ES2989226B2 - Device for transmitting and detecting optical beams - Google Patents

Device for transmitting and detecting optical beams

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ES2989226B2
ES2989226B2 ES202330364A ES202330364A ES2989226B2 ES 2989226 B2 ES2989226 B2 ES 2989226B2 ES 202330364 A ES202330364 A ES 202330364A ES 202330364 A ES202330364 A ES 202330364A ES 2989226 B2 ES2989226 B2 ES 2989226B2
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Description

[0001] DESCRIPCIÓN[0001] DESCRIPTION

[0003] Dispositivo para transmitir y detectar haces ópticos[0003] Device for transmitting and detecting optical beams

[0005] OBJETO DE LA INVENCIÓN[0005] OBJECT OF THE INVENTION

[0007] La presente invención está relacionada con la industria dedicada a la fabricación de circuitos ópticos integrados o circuitos integrados fotónicos (PIC: Photonic Integrated Circuit, en inglés), en especial para su aplicación en sistemas lídar (acrónimo del inglés LiDAR: “Light Detection and Ranging” o “Laser Imaging Detection and Ranging”).[0007] The present invention is related to the industry dedicated to the manufacture of optical integrated circuits or photonic integrated circuits (PIC: Photonic Integrated Circuit), especially for their application in lidar systems (acronym for LiDAR: “Light Detection and Ranging” or “Laser Imaging Detection and Ranging”).

[0009] La presente invención se refiere a un dispositivo para la transmisión y detección (o recepción) de haces ópticos mediante un solo chip fotónico integrado.[0009] The present invention relates to a device for the transmission and detection (or reception) of optical beams by means of a single integrated photonic chip.

[0011] ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN[0011] BACKGROUND OF THE INVENTION

[0013] Un lídar o lidar (del inglés, LiDAR) es un dispositivo que permite determinar la distancia desde un emisor láser a un objeto o superficie utilizando un haz láser pulsado. Los dispositivos LiDAR se utilizan para capturar las dimensiones físicas de un entorno particular en tres dimensiones (3D), definido por un sistema de coordenadas X, Y y Z, y/o en un entorno de seis dimensiones (6D) con coordenadas X, Y, Z, junto con las que definen la velocidad de los objetos en el entorno 6D (coordenadas V<X>, V<Y>, y V<Z>). Los dispositivos o sistemas LiDAR se encuentran aplicados en sistemas avanzados de asistencia a la conducción (por sus siglas en inglés, ADAS: Advanced Driver Assistance), en drones o vehículos de guiado automático (AGV: Automatic Guided Vehicle), topografía, arqueología, reconocimiento de terrenos, sistemas de sensores, …[0013] A lidar (or LiDAR) is a device that determines the distance from a laser emitter to an object or surface using a pulsed laser beam. LiDAR devices are used to capture the physical dimensions of a particular environment in three dimensions (3D), defined by an X, Y, and Z coordinate system, and/or in a six-dimensional (6D) environment with X, Y, and Z coordinates, along with those that define the velocity of objects in the 6D environment (V<X>, V<Y>, and V<Z> coordinates). LiDAR devices or systems are used in advanced driver assistance systems (ADAS), drones or automated guided vehicles (AGVs), surveying, archaeology, terrain reconnaissance, sensor systems, and more.

[0015] Muchas de futuras aplicaciones como la conducción autónoma, los robots industriales, el reconocimiento de imágenes, la realidad virtual/aumentada, etc., dependerán en gran medida de un dispositivo que pueda detectar y medir las dimensiones, las coordenadas y las distancias de los objetos en un campo de visión particular con el más alto grado de precisión. Aunque se está invirtiendo una cantidad considerable de esfuerzo en el uso de múltiples cámaras para extrapolar las coordenadas X, Y, Z del entorno 3D a partir de múltiples fotografías (fotogrametría) tomadas desde diferentes ángulos, tales técnicas no podrán lograr la precisión y resolución que potencialmente tiene un sistema LiDAR.[0015] Many future applications, such as autonomous driving, industrial robots, image recognition, virtual/augmented reality, etc., will depend heavily on a device that can detect and measure the dimensions, coordinates, and distances of objects in a particular field of view with the highest degree of accuracy. Although considerable effort is being invested in using multiple cameras to extrapolate the X, Y, Z coordinates of the 3D environment from multiple photographs (photogrammetry) taken from different angles, such techniques will not be able to achieve the accuracy and resolution that a LiDAR system can potentially offer.

[0016] Hay diferentes tipos de sistemas LiDAR cuyas propiedades, ventajas y desventajas se resumen a continuación:[0016] There are different types of LiDAR systems whose properties, advantages and disadvantages are summarized below:

[0018] - El sistema LiDAR más simple es el llamado LiDAR tiempo de vuelo (en inglés, Time of flight LiDAR, ToF): se basa en transmitir un pulso corto de luz hacia un objeto específico. Luego, la luz se refleja en el objeto hacia el detector, y el tiempo de ida y vuelta medido se usa para calcular la distancia entre el dispositivo LiDAR y el objeto objetivo con mucha precisión. Al enviar los pulsos de luz en diferentes direcciones, se puede crear una nube de puntos que contiene las coordenadas X, Y, Z de todos los objetos en el campo de visión. Los sistemas LiDAR ToF están actualmente disponibles comercialmente y se están empleando en muchos productos, como los robots aspiradores, los vehículos autónomos y el iPhone.[0018] - The simplest LiDAR system is called Time-of-Flight LiDAR (ToF): it works by transmitting a short pulse of light toward a specific object. The light then reflects off the object back to the detector, and the measured round-trip time is used to calculate the distance between the LiDAR device and the target object with high accuracy. By sending light pulses in different directions, a point cloud can be created containing the X, Y, Z coordinates of all objects in the field of view. ToF LiDAR systems are currently commercially available and are being used in many products, such as robotic vacuum cleaners, autonomous vehicles, and the iPhone.

[0020] - El sistema llamado LiDAR FMCW (Frequency-Modulated Continuous Wave, en inglés) de onda continua multiplexada en frecuencia. Este tipo de sistemas aún se encuentra en la fase de desarrollo de investigación debido a la complejidad adicional de interferir/mezclar la señal del haz recibido con la señal del haz transmitido. Su mayor ventaja es que puede usarse para detectar la velocidad V<X>, V<Y>y V<Z>de los objetos objetivo en un solo escaneo, además de las coordenadas X, Y, Z del objeto.[0020] - The system called FMCW (Frequency-Modulated Continuous Wave) LiDAR is a frequency-multiplexed continuous wave system. This type of system is still in the research and development phase due to the added complexity of interfering/mixing the received beam signal with the transmitted beam signal. Its main advantage is that it can be used to detect the velocity (V<X>, V<Y>, and V<Z>) of target objects in a single scan, in addition to the object's X, Y, and Z coordinates.

[0022] Según la tecnología de fabricación, se distinguen los siguientes sistemas LiDAR:[0022] According to the manufacturing technology, the following LiDAR systems are distinguished:

[0024] - LiDAR de rotación mecánica: El escaneo LiDAR convencional utiliza rotación mecánica para hacer girar el sensor para una detección de 360 grados. Sus ventajas principales son que usa una tecnología hardware o electrónica madura y una amplia cobertura de visión, pero el tamaño y coste son grandes y la fiabilidad es baja.[0024] - Mechanical Rotation LiDAR: Conventional LiDAR scanning uses mechanical rotation to spin the sensor for 360-degree detection. Its main advantages are that it uses mature hardware or electronics technology and provides wide field of view coverage, but it is large in size and cost, and reliability is low.

[0026] - LiDAR basado en espejos microelectromecánicos (MEMS) no son completamente de estado sólido como los anteriores. Entre las ventajas, tienen un bajo coste, una longitud de onda versátil y bajas pérdidas ópticas, pero son sensibles a las vibraciones y golpes, tienen un campo de visión limitado y el escaneo es rápido solo a frecuencia de resonancia.[0026] - Microelectromechanical mirror (MEMS) LiDARs are not completely solid-state like the previous ones. Among their advantages are low cost, versatile wavelength, and low optical losses, but they are sensitive to vibrations and shocks, have a limited field of view, and scanning is fast only at resonant frequencies.

[0028] - LiDAR basado en tecnología OPA (siglas del inglés, OPA: Optical Phased Array) que es un lídar de estado sólido que utiliza arreglos o conjuntos en fase ópticos (OPA), los cuales pueden producir rayos láser de baja divergencia y usarse para controlar el ángulo de emisión electrónicamente sin la necesidad de piezas mecánicas móviles. Esto permite un escaneo más rápido y tener un dispositivo más compacto, de menor tamaño, porque los OPA pueden integrarse en un chip.[0028] - LiDAR based on OPA (Optical Phased Array) technology is a solid-state lidar that uses optical phased arrays (OPAs), which can produce low-divergence laser beams and be used to electronically control the emission angle without the need for moving mechanical parts. This allows for faster scanning and a more compact, smaller device because the OPAs can be integrated onto a chip.

[0030] La mayoría de los chips LiDAR FMCW de última generación se basan en el concepto de conjuntos ópticos (OPA) para crear un haz orientable a partir de muchos emisores individuales.[0030] Most state-of-the-art FMCW LiDAR chips are based on the concept of optical arrays (OPAs) to create a steerable beam from many individual emitters.

[0032] El problema técnico objetivo que se presenta es proveer un dispositivo LiDAR integrado en un chip fotónico que permita combinar fácilmente la señal de un haz transmitido con la señal que se refleja desde un objeto objetivo.[0032] The objective technical problem presented is to provide a LiDAR device integrated into a photonic chip that allows easy combination of the signal from a transmitted beam with the signal reflected from a target object.

[0034] DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN[0034] DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0036] La presente invención sirve para solucionar el problema mencionado anteriormente, mediante la provisión de un dispositivo transmisor y detector de haces ópticos integrando todos los componentes en un solo circuito integrado (chip) fotónico.[0036] The present invention serves to solve the aforementioned problem by providing a device for transmitting and detecting optical beams by integrating all components into a single photonic integrated circuit (chip).

[0038] La invención se refiere a un dispositivo transmisor y detector de haces ópticos que comprende los componentes que se describen a continuación integrados dentro de un chip fotónico, con una cara superior y una cara inferior, para recibir una señal de luz de entrada desde un sistema de lentes, con un ángulo de transmisión y una longitud de onda, dispuesto encima de la cara superior o debajo de la cara inferior del chip. Los componentes comprenden:[0038] The invention relates to an optical beam transmitter and detector comprising the components described below integrated within a photonic chip, with a top and a bottom face, for receiving an input light signal from a lens system, with a transmission angle and wavelength, disposed above or below the top face of the chip. The components comprise:

[0039] una pluralidad de acopladores de rejilla alineados en la cara superior del chip,[0039] a plurality of grid couplers aligned on the top face of the chip,

[0040] donde cada acoplador de rejilla está construido con una longitud L<GC>en una guía de ondas y con una pluralidad de dientes,[0040] wherein each grid coupler is constructed with a length L<GC> in a waveguide and with a plurality of teeth,

[0041] donde cada diente está inclinado con un ángulo de inclinación igual al ángulo de transmisión del sistema de lentes y la pluralidad de dientes de cada acoplador de rejilla están dispuestos con una anchura fija de diente igual para todos los dientes y un espacio entre dientes, siendo cada acoplador de rejilla apodizado a lo largo de su longitud L<GC>variando el espacio entre dientes gradualmente para emitir una cantidad constante de luz por unidad de longitud;[0041] wherein each tooth is tilted with an angle of inclination equal to the transmission angle of the lens system and the plurality of teeth of each grating coupler are arranged with a fixed tooth width equal for all teeth and tooth spacing, each grating coupler being apodized along its length L<GC> varying the tooth spacing gradually to emit a constant amount of light per unit length;

[0042] y donde cada guía de ondas está configurada para guiar la señal de luz de entrada dentro del chip hasta cada acoplador de rejilla que produce un haz, para transmitir o recibir a través del sistema de lentes, el haz producido con[0042] and where each waveguide is configured to guide the incoming light signal within the chip to each grid coupler that produces a beam, to transmit or receive through the lens system, the beam produced with

[0043] un primer ángulo de desviación determinado por el ángulo de inclinación del diente y[0043] a first deviation angle determined by the tooth inclination angle and

[0044] un segundo ángulo de desviación determinado por la longitud de onda de la luz de entrada;[0044] a second angle of deviation determined by the wavelength of the incoming light;

[0045] donde la señal de luz es procesada exclusivamente en el dominio óptico dentro del chip, sin necesidad de convertirla al dominio analógico y/o electrónico para su procesado.[0045] where the light signal is processed exclusively in the optical domain within the chip, without needing to convert it to the analog and/or electronic domain for processing.

[0047] Las ventajas de la presente invención frente al estado de la técnica anterior y en relación a los dispositivos integrados existentes actualmente son fundamentalmente:[0047] The advantages of the present invention compared to the prior art and in relation to currently existing integrated devices are fundamentally:

[0049] - Reducción significativa del tamaño del dispositivo electrónico donde se implementa la transmisión y detección de un haz óptico propuesta, porque tanto el haz, como el transmisor y el receptor están integrados en un solo chip compacto.[0049] - Significant reduction in the size of the electronic device where the transmission and detection of a proposed optical beam is implemented, because both the beam, the transmitter and the receiver are integrated into a single compact chip.

[0051] - Posibilidad de procesamiento en un solo chip de las señales de haz transmitidas y recibidas que permiten, por ejemplo, el procesamiento coherente de los haces, o la polarización-multiplexación de los datos del haz.[0051] - Possibility of processing on a single chip the transmitted and received beam signals that allow, for example, coherent beam processing, or beam data polarization-multiplexing.

[0053] - Aplicable para múltiples tipos de sistemas LiDAR, como LiDAR ToF (de tiempo de vuelo) o LiDAR FMCW (de onda continua multiplexada en frecuencia). - Realiza un direccionamiento simultáneo de múltiples haces al mismo tiempo utilizando solo una variable de control (i.e., la longitud de onda) y, por lo tanto, no se requiere un control electrónico complicado para dirigir los haces individuales.[0053] - Applicable to multiple types of LiDAR systems, such as Time-of-Flight (ToF) LiDAR or Frequency-Multiplexed Continuous-Wave (FMCW) LiDAR. - Performs simultaneous targeting of multiple beams at the same time using only one control variable (i.e., the wavelength), and therefore does not require complex electronic control to target individual beams.

[0055] - Escalabilidad directa hacia la transmisión y recepción de un (gran) número arbitrario de haces (correspondientes a píxeles angulares).[0055] - Direct scalability towards the transmission and reception of an arbitrary (large) number of beams (corresponding to angular pixels).

[0057] - No se requiere control electrónico para dirigir los haces.[0057] - No electronic control is required to direct the beams.

[0059] - Tiempo reducido de captura de las coordenadas de un entorno 3D debido al hecho de que múltiples haces se transmiten y reciben simultáneamente (a diferencia de los sistemas comunes que utilizan un solo haz orientado; “pointed beam”, en inglés), lo que permite el procesamiento paralelo de las señales recibidas y la adquisición rápida de datos.[0059] - Reduced capture time of the coordinates of a 3D environment due to the fact that multiple beams are transmitted and received simultaneously (unlike common systems that use a single oriented beam; “pointed beam”, in English), allowing parallel processing of the received signals and rapid data acquisition.

[0061] - Es implementable en muchas tecnologías y plataformas de materiales de chips fotónicos diferentes: que van desde la tecnología de silicio sobre aislante (SOI: “silicon on insulator”) hasta la tecnología de polímeros.[0061] - It is implementable in many different photonic chip material technologies and platforms: ranging from silicon-on-insulator (SOI) technology to polymer technology.

[0063] - Permite integrar un sistema LiDAR completo cuando se utiliza una plataforma (circuito fotónico monolítico) de material de fosfuro de indio (InP) con una lente cilíndrica integrada en (la plataforma o sustrato dieléctrico) del chip.[0063] - Allows the integration of a complete LiDAR system when using an indium phosphide (InP) material platform (monolithic photonic circuit) with a cylindrical lens integrated into the chip's dielectric platform or substrate.

[0065] - Permite controlar la potencia emitida por los haces individuales a un ángulo particular en la red emisora (red de divisores; “splitting network”, en inglés).[0065] - Allows control of the power emitted by individual beams at a particular angle in the emitting network (splitting network).

[0067] - Adquisición rápida de la nube de puntos del entorno, ya que, el dispositivo propuesto no contiene partes móviles.[0067] - Rapid acquisition of the environment point cloud, since the proposed device contains no moving parts.

[0069] BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS[0069] BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0071] A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.[0071] Next, a series of drawings are briefly described which help to better understand the invention and which are expressly related to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof.

[0073] FIGURA 1.- Muestra un esquema de la arquitectura de un dispositivo transmisor y detector de haces ópticos integrado en un chip fotónico, según una realización preferente de la invención.[0073] FIGURE 1.- Shows a schematic of the architecture of a transmitter and detector device for optical beams integrated into a photonic chip, according to a preferred embodiment of the invention.

[0075] FIGURA 2.- Muestra una vista ampliada de un acoplador con dientes de rejilla del dispositivo integrado con los ángulos que lo caracterizan de acuerdo con un sistema de coordenadas de tres dimensiones, 3D.[0075] FIGURE 2.- Shows an enlarged view of a grid-tooth coupler of the integrated device with the angles that characterize it according to a three-dimensional, 3D, coordinate system.

[0077] FIGURAS 3A-3C.- Muestran en una sección transversal de los acopladores de rejilla según el eje z del sistema de coordenadas 3D (FIG. 3A), las direcciones de los haces de luz transmitidos (FIG.3B) a un primer objetivo y recibidos (FIG.3C) desde el primer objetivo, para distintas longitudes de onda.[0077] FIGURES 3A-3C.- Show in a cross-section of the grid couplers along the z-axis of the 3D coordinate system (FIG. 3A), the directions of the light beams transmitted (FIG.3B) to a first target and received (FIG.3C) from the first target, for different wavelengths.

[0079] FIGURAS 4A-4C.- Muestran en una sección transversal de los acopladores de rejilla según el eje z del sistema de coordenadas 3D (FIG. 4A), las direcciones de los haces de luz transmitidos (FIG.4B) a un segundo objetivo y recibidos (FIG.4C) desde el segundo objetivo, para distintas longitudes de onda.[0079] FIGURES 4A-4C.- Show in a cross section of the grid couplers along the z-axis of the 3D coordinate system (FIG. 4A), the directions of the light beams transmitted (FIG.4B) to a second target and received (FIG.4C) from the second target, for different wavelengths.

[0081] FIGURAS 5A-5C.- Muestran en una sección transversal de los acopladores de rejilla según el eje x del sistema de coordenadas 3D (FIG. 5A), las direcciones de los haces de luz transmitidos (FIG.5B) a un primer objetivo y recibidos (FIG.5C) desde el primer objetivo, para distintas longitudes de onda.[0081] FIGURES 5A-5C.- Show in a cross-section of the grid couplers along the x-axis of the 3D coordinate system (FIG. 5A), the directions of the light beams transmitted (FIG.5B) to a first target and received (FIG.5C) from the first target, for different wavelengths.

[0083] FIGURAS 6A-6C.- Muestran en una sección transversal de los acopladores de rejilla según el eje x del sistema de coordenadas 3D (FIG. 6A), las direcciones de los haces de luz transmitidos (FIG.6B) a un segundo objetivo y recibidos (FIG.6C) desde el segundo objetivo, para distintas longitudes de onda.[0083] FIGURES 6A-6C.- Show in a cross-section of the grid couplers along the x-axis of the 3D coordinate system (FIG. 6A), the directions of the light beams transmitted (FIG.6B) to a second target and received (FIG.6C) from the second target, for different wavelengths.

[0085] FIGURA 7.- Muestra un chip con un dispositivo LiDAR integrado, según una posible realización de la invención.[0085] FIGURE 7.- Shows a chip with an integrated LiDAR device, according to a possible embodiment of the invention.

[0087] FIGURA 8.- Muestra una vista de pájaro del dispositivo LiDAR integrado en el chip de la figura anterior.[0087] FIGURE 8.- Shows a bird's-eye view of the LiDAR device integrated into the chip of the previous figure.

[0089] FIGURAS 9A-9F.- Muestran las posibles opciones de incorporación de un sistema de lentes al chip fotónico para la transmisión y detección de haces ópticos, y según diversas realizaciones posibles de la invención con diferentes tipos de lentes, colocada la lente en la cara superior del chip (FIG.9A y FIG.9B) o en la cara inferior del chip (FIG.9C y FIG.9D) o integrando la lente en el chip (FIG.9E y FIG.9F).[0089] FIGURES 9A-9F.- Show the possible options for incorporating a lens system into the photonic chip for the transmission and detection of optical beams, and according to various possible embodiments of the invention with different types of lenses, placing the lens on the upper face of the chip (FIG.9A and FIG.9B) or on the lower face of the chip (FIG.9C and FIG.9D) or integrating the lens into the chip (FIG.9E and FIG.9F).

[0091] FIGURA 10.- Muestra un gráfico del ángulo de divergencia del dispositivo transmisor y detector de haces ópticos en función de la longitud de sus acopladores de rejilla.[0091] FIGURE 10.- Shows a graph of the divergence angle of the optical beam transmitter and detector device as a function of the length of its grid couplers.

[0093] FIGURAS 11A-11B.- Muestran una estructura con ciertas dimensiones del acoplador de rejilla respectivamente en dirección del eje x (FIG.11A) y en dirección del eje z (FIG.11B).[0093] FIGURES 11A-11B.- Show a structure with certain dimensions of the grid coupler respectively in the x-axis direction (FIG.11A) and in the z-axis direction (FIG.11B).

[0095] FIGURA 12.- Muestra el ángulo de desviación del haz en un plano transversal en el eje x en función del ángulo de inclinación de los dientes de rejilla.[0095] FIGURE 12.- Shows the beam deviation angle in a transverse plane on the x-axis as a function of the grating tooth inclination angle.

[0096] FIGURAS 13A-13B.- Muestran, para dos valores distintos del ángulo de inclinación (FIG.13A y FIG.13B) de los dientes de rejilla, el ángulo de desviación del haz en un plano transversal en el eje z en función de la longitud de onda de la luz de entrada.[0096] FIGURES 13A-13B.- Show, for two different values of the tilt angle (FIG.13A and FIG.13B) of the grating teeth, the beam deviation angle in a transverse plane on the z-axis as a function of the wavelength of the incoming light.

[0098] FIGURA 14.- Muestra un ejemplo de implementación del sistema de lentes que es una lente cilíndrica integrada en el chip, según una posible realización de la invención.[0098] FIGURE 14.- Shows an example of implementation of the lens system which is a cylindrical lens integrated into the chip, according to a possible embodiment of the invention.

[0100] FIGURA 15A-15C.- Muestran, para tres diferentes valores (FIG.15A, FIG.15B y FIG.15C) del ángulo de desviación del haz en el plano transversal a lo largo del eje x las simulaciones del enfoque de la lente cilíndrica según la posible implementación mostrada en la Figura 14.[0100] FIGURE 15A-15C.- Show, for three different values (FIG.15A, FIG.15B and FIG.15C) of the beam deviation angle in the transverse plane along the x-axis, the simulations of the focusing of the cylindrical lens according to the possible implementation shown in Figure 14.

[0102] REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN[0102] PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

[0104] La Figura 1 muestra un esquema para ilustrar una posible realización de la invención que consiste en un dispositivo integrado en un chip100fotónico que contiene una serie de acopladores de rejilla110, con un sistema de lentes10donde incide una señal de luz de entrada y lente bajo la que los acopladores de rejilla110están alineados en la parte o cara superior del chip100. La luz de entrada es guiada dentro del chip100hasta cada uno de los acopladores de rejilla110, que tienen todos una longitudLGC, por medio de unas guías de onda ópticas120. La agrupación (“array”, en inglés) de los acopladores de rejilla110está a una distancia de separaciónfa lo largo del sistema de lentes10.[0104] Figure 1 shows a schematic to illustrate a possible embodiment of the invention consisting of a device integrated into a photonic chip100 containing an array of grid couplers110, with a lens system10 where an input light signal is incident and a lens under which the grid couplers110 are aligned on the top part or face of the chip100. The input light is guided within the chip100 to each of the grid couplers110, which all have a length LGC, by means of optical waveguides120. The array of grid couplers110 is at a separation distance fa along the lens system10.

[0106] El sistema de lentes10comprende al menos una lente que puede ser, por citar alguna de los tipos de lentes aplicables, una lente cilíndrica, lente refractiva,lente Fresnel, lente basada en metamateriales, o lente de elementos ópticos difractivos (lente DOE; del inglés, DOE: Diffractive-Optical Elements).[0106] The lens system10 comprises at least one lens which may be, to name a few of the applicable lens types, a cylindrical lens, refractive lens, Fresnel lens, metamaterial-based lens, or lens of diffractive optical elements (DOE lens; from the English, DOE: Diffractive-Optical Elements).

[0108] En la Figura 2 se representa uno cualquiera de los múltiples acopladores de rejilla110, cada uno con un anchowGC, que puede ser igual para todos los acopladores de rejilla110o no (es decir, los distintos acopladores de la pluralidad de acopladores no tienen que tener el mismo ancho, pero un solo acoplador tiene un solo ancho; por ejemplo, en la figura 15 se muestra cómo se determina el ancho que puede ser diferente para ángulos de desviación del hazκdiferentes). Cada acoplador de rejilla110comprende una pluralidad de dientes210con una separación entre dientes o anchura fija de dienteɅque es igual para todos u cada uno de los dientes210de cada acoplador de rejilla110y un espacio entre dientesεque no es fijo, sino que el espacioεvaría a lo largo del acoplador de rejilla110de forma que se emite una cantidad constante de luz por unidad de longitud. Los dientes210de rejilla a lo largo de la matriz (pluralidad alineada) de acopladores de rejilla110se inclinan gradualmente en un ángulo de inclinaciónθespecífico como se muestra en la Figura 2 dentro de un entorno 3D definido por un sistema de ejes de coordenadas: un primer ejex, un segundo ejeyy un tercer ejez. El ángulo de inclinaciónθde los dientes210de rejilla determina la dirección a la que se dirige (o recibe) la luz de entrada dada por un (primer) ángulo de desviación del hazκen un plano transversal a lo largo de la dirección del primer ejex. Si se considera un plano transversal a lo largo de la dirección del tercer ejez, se obtiene un (segundo) ángulo de desviación del hazφ.[0108] Figure 2 depicts any one of the multiple grid couplers 110, each with a width wGC, which may or may not be the same for all grid couplers 110 (i.e., the different couplers in the plurality of couplers do not have to have the same width, but a single coupler has only one width; for example, Figure 15 shows how the width is determined, which may be different for different beam deflection angles κ). Each grid coupler 110 comprises a plurality of teeth 210 with a fixed tooth spacing or tooth width Ʌ that is the same for each of the teeth 210 of each grid coupler 110 and a tooth spacing ε that is not fixed, but rather varies along the grid coupler 110 so that a constant amount of light is emitted per unit length. The grid teeth 210 along the array (aligned plurality) of grid couplers 110 are gradually tilted at a specific tilt angle θ, as shown in Figure 2, within a 3D environment defined by a coordinate system: a first x-axis, a second y-axis, and a third z-axis. The tilt angle θ of the grid teeth 210 determines the direction in which the incoming light is directed (or received), given by a (first) beam deflection angle κ in a transverse plane along the direction of the first x-axis. If a transverse plane is considered along the direction of the third z-axis, a (second) beam deflection angle φ is obtained.

[0110] El ángulo de inclinaciónθdetermina la dirección lateral en la que la luz sale del acoplador de la rejilla de transmisión (o, respectivamente, la dirección de la que el acoplador de la rejilla de recepción aceptará la luz) dada por el arriba referido como primer ángulo de desviación del hazκ. La longitud de onda de la luz, longitud de onda designada comoλ1oλ2en las Figuras 3-6, determina en qué dirección transversal la luz sale/entra en el acoplador de rejilla definida por el anteriormente mencionado segundo ángulo de desviación del hazφ.[0110] The tilt angle θ determines the lateral direction in which the light exits the transmitting grating coupler (or, respectively, the direction from which the receiving grating coupler will accept the light) given by the above referred to as the first beam deflection angle κ. The wavelength of the light, wavelength designated as λ1 or λ2 in Figures 3-6, determines in what transverse direction the light exits/enters the grating coupler defined by the above referred to as the second beam deflection angle φ.

[0112] El método de transmisión y detección (o recepción) de un haz óptico mediante el dispositivo que aquí se propone se basa en un principio: hacer coincidir el ángulo de inclinaciónθde los dientes210de rejilla formados en los acopladores de rejilla110con el ángulo de transmisión de la lente o sistema de lentes10. La luz que ingresa a un acoplador de rejilla110específico se transmite así en una dirección específica. La luz reflejada por el objeto objetivo se dirige de nuevo al mismo acoplador de rejilla con el mismo ángulo y, por lo tanto, debido al principio de reciprocidad, la luz saldrá por el mismo acoplador de rejilla.[0112] The method of transmitting and detecting (or receiving) an optical beam using the device proposed here is based on one principle: matching the tilt angle θ of the grating teeth 210 formed in the grating couplers 110 with the transmission angle of the lens or lens system 10. Light entering a specific grating coupler 110 is thus transmitted in a specific direction. Light reflected by the target object is directed back to the same grating coupler at the same angle and, therefore, due to the principle of reciprocity, the light will exit through the same grating coupler.

[0114] Las Figuras 3A-C, 4A-4C, 5A-5C y 6A-6C muestran que esta combinación de acopladores de rejilla110con dientes210de rejilla inclinados según se ha descrito junto con la lente cilíndrica o el sistema de lentes10se puede utilizar para producir haces de luz en dos direcciones: en dirección del primer ejexcon el primer ángulo de desviación del hazκy en la dirección del tercer ejezcon el segundo ángulo de desviación del hazφ. Se considera así, en las Figuras 3A, 4A, 5A y 6A una sección transversal del conjunto de acopladores de rejilla110a lo largo de la dirección del ejex,tal sección transversal en el ejexrepresentada como secciónSTx, y una sección transversal del conjunto de acopladores de rejilla110a lo largo de la dirección del ejez,representada como secciónSTz.[0114] Figures 3A-C, 4A-4C, 5A-5C, and 6A-6C show that this combination of grating couplers110 with inclined grating teeth210 as described, together with the cylindrical lens or lens system10, can be used to produce light beams in two directions: in the direction of the first axis x with the first beam deflection angle κ and in the direction of the third axis z with the second beam deflection angle φ. Thus, in Figures 3A, 4A, 5A, and 6A, a cross-section of the grating coupler assembly110 along the direction of the axis x is considered, such a cross-section on the axis x is represented as section STx, and a cross-section of the grating coupler assembly110 along the direction of the axis z is represented as section STz.

