一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统

摘要

本发明涉及激光雷达、焦平面开关阵列技术领域，具体提供一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，通过设置激光单元、传输单元和成像单元，传输单元中的多个微环谐振器开关的周长、每个微环谐振器开关与波导之间的耦合间距不同，通过调节激光单元输出的光功率与任一个微环谐振器开关进行匹配并经过发射光栅天线阵列和透镜成像以完成光束扫描，有效解决了传统机械式激光雷达存在转向速度有限、体积大、价格昂贵且易受振动的问题。本申请只需要控制输入激光功率一个变量，无需热光开关，控制变量少，通过传统CMOS工艺平台即可

权利要求

1.一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：包括依次连接的激光单元、传输单元和成像单元；

所述激光单元包括激光器和连接所述激光器的功率控制装置，所述传输单元包括波导和多个微环谐振器开关，所述波导的输入端与所述功率控制装置连接，多个所述微环谐振器开关沿所述波导的直通端方向间隔排列，所述成像单元包括发射光栅天线阵列和透镜，每个所述微环谐振器开关的输出端与所述发射光栅天线阵列的输入端连接，所述发射光栅天线阵列的输出端与所述透镜连接，其中，每个所述微环谐振器开关的周长不同，每个所述微环谐振器开关与所述波导之间的耦合间距不同；

通过调节所述激光单元输出的光功率与任一个所述微环谐振器开关进行匹配，并经过所述发射光栅天线阵列和所述透镜成像以完成光束扫描；

多个所述微环谐振器开关和所述波导的材质包括硅、氮化硅、铌酸锂或二氧化硅中的至少一种存在三阶非线性效应的材料。

2.根据权利要求1所述的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：当所述微环谐振器开关处于开启状态时，光在所述微环谐振器开关中满足谐振条件，对应的谐振函数表达式如下：其中，m表示一个正整数， 表示第m阶谐振波长， 表示微环谐振器开关的有效折射率，L表示微环谐振器开关的周长；利用非线性效应， 是波长和功率的函数，通过固定所述激光器的输出光的波长和控制所述输出光的功率以实现在不同大小的微环谐振器开关中谐振。

3.根据权利要求2所述的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：当调节所述激光单元输出的光功率与多个微环谐振器开关中的第一微环谐振器开关匹配时，光从所述第一微环谐振器开关的输出端输出并经过所述发射光栅天线阵列和所述透镜成像。

4.根据权利要求3所述的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：当改变所述激光器的输出功率时，使得所述第一微环谐振器开关处于关闭状态，光沿着所述波导所在的直通端进入第二微环谐振器开关中，其中，所述第二微环谐振器开关的周长与所述第一微环谐振器开关的周长不同。

5.根据权利要求4所述的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：当所述第二微环谐振器开关接收到的光功率满足所述第二微环谐振器开关的谐振条件时，所述第二微环谐振器开关接收到的光功率进行谐振并经过与所述第二微环谐振器开关连接的发射光栅天线发射、所述透镜准直，其中，所述发射光栅天线属于所述发射光栅天线阵列。

6.根据权利要求2所述的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：当所述激光单元输出的光功率不满足所述谐振条件时，两根直波导和一个所述微环谐振器开关组成上下话路微环谐振器开关，且此时的所述微环谐振器开关处于关闭状态，直到进入与所述光功率匹配的微环谐振器开关。

7.根据权利要求1所述的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：所述光功率由高到低或由低到高扫描时，均能实现光从所述发射光栅天线阵列中的任一个发射光栅天线出射以实现远场扫描，其中，通过利用所述功率控制装置实现所述光功率由高到低或者由低到高的扫描。

8.根据权利要求7所述的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，其特征在于：多个所述微环谐振器开关的结构包括跑道型微环谐振器开关、亚波长光栅结构微环谐振器开关或采用弯曲波导和微环谐振器开关耦合中的至少一种。

说明书

一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统

技术领域

[0001] 本发明涉及激光雷达、焦平面开关阵列技术领域，具体提供一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统。

背景技术

[0002] 在激光雷达系统中，光束的控制和转向装置是极为重要的组成部分。传统的机械式激光雷达通过旋转机械系统，如转向镜等实现光束的扫描。但由于其转向速度有限，体积大，价格昂贵且很容易受到振动的影响，目前，逐渐转向无移动扫描部件的固态激光雷达，较为广泛研究的是焦平面开关阵列（focal plane switches arrays，FPSA）。如图1所示，FPSA使用类似于相机的光学系统，将焦平面上每个像素映射到远场的各个方向上，通过开关阵列来打开或者关闭独立的光学天线，从而实现固态光束扫描，实现激光雷达的每一个独立像素的测距成像。

[0003] 一方面，如图2所示，利用热光效应调谐马赫曾德尔干涉仪（Mach‑Zehnde ninterferometer，MZI）开关已经实现了几十个像素的小尺寸FPