所述输出模式转换器用于将宽波导转换为窄波导，其中一个所述连接波导的所述输入模式转换器的输入端连接所述光信号输出单元，其中一个所述连接波导的所述输出模式转换器的输出端连接所述天线发射单元；天线发射单元与所述波导单元连接，用于发射所述波导单元传输的M路光信号。因此，通过宽波导传输多个光信号，而工艺误差导致的波导宽度变化对宽波导的宽度改变量相比于传统技术中的窄波导较小，如此能够降低工艺误差对波导宽度的改变引起的相位误差。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出了根据本发明实施例一种光学相控阵的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例另一种光学相控阵的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例又一种光学相控阵的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例一种相位误差改善方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明实施例一种光学相控阵的结构示意图。如图1所示，该光学相控阵包括：光信号输出单元1、波导单元2和天线发射单元3。所述光信号输出单元1用于输出M路调制后的光信号，其中M为正整数。所述波导单元2包括M路波导管道200，每路所述波导管道200包括至少一个连接波导20，所述连接波导20包括依次连接的输入模式转换器21、宽波导22和输出模式转换器23，所述输入模式转换器21用于将窄波导转换为宽波导，所述输出模式转换器23用于将宽波导转换为窄波导，其中一个所述连接波导20的所述输入模式转换器21的输入端连接所述光信号输出单元1，其中一个所述连接波导20的所述输出模式转换器23的输出端连接所述天线发射单元3。天线发射单元3与所述波导单元2连接，用于发射所述波导单元2传输的M路光信号。

需要说明的是：光信号输出单元1包括分光器10、移相器11。在本发明实施例中，可以是先分光器10对输入光进行分光，然后移相器11对分光器10分出的光进行移相，得到多个不同相位的光信号并输出。也可以是分光器10和移相器11交替设置，即对输入光的分光和移相交替进行，最终输出多个不同相位的光信号。经过分光器10和移相器11分别对输入光进行分光和移相后输出M个不同相位的光信号。波导单元2接收经分光器10和移相器11分光和移相后输出的M个载有不同相位信息的光信号，波导单元2的M个输出端与所述天线发射单元3的M个输入端进行连接。

在本发明实施例中，如图2所示，每路所述波导管道200进一步包括：至少一个弯曲波导24。所述弯曲波导24用于连接其中一个所述连接波导20的输出模式转换器23和相邻的所述连接波导20的所述输入模式转换器21，将所述波导管道200进行弯曲。具体地，弯曲波导24的输入端与上一个连接波导20的输出模式转换器23的输出端连接，弯曲波导24的输出端与下一个连接波导20的输入模式转换器21的输入端连接。在本发明实施例中，优选的，弯曲波导24弯曲90度。当然在本发明的其他实施例中，弯曲波导24也可以弯曲0-180之间其他任意角度。

假设波导单元2中的每个波导管道200中包括N个连接波导20，N为整数。在本发明实施例中，N优选为3。在本发明的其他实施例中，N也可以为其他整数，在此不作限制。继续参见如图2，波导单元2中的每个波导管道200中包括N个连接波导20；N-1个弯曲波导24，如第一弯曲波导，……，第N-1弯曲波导。每个连接波导20包括一输入模式转换器21、一宽波导22以及一输出模式转换器23。任意相邻的连接波导20之间通过一弯曲波导24连接。所述宽波导22为直波导传输部分，以较宽的波导传输多个所述光信号。所述弯曲波导24为弯曲波导传输部分，将所述波导管道200进行弯曲并以较窄的波导传输多个所述光信号。宽波导22的波导宽度一般为800nm～1μm，而弯曲波导24的波导宽度一般为150nm～500nm。如此在所有的直波导传输部分全部是以波导宽度较大的波导进行传输，这样工艺误差导致的波导宽度变化对宽波导的宽度改变量相比于传统技术中的窄波导较小，因此相位误差会显著下降。而在弯曲波导传输部分依然采用窄波导，用于降低窄波导的弯曲半径，而且窄波导相当于一个模式滤波器，会滤除宽波导中可能产生的高阶模式。

在本发明实施例中，输入模式转换器21用于将光信号的输入波导宽度或弯曲波导24的第一波导宽度w1转换为宽波导22的第二波导宽度w2。输出模式转换器23连接在相邻的宽波导22与弯曲波导24之间，或者宽波导22与天线发射单元3之间。输出模式转换器23将第二波导宽度w2转换为弯曲波导24的第一波导宽度w1，转换为天线发射单元3的输入端波导宽度。第二波导宽度w2大于第一波导宽度w1，第一波导宽度w1优选为单模波导的波导宽度w0。光信号的输入波导宽度和天线发射单元3的输入端波导宽度在第一波导宽度w1和第二波导宽度w2之间，当然也可以为与第一波导宽度w1相同。

每路所述波导管道200进一步包括：初始模式转换器25和末端模式转换器26。初始模式转换器25位于所述波导管道200的初始端，所述初始模式转换器25的输入端和所述光信号输出单元1连接，输出端和其中一个所述连接波导20的所述输入模式转换器21连接。末端模式转换器26位于所述波导管道200的末端，所述末端模式转换器26的输入端和其中一个所述连接波导20的所述输出模式转换器23连接，输出端和所述天线发射单元3连接。

继续参见图2，初始模式转换器25与光信号输出单元1连接，N个连接波导20连接在所述初始模式转换器25与所述末端模式转换器26之间，任意相邻的连接波导20之间连接弯曲波导24。末端模式转换器26与天线发射单元3连接。具体地，初始模式转换器25的输入端与光信号输出单元1连接，输出端与第一个连接波导20的输入模式转换器21连接，第一个连接波导20的宽波导22连接在第一个连接波导20的输入模式转换器21和输出模式转换器23之间，第一个弯曲波导24的输入端与第一个连接波导20的输出模式转换器23连接，输出端与相邻的第二个连接波导20的输入模式转换器21连接，以此类推，第N-1弯曲波导24的输出端与第N个连接波导20的输入模式转换器21连接，第N个连接波导20的宽波导22连接在第N个连接波导20的输入模式转换器21和输出模式转换器23之间，第N个连接波导20的输出模式转换器23与末端模式转换器26的输入端连接，末端模式转换器26的输出端与天线发射单元3连接。

初始模式转换器25将所述光信号的输入波导宽度转换为所述第一波导宽度w1，所述输入模式转换器21将所述第一波导宽度w1转换为所述宽波导22的第二波导宽度w2。所述输出模式转换器23将所述第二波导宽度w2转换为所述弯曲波导24的所述第一波导宽度w1，所述末端模式转换器26将所述第一波导宽度w1转换为所述天线发射单元3的输入端波导宽度。在宽的直波导传输部分和窄的弯曲波导传输部分之间通过模式转换器进行连接，可以有效降低损耗。

需要说明的是：第一波导宽度w1优选为单模波导的波导宽度w0。如果光信号的输入波导宽度与单模波导的波导宽度w0保持一致，可以省略初始模式转换器25，输入模式转换器21直接将光信号的输入波导宽度转换为宽波导22的第二波导宽度w2。类似地，如果天线发射单元3的输入端波导宽度与单模波导的波导宽度w0保持一致，可以省略末端模式转换器26，输出模式转换器23直接将宽波导22的第二波导宽度w2转换为天线发射单元3的输入端波导宽度。

另外，至少一个连接波导的输入模式转换器之间结构相同；至少一个连接波导的输出模式转换器之间结构相同；所述至少一个弯曲波导之间的结构相同。初始模式转换器25和输出模式转换器23为锥形波导，且结构保持一致，具体各模式转换器的长度和波导宽度都一致，输入模式转换器21和末端模式转换器26为锥形波导，且结构保持一致，同时各弯曲波导24的结构也保持一致，以保证整个波导单元2中各个波导管道200的光程差是一致的。由于每个波导管道200中的模式转换器的作用都是实现弯曲波导24和宽波导22之间的转换，所以为了提高实用性和降低系统复杂度，可以保持每个模式转换器的锥形波导长度一致。在本发明实施例中，两个锥形的初始模式转换器25和其中一个连接波导20的输入模式转换器21可以合并为一个抛物线形的模式转换器，同样的，两个锥形的其中一个连接波导20的输出模式转换器23和末端模式转换器26也可以合并为一个抛物线形的模式转换器。该抛物线形的模式转换器的结构与两个锥形的模式转换器的组合结构保持一致。本发明实施例通过多个模式转换器保证波导在宽波导22的波导宽度较大，从而降低工艺误差对波导宽度的改变引起的相位误差。

在本发明实施例中，M路波导管道200中，相邻波导管道200中处于相互正对位置的宽波导之间相互平行，波导间距相同。波导间距与波导单元2的位置坐标以及天线发射单元3中天线的条数相关，优选的，波导间距大于5μm。M路波导管道200中，相邻波导管道200中处于相互正对位置的其中一个连接波导20的宽波导22的长度差相同。M路波导管道200中，相邻波导管道200中处于相互正对位置的其中一个连接波导20的宽波导22的长度差通过前一个连接波导20的宽波导22的波导间距来调节。例如，相邻波导管道200中处于相互正对位置的第二个连接波导20的宽波导22的波导长度差通过管道中第一个连接波导20的宽波导22的波导间距来调节。

可以理解的是：继续参见图2，M路波导管道200中，相邻波导管道200中第一个连接波导20的宽波导22的波导间距与光信号输出单元1输出的相邻波导的波导间距相同，相邻波导管道200中第N个连接波导20的宽波导22的波导间距与天线发射单元3中相邻天线的间距相同。在相邻波导管道200中的其他位置，任一个连接波导20的宽波导22的长度差通过上一个连接波导20的宽波导22的波导间距来调节。具体地，如果相邻波导管道200中前一个连接波导20的宽波导22的方向与光信号输出单元1输出的波导的方向平行，则该前一个连接波导20的宽波导22的波导间距越大，后一个连接波导20的宽波导22的长度差越大。如果相邻波导管道200中前一个连接波导20的宽波导22的方向与光信号输出单元1输出的波导的方向垂直，则该前一个连接波导20的宽波导22的波导间距越大，后一个连接波导20的宽波导22的长度差越小。例如，第一个连接波导20的宽波导22的方向与光信号输出单元1输出的波导的方向相同，第二个连接波导20的宽波导22的方向与光信号输出单元1输出的波导的方向垂直，则第一个连接波导20的宽波导22的波导间距越大，第二个连接波导20的宽波导22的长度差也越大。第二个连接波导20的宽波导22的波导间距越大，第三个连接波导20的宽波导22的长度差越小。

在本发明实施例中，第一个连接波导20的宽波导22的距离光信号输出单元1最近的一端位于同一水平面内，最后一个连接波导20的宽波导22的距离所述天线发射单元3最近的一端位于同一水平面内，其中，所述第一个连接波导20为距离光信号输出单元1最近的连接波导20，最后一个连接波导20为距离天线发射单元3最近的连接波导20。如图2中第一个连接波导20的宽波导22的距离光信号输出单元1最近的一端位于同一水平面内，第N个连接波导20的宽波导22的距离所述天线发射单元3最近的一端位于同一水平面内。光学相控阵中相邻波导管道200的光程差可以为360的整数倍与天线数目的比值，而相邻波导管道200中波导从光信号输出单元1传输至天线发射单元3的总的长度差之和即为光程差。由于各模式转换器以及各弯曲波导24的结构完全相同，不存在波导长度差，则光学相控阵中相邻波导管道200的光程差就等于相邻波导管道200中各连接波导20的宽波导22的长度差之和。

在本发明实施例中，如果天线发射单元3和光信号输出单元1的位置发生改变，或者角度旋转，则连接波导20的数量将会改变。另外，当天线条数M数量较大时，连接波导20中的宽波导22的波导长度将会明显增加，如此工艺误差导致的波导宽度变化对宽波导22的宽度改变量会更小，亦即宽波导22对相位误差的改变将会十分明显，能够进一步降低工艺误差对波导宽度的改变引起的相位误差。本发明实施例的光学相控阵可以利用于硅基CMOS工艺加工，有利于实现更大规模的天线阵列。

以天线条数M＝3，每条波导管道200中连接波导20的数量N为3为例进行说明，波导管道200数量与天线条数相等。参见图3，光学相控阵包括依次连接的光信号输出单元41、波导单元42和天线发射单元43。其中光信号输出单元41通过分光器和移相器分别对输入光进行分光和移相，输出3条不同相位的光信号。波导单元42包括依次连接的初始模式转换器420，第一连接波导421、弯曲波导422、第二连接波导423、弯曲波导424、第三连接波导425以及末端模式转换器426。第一连接波导421包括依次连接的输入模式转换器4211，宽波导4212、输出模式转换器4213；第二连接波导423包括依次连接的输入模式转换器4231，宽波导4232、输出模式转换器4233；第三连接波导425包括依次连接的输入模式转换器4251，宽波导4252、输出模式转换器4253。初始模式转换器420的输入端与光信号输出单元41连接，输出端与输入模式转换器4211连接，宽波导4212连接在输入模式转换器4211与输出模式转换器4213之间，弯曲波导422连接在输出模式转换器4213与输入模式转换器4231之间，宽波导4232连接在输入模式转换器4231与输出模式转换器4233之间，弯曲波导424连接在输出模式转换器4233与输入模式转换器4251之间。宽波导4252连接在输入模式转换器4251与输出模式转换器4253之间，末端模式转换器426的输入端与输出模式转换器4253连接，输出端与天线发射单元43连接。

光信号输出单元41输出的波导经过初始模式转换器420中的锥形转换器后，波导宽度缓慢改变至第一波导宽度w1，第一波导宽度w1优选为一般单模波导的宽度w0。然后通过输入模式转换器4211进行转换，将波导宽度转换为第二波导宽度w2。宽波导4212以第二波导宽度w2传输光信号，接着输出模式转换器4213将第二波导宽度w2缓慢转换为第一波导宽度w1，经过弯曲波导422的一系列波导弯曲，改变波导管道的走向，然后经输入模式转换器4231将第一波导宽度w1转换为第二波导宽度w2，进入宽波导4232。相邻波导管道中处于相互正对位置的宽波导的波导间距会减小，具体相邻波导管道中宽波导4232的波导间距可以通过宽波导4212的长度差调节。由于宽波导4212的波导传输方向与光信号输出单元41输出的波导方向相同，相邻波导管道中宽波导4212的长度差越大，相邻波导管道中宽波导4232的波导间距也就越大。

进入宽波导4232后，宽波导4232以第二波导宽度w2传输光信号，接着输出模式转换器4233将第二波导宽度w2缓慢转换为第一波导宽度w1，经过弯曲波导424的一系列波导弯曲，改变波导管道的走向，然后经输入模式转换器4251将第一波导宽度w1转换为第二波导宽度w2，进入宽波导4252。相邻波导管道中宽波导4252的波导间距会减小，具体相邻波导管道中宽波导4252的波导间距可以通过相邻波导管道中宽波导4232的长度差调节。由于宽波导4232的波导传输方向与光信号输出单元41输出的波导方向相同，相邻波导管道中宽波导4252的长度差越大，相邻波导管道中宽波导4252的波导间距越小。

进入宽波导4252后，宽波导4252以第二波导宽度w2传输光信号，接着输出模式转换器4253将第二波导宽度w2缓慢转换为第一波导宽度w1。然后经过末端模式转换器426的一系列锥形模式转换器，波导宽度由第一波导宽度w1缓慢转换为天线发射单元43的输入端波导宽度。