[0115] Las Figuras 3A-3C y 4A-4C ilustran el principio para la transmisión y detección descrito anteriormente, donde, para un primer ángulo de desviación del hazκ1en la secciónSTxen el ejex, se observa respectivamente en las Figuras 3A y 4A una variación del valorφ1yφ2del segundo ángulo de desviación del hazφdesde la secciónSTza lo largo del ejez. Las Figuras 3B y 3C ilustran las direcciones de los haces de luz transmitidos a un primer objetivo30y recibidos desde el primer objetivo30. Las Figuras 4B y 4C ilustran las direcciones de los haces de luz transmitidos a un segundo objetivo40y recibidos desde ese segundo objetivo40. Los haces de luz transmitidos, (hacia el objetivo30, 40) están representado como flechas negras y los haces de luz recibidos (que proceden del objetivo30, 40) se representan mediante flechas rayadas en las Figuras 3A-3C y 4A-4C, que ilustran cómo la longitud de onda,λ1,λ2, de la señal de luz de entrada determina la dirección transversal la luz que sale/entra (haz transmitido/recibido) en el acoplador de rejilla110,dada en cada caso, según muestran las Figuras 3 y 4, respectivamente por los valoresφ1yφ2del ángulo de desviación del haz en el plano transversal según el ejez, estando la dirección del haz transmitido/recibido en el plano transversal según el ejexdada por el valorκ1del ángulo de desviación del haz. Se observa que el haz transmitido es ligeramente divergente, con un ánguloφ1en la Figura 3B hacia el objetivo30yφ2en la Figura 4B hacia el objetivo40.En las Figuras 3C y 4C , se ven los haces recibidos atravesando la secciónSTztransversal en direcciónzdel sistema de lentes10y del “array” de acopladores de rejilla110dispuesto sobre el sustrato de material absorbente de luz1000.[0115] Figures 3A-3C and 4A-4C illustrate the principle for transmission and detection described above, where, for a first beam deflection angle κ1 in section STx along the x-axis, a variation of the values φ1 and φ2 of the second beam deflection angle φ from section STza along the z-axis is observed respectively in Figures 3A and 4A. Figures 3B and 3C illustrate the directions of the light beams transmitted to a first target 30 and received from the first target 30. Figures 4B and 4C illustrate the directions of the light beams transmitted to a second target 40 and received from that second target 40. The transmitted light beams (towards the target30, 40) are represented as black arrows and the received light beams (coming from the target30, 40) are represented by striped arrows in Figures 3A-3C and 4A-4C, which illustrate how the wavelength, λ1, λ2, of the input light signal determines the transverse direction of the light leaving/entering (transmitted/received beam) in the grid coupler110, given in each case, as shown in Figures 3 and 4, respectively by the values φ1 and φ2 of the beam deviation angle in the transverse plane along the z-axis, the direction of the transmitted/received beam in the transverse plane along the x-axis being given by the value κ1 of the beam deviation angle. It is observed that the transmitted beam is slightly divergent, with an angle φ1 in Figure 3B towards the objective 30 and φ2 in Figure 4B towards the objective 40. In Figures 3C and 4C, the received beams are seen passing through the transverse STz section in the z direction of the lens system 10 and the grid coupler array 110 arranged on the light-absorbing substrate 1000.

[0117] La luz entra en un acoplador de rejilla110enz=0y, a lo largo de su longitudLGC, la luz se emite gradualmente desde el acoplador de rejilla110hacia la lente o sistema de lentes10. Es importante que la cantidad de luz emitida por unidad de longitud sea constante a lo largo del acoplador de rejilla porque la luz que se recibe desde el objetivo30, 40definitivamente tiene una distribución uniforme de intensidad a lo largo del acoplador de rejilla110. Cuando hay un espacioεfijo entre los dientes, la intensidad de la luz que sale a lo largo de todo el acoplador de rejilla sigue una curva exponencial, como se muestra en la figura 3B. Por lo tanto, los acopladores de rejilla110son apodizados, lo que se logra cuando los valoresε1, ε2espacioεentre los dientes se ajustan gradualmente mientras se mantiene igual una separación periódica entre dientes210con un valor anchura de dienteΛfijo.[0117] Light enters a grating coupler110 at z=0 and, along its length LGC, light is gradually emitted from the grating coupler110 to the lens or lens system10. It is important that the amount of light emitted per unit length be constant along the grating coupler because the light received from the objective30, 40 definitely has a uniform intensity distribution along the grating coupler110. When there is a fixed spacing ε between the teeth, the intensity of the light exiting along the entire grating coupler follows an exponential curve, as shown in Figure 3B. Therefore, grating couplers110 are apodized, which is achieved when the spacing ε1, ε2 between the teeth are gradually adjusted while maintaining a constant periodic tooth spacing 210 with a fixed tooth width Λ.

[0119] La Figuras 5A-5C y 6A-6C muestran los haces atravesando la secciónSTxtransversal del sistema de lentes10en direcciónxcuando la luz entra/sale a/de dos acopladores de rejilla dispuestos en distintas ubicacionesx1, x2a lo largo del “array”110: un acoplador dispuesto en x =x1según muestran las Figuras 5B-5C y otro acoplador dispuesto en x =x2según muestran las Figuras 6B-6C. El ángulo de inclinaciónθde los dientes de los acopladores de rejilla está diseñado de tal manera que el ángulo de la luz emitida por el acoplador de rejilla está en la misma dirección de que cuando la luz se enfoca en ese acoplador de rejilla. Por lo tanto, el ángulo de inclinaciónθde los dientes210del acoplador de rejilla en la ubicaciónx1es positivo, y negativo para el acoplador de rejilla en la ubicaciónx2. La lente10luego colima la luz de estes acopladores de rejilla hacia una direcciónκ1yκ2. Por eso, las Figuras 5 y 6 ilustran que el valor del primer ángulo de desviación del hazκque determina la dirección transversal del hazκ1en las Figuras 5A-5C yκ2en las Figuras 6A-6C está determinada por la ubicación,x1, x2en los respectivos casos ilustrados, del acoplador de rejilla en el “array”110en el primer ejex.[0119] Figures 5A-5C and 6A-6C show the beams passing through the cross-section STx of the lens system10 in the x-direction when light enters/exits two grating couplers arranged at different locations x1, x2 along the array110: one coupler arranged at x = x1 as shown in Figures 5B-5C and another coupler arranged at x = x2 as shown in Figures 6B-6C. The tilt angle θ of the teeth of the grating couplers is designed such that the angle of the light emitted by the grating coupler is in the same direction as when the light is focused on that grating coupler. Therefore, the tilt angle θ of the teeth210 of the grating coupler at location x1 is positive, and negative for the grating coupler at location x2. The lens10 then collimates the light from these grating couplers towards a direction κ1 and κ2. Therefore, Figures 5 and 6 illustrate that the value of the first beam deviation angle κ which determines the transverse beam direction κ1 in Figures 5A-5C and κ2 in Figures 6A-6C is determined by the location, x1, x2 in the respective illustrated cases, of the grating coupler in the “array”110 on the first axis x.

[0121] El esquema de la Figura 7 muestra un posible diseño de un chip100con fotodetectores integrados que es un dispositivo lídar (LiDAR) de onda continua multiplexada en frecuencia (FMCW LiDAR) y, en particular, se basa en la tecnología Silicio sobre Aislante (en inglés, Silicon-On-Insulator), que permite la integración de fotodetectores balanceados. El chip100recibe una señal de entrada de luz láser500a través de acoplamiento de lentes o de fibra, sintonizable a una longitud de onda deseada. La señal de entrada de luz láser500pasa a través de un divisor de polarización510conectado a un elemento absorbente520(“absorber”, en inglés) para absorción de la luz y a un acoplador en estrella o una red de divisores530a la que se conecta una pluralidad de guías de onda ópticas que guían la luz120hasta la pluralidad de acopladores de rejilla110, conectados a su vez a una serie de fotodetectores1100del tipo detector balanceado en un chip (“on-chip balanced detector”, en inglés) que a su salida se conectan a unas almohadillas de contacto eléctrico1200, conformando el chip FMCW LiDAR, cuya vista de pájaro se muestra en la Figura 8, donde se representan los haces con diferentes longitudes de onda,λ1yλ2, transmitidos a distintos objetos objetivos61, 62, 63y reflejados por los objetivos61, 62, 63.[0121] The schematic in Figure 7 shows a possible design of a chip100 with integrated photodetectors that is a frequency-multiplexed continuous-wave lidar (FMCW LiDAR) device and, in particular, is based on Silicon-on-Insulator (SSI) technology, which allows the integration of balanced photodetectors. The chip100 receives a laser light input signal500 through lens or fiber coupling, tunable to a desired wavelength. The laser light input signal500 passes through a polarization divider510 connected to an absorbing element520 (“absorber”) for light absorption and to a star coupler or divider network530 to which a plurality of optical waveguides are connected that guide the light120 to the plurality of grating couplers110, connected in turn to a series of photodetectors1100 of the on-chip balanced detector type (“on-chip balanced detector”) which at their output are connected to electrical contact pads1200, forming the FMCW LiDAR chip, whose bird's-eye view is shown in Figure 8, where the beams with different wavelengths, λ1 and λ2, transmitted to different target objects61, 62, 63 and reflected by the targets61, 62, 63 are represented.

[0123] El dispositivo lídar descrito anteriormente puede realizarse con diferentes tipos de lentes: lente cilíndrica, lente Fresnel, lente de metamateriales, o un sistema de elementos ópticos difractivos (DOE).[0123] The lidar device described above can be made with different types of lenses: cylindrical lens, Fresnel lens, metamaterial lens, or a diffractive optical element (DOE) system.

[0125] En cuanto a la posición del sistema de lentes10con respecto al chip100,hay tres distintas situaciones: i) sistema de lentes10incorporado encima del chip100, ii) sistema de lentes10incorporado debajo del chip100del dispositivo, y iii) sistema de lentes10integrado en el chip100dispositivo (es decir, la lente es parte del propio chip). Ejemplos de estas posiciones pueden verse en las Figuras 9A-9F. La lente o sistema de lentes10puede estar incorporado al chip100, ubicando el sistema de lentes10bien en la cara superior/anterior del chip100como muestran las Figuras 9A y 9B, o bien en la cara inferior/posterior del chip100como muestran las Figuras 9C y 9D, pudiendo aplicar diferentes tipos de lentes tanto en la parte superior como inferior del chip100: por ejemplo, un sistema de lentes o lente cilíndrica o refractiva811, 812representada en las Figuras 9A y 9B, o un sistema de lentes Fresnel, lente de metamateriales, o de elementos ópticos difractivos821, 822representada en las Figuras 9C y 9D. Y también el sistema de lentes10puede estar integrado en la parte posterior del chip100, como muestran las Figuras 9E y 9F, respectivamente para lente cilíndrica813y para lente Fresnel, lente de metamateriales o DOE823.[0125] Regarding the position of the lens system10 with respect to the chip100, there are three distinct situations: i) lens system10 incorporated on top of the chip100, ii) lens system10 incorporated below the chip100 of the device, and iii) lens system10 integrated into the chip100 of the device (i.e., the lens is part of the chip itself). Examples of these positions can be seen in Figures 9A-9F. The lens or lens system10 can be incorporated into the chip100, placing the lens system10 either on the upper/front face of the chip100 as shown in Figures 9A and 9B, or on the lower/rear face of the chip100 as shown in Figures 9C and 9D, and different types of lenses can be applied to both the upper and lower parts of the chip100: for example, a cylindrical or refractive lens system or lens811, 812 represented in Figures 9A and 9B, or a Fresnel lens system, metamaterial lens, or diffractive optical element system821, 822 represented in Figures 9C and 9D. And the lens system10 can also be integrated into the back of the chip100, as shown in Figures 9E and 9F, respectively for cylindrical lens813 and for Fresnel lens, metamaterial lens or DOE823.

[0127] La Figura 10 es una gráfica que representa el ángulo de divergenciaξen función de la longitudLGCdel acoplador de rejilla110medida en micrómetros, µm.[0127] Figure 10 is a graph that represents the divergence angleξ as a function of the LGC length of the grid coupler110 measured in micrometers, µm.

[0129] Las Figuras 11A y 11B describen la estructura de la guía de ondas120respectivamente en la dirección del primer ejexy en la dirección del tercer ejez. La guía de ondas120comprende dos capas,702y704,de Silicio, Si, entre las que se dispone una capa intermedia703de óxido de silicio, SiO2. La Figura 11B muestra además cómo el rayo de luz700incide, a través del aire701, en la capa superior702de la guía de ondas120.[0129] Figures 11A and 11B describe the structure of the waveguide120 respectively in the direction of the first axis and in the direction of the third axis. The waveguide120 comprises two layers, 702 and 704, of Silicon, Si, between which there is an intermediate layer703 of silicon oxide, SiO2. Figure 11B further shows how the light beam700 is incident, through the air701, on the upper layer702 of the waveguide120.

[0131] Para esta estructura de guía de onda120particular representada en la Figura 11 como se ha descrito anteriormente, según se aprecia en las siguientes gráficas de las Figuras 12 y 13, un ángulo de inclinaciónθmáximo de /-14º da como resultado un ángulo de desviación del hazκen la direcciónxde /-50º, y un cambio en la longitud de onda de la luz de entradaλde 300 nm da como resultado un ángulo de desviación del hazφen la dirección del tercer ejez, que tiene un valor de 40º.[0131] For this particular waveguide structure120prepresented in Figure 11 as described above, as can be seen in the following graphs in Figures 12 and 13, a maximum tilt angleθ of ±14º results in a beam deflection angleκ in the x-direction of ±50º, and a change in the input light wavelengthλ of 300 nm results in a beam deflection angleφ in the third axis z-direction, which has a value of 40º.

[0133] La Figura 12 es una gráfica que representa el ángulo de desviaciónκdel haz en el plano transversal en dirección del primer ejexen función del ángulo de inclinaciónθde los dientes210de rejilla. La Figura 12 muestra los resultados de la simulación de dicho ángulo transversal de la luz emitida por el acoplador de rejillaκ, donde se observa que al inclinar los dientes de los acopladores de rejilla un ángulo de hasta 14 grados, se puede dirigir el haz emitido hasta un ángulo de 50 grados.[0133] Figure 12 is a graph representing the beam deviation angle κ in the transverse plane in the direction of the first axis x as a function of the grating tooth inclination angle θ. Figure 12 shows the simulation results of this transverse angle of the light emitted by the grating coupler κ, where it can be seen that by inclining the grating coupler teeth by up to 14 degrees, the emitted beam can be directed to an angle of 50 degrees.