本发明实施例中，宽波导4212、4232、4252为直波导传输部分，全部以宽度较大的宽波导来传输光信号，而工艺误差导致的波导宽度变化对宽波导的宽度改变量相比于传统技术中的窄波导较小，因此能够降低工艺误差对波导宽度的改变引起的相位误差。弯曲波导422、424为弯曲导传输部分，依然采用窄的单模波导，用于降低弯曲波导半径，而且窄的弯曲波导相当于一个模式滤波器，会滤除宽波导中可能产生的高阶模式。应用初始模式转换器420和输入模式转换器4211实现光信号输出单元41输出的波导宽度与宽波导4212的波导宽度之间的转换，应用输入模式转换器4231、4251以及输出模式转换器4213、4233实现宽波导4212、4232、4252与弯曲波导422、424之间的转换，应用输出模式转换器4253和末端模式转换器426实现宽波导4252的波导宽度与天线发射单元43的输入端波导宽度之间的转换，可以有效降低损耗。

在本发明实施例中，沿波导传输方向相邻波导管道中处于相互正对位置的宽波导的波导间距依次减小。如相邻波导管道中宽波导4232的波导间距小于相邻波导管道中宽波导4212的波导间距，相邻波导管道中宽波导4252的波导间距小于相邻波导管道中宽波导4232的波导间距。相邻波导管道中宽波导4212的波导间距与光信号输出单元41输出的波导间距相同，相邻波导管道中宽波导4252的波导间距与天线发射单元43中天线的间距相同。相邻波导管道中宽波导4232的波导间距通过相邻波导管道中宽波导4212的长度差调节。同样的，相邻波导管道中宽波导4252的波导间距通过相邻波导管道中宽波导4232的长度差调节。该光学相控阵中相邻波导管道的光程差等于相邻波导管道中宽波导4212的长度差、宽波导4232的长度差以及宽波导4252的长度差之和。

在本发明的实施例中，光学相控阵包括：光信号输出单元、波导单元和天线发射单元；所述光信号输出单元用于输出M路调制后的光信号，其中M为正整数；所述波导单元包括M路波导管道，每路所述波导管道包括至少一个连接波导，所述连接波导包括依次连接的输入模式转换器、宽波导和输出模式转换器，所述输入模式转换器用于将窄波导转换为宽波导，所述输出模式转换器用于将宽波导转换为窄波导，其中一个所述连接波导的所述输入模式转换器的输入端连接所述光信号输出单元，其中一个所述连接波导的所述输出模式转换器的输出端连接所述天线发射单元；天线发射单元与所述波导单元连接，用于发射所述波导单元传输的M路光信号。因此，通过宽波导传输多个光信号，而工艺误差导致的波导宽度变化对宽波导的宽度改变量相比于传统技术中的窄波导较小，如此能够降低工艺误差对波导宽度的改变引起的相位误差。

本发明实施例还公开了一种激光雷达，包括光学相控阵、光接收单元以及测距单元。光学相控阵用于发射激光，光接收单元用于接收经物体反向回来的激光信号，测距单元用于根据我接收单元接收的激光信号进行测距。本发明实施例中的光学相控阵的具体结构和工作原理与前述实施例中的光学相控阵相同，在此不再赘述。

本发明实施例还公开了一种智能设备，包括激光雷达。激光雷达的具体结构和工作原理与前述实施例中的激光雷达相同，在此不再赘述。

图4示出了根据本发明实施例一种相位误差改善方法的流程示意图。该相位误差改善方法应用于前述实施实施例中的光学相控阵，如图4所示，包括：

步骤S10：输出M路调制后的光信号，其中M为正整数。

通过分光器、移相器分别对输入光进行分光和移相输出M路调制后的光信号。具体地，可以是先分光器对输入光进行分光，然后移相器对分光器分出的光进行移相，得到多个不同相位的光信号并输出。也可以是分光器和移相器交替设置，即对输入光的分光和移相交替进行，最终输出多个不同相位的光信号。