[0134] Las Figuras 13A y 13B muestran el ángulo de desviación del hazφen la direcciónzcuando se cambia la longitud de onda de la luz de entrada para dos valores del ángulo de inclinaciónθque se mantiene fijo,θ = 0º en la Figura 13A y θ = 10º en la Figura 13B de los dientes210de rejilla.[0134] Figures 13A and 13B show the beam deflection angle φ in the z direction when the wavelength of the input light is changed for two values of the tilt angle θ that is held fixed, θ = 0º in Figure 13A and θ = 10º in Figure 13B of the grating teeth210.

[0136] La Figura 14 muestra los detalles de los parámetros de un ejemplo de implementación del sistema de lentes10que en este caso es una lente cilíndrica comercial usada en el diseño integrado del chip100.[0136] Figure 14 shows the parameter details of an example implementation of the lens system10 which in this case is a commercial cylindrical lens used in the integrated chip design100.

[0138] Las Figuras 15A, 15B y 15C muestran para tres ángulos de inclinación del hazκdiferentes (κ = 0º, κ = -10º y κ = -20º) los resultados de las simulaciones de las propiedades de enfoque (distribución de amplitud y fase) de la luz de la lente cilíndrica que compone el sistema de lentes10integrado en el chip100a lo largo de su sección transversalSTxcuando una onda plana entra en dicha lente cilíndrica. A partir de este tipo de simulaciones, se pueden recuperar las ubicacionesxy los anchoswGCde todos los acopladores de rejilla del array110. La pendiente de la fase se utiliza para determinar los ángulos de inclinaciónθde los dientes210del acoplador de rejilla.[0138] Figures 15A, 15B, and 15C show, for three different beam tilt angles κ (κ = 0°, κ = -10°, and κ = -20°), the simulation results of the focusing properties (amplitude and phase distribution) of light from the cylindrical lens comprising the on-chip lens system 10 along its cross-section STx when a plane wave enters said cylindrical lens. From this type of simulation, the locations x and widths wGC of all the grid couplers in the array 110 can be recovered. The phase slope is used to determine the tilt angles θ of the grid coupler teeth 210.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES1. CLAIMS 1. Un dispositivo transmisor y detector de haces ópticos,caracterizado por quecomprende los siguientes componentes integrados dentro de un chip (100) fotónico, con una cara superior y una cara inferior, para recibir una señal de luz de entrada desde un sistema de lentes (10) con un ángulo de transmisión y una longitud de onda (λ, λ<1>, λ<2>) dispuesto encima de la cara superior del chip (100) o debajo de la cara inferior del chip (100):1. An optical beam transmitter and detector device, characterized in that it comprises the following components integrated within a photonic chip (100), having an upper face and a lower face, for receiving an input light signal from a lens system (10) with a transmission angle and wavelength (λ, λ<1>, λ<2>) arranged above the upper face of the chip (100) or below the lower face of the chip (100): - una pluralidad de acopladores de rejilla (110) alineados en la cara superior del chip (100),- a plurality of grid couplers (110) aligned on the top face of the chip (100), cada acoplador de rejilla (110) construido con una longitud (L<GC>) en una guía de ondas (120) y con una pluralidad de dientes (210), yeach grid coupler (110) constructed with a length (L<GC>) in a waveguide (120) and with a plurality of teeth (210), and cada diente (210) inclinado con un ángulo de inclinación (θ) igual al ángulo de transmisión del sistema de lentes (10), y la pluralidad de dientes (210) de cada acoplador de rejilla (110) dispuestos con una anchura fija de diente (Ʌ) igual para todos los dientes (210) y un espacio (ε) entre dientes (210),each tooth (210) inclined with an inclination angle (θ) equal to the transmission angle of the lens system (10), and the plurality of teeth (210) of each grid coupler (110) arranged with a fixed tooth width (Ʌ) equal for all teeth (210) and a space (ε) between teeth (210), cada acoplador de rejilla (110) siendo apodizado a lo largo de su longitud (L<GC>) variando el espacio (ε) entre dientes (210) gradualmente para emitir una cantidad constante de luz por unidad de longitud;each grid coupler (110) being apodized along its length (L<GC>) varying the spacing (ε) between teeth (210) gradually to emit a constant amount of light per unit length; donde cada guía de ondas (120) está configurada para guiar la señal de luz de entrada dentro del chip (100) hasta cada acoplador de rejilla (110) que produce un haz con un primer ángulo de desviación (κ) determinado por el ángulo de inclinación (θ) y un segundo ángulo de desviación (φ) determinado por la longitud de onda (λ) de la luz de entrada, el haz producido para transmitir o recibir a través del sistema de lentes (10), y donde la señal de luz es procesada exclusivamente en el dominio óptico dentro del chip (100), donde la señal de luz no es convertida al dominio analógico y/o electrónico para su procesado.where each waveguide (120) is configured to guide the incoming light signal within the chip (100) to each grating coupler (110) which produces a beam with a first deflection angle (κ) determined by the tilt angle (θ) and a second deflection angle (φ) determined by the wavelength (λ) of the incoming light, the beam produced to transmit or receive through the lens system (10), and where the light signal is processed exclusively in the optical domain within the chip (100), where the light signal is not converted to the analog and/or electronic domain for processing. 2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado por queel chip (100) recibe la señal de luz de entrada desde el sistema de lentes (10) que comprende al menos una lente que puede ser una lente cilíndrica (811, 812, 813), una lente Fresnel, una lente de metamateriales, o un sistema de elementos ópticos difractivos (821, 822, 823).2. The device according to claim 1, characterized in that the chip (100) receives the input light signal from the lens system (10) comprising at least one lens which may be a cylindrical lens (811, 812, 813), a Fresnel lens, a metamaterial lens, or a system of diffractive optical elements (821, 822, 823). 3. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2,caracterizado por queel sistema de 3. The device according to claim 2, characterized in that the system of lentes (10) está integrado en el chip (100).lenses (10) is integrated into the chip (100). 4. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3,caracterizado por quees un dispositivo lídar.4. The device according to claim 3, characterized in that it is a lidar device. 5. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4,caracterizado por queel dispositivo lídar es de tiempo de vuelo o de onda continua multiplexada en frecuencia.5. The device according to claim 4, characterized in that the lidar device is time-of-flight or frequency-multiplexed continuous wave. 6. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel chip (100) está fabricado en tecnología de silicio sobre aislante.6. The device according to any of the preceding claims, characterized in that the chip (100) is manufactured using silicon-on-insulator technology. 7. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel chip (100) está fabricado en fosfuro de indio.7. The device according to any of the preceding claims, characterized in that the chip (100) is made of indium phosphide.
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