步骤S11：将用于输出M路调制后的光信号的第一窄波导模式转换为宽波导。

M路调制后的光信号对应M路波导管道。在步骤S11中，在各波导管道中通过至少一个锥形的模式转换器将用于输出M路调制后的光信号的第一窄波导的波导宽度模式转换为宽波导的第二波导宽度w2。第二波导宽度w2大于用于输出M路调制后的光信号的第一窄波导的波导宽度。

在本发明实施例中，在各波导管道中可以通过一锥形的模式转换器将用于输出M路调制后的光信号的第一窄波导的波导宽度缓慢转换为单模波导的波导宽度w0，然后通过另一锥形的模式转换器将单模波导的波导宽度w0缓慢转换为宽波导的第二波导宽度w2。

步骤S12：应用至少一个所述宽波导传输所述光信号。

在各波导管道中，宽波导为直波导传输部分，以第二波导宽度w2传输M路调制后的光信号。第二波导宽度w2一般为800nm～1μm。如此在所有的直波导传输部分全部是以波导宽度较大的波导进行传输，这样工艺误差导致的波导宽度变化对宽波导的宽度改变量相比于传统技术中的窄波导较小，因此相位误差会显著下降。

步骤S13：将所述宽波导转换为用于发射所述光信号的第二窄波导。

具体地，在各波导管道中，通过至少一个锥形的模式转换器将宽波导的第二波导宽度转换为用于发射所述光信号的第二窄波导的波导宽度。第二波导宽度w2大于用于发射所述光信号的第二窄波导的波导宽度。

在本发明实施例中，在各波导管道中，可以通过一锥形的模式转换器将宽波导的第二波导宽度w2缓慢转换为单模波导的波导宽度w0，然后通过另一锥形的模式转换器将单模波导的波导宽度w0缓慢转换为用于发射所述光信号的第二窄波导的波导宽度。

步骤S14：发射所述光信号。

在本发明实施例中，在各波导管道中，应用多个宽波导传输所述光信号时，在相邻的两个宽波导之间应用窄波导更改波导管道的方向，而在宽波导与窄波导之间需要进行模式转换。此时，相位误差改善方法还包括：将所述宽波导模式转换为弯曲波导；应用所述弯曲波导对波导管道进行弯曲；将所述弯曲波导模式转换为所述宽波导。

具体地，在各波导管道中，通过一锥形的模式转换器将宽波导的第二波导宽度w2缓慢模式转换为弯曲波导的第一波导宽度w1。弯曲波导以第一波导宽度w1对波导管道进行弯曲并传输光信号，然后通过另一锥形的模式转换器将弯曲波导的第一波导宽度w1缓慢转换为宽波导的第二波导宽度w2。弯曲波导的第一波导宽度w1优选为单模波导的波导宽度w0。弯曲波导优选地对波导管道弯曲90度。弯曲波导的波导宽度一般为150nm～500nm。在弯曲波导传输部分依然采用窄波导，用于降低窄波导的弯曲半径，而且窄波导相当于一个模式滤波器，会滤除宽波导中可能产生的高阶模式。在宽的直波导传输部分和窄的弯曲波导传输部分之间通过模式转换器进行连接，可以有效降低损耗。

在本发明的实施例中，光学相控阵包括：光信号输出单元、波导单元和天线发射单元；所述光信号输出单元用于输出M路调制后的光信号，其中M为正整数；所述波导单元包括M路波导管道，每路所述波导管道包括至少一个连接波导，所述连接波导包括依次连接的输入模式转换器、宽波导和输出模式转换器，其中一个所述连接波导的所述输入模式转换器的输入端连接所述光信号输出单元，其中一个所述连接波导的所述输出模式转换器的输出端连接所述天线发射单元；天线发射单元与所述波导单元连接，用于发射所述波导单元传输的M路光信号。因此，通过宽波导传输多个光信号，而工艺误差导致的波导宽度变化对宽波导的宽度改变量相比于传统技术中的窄波导较小，如此能够降低工艺误差对波导宽度的改变引起的相位误差。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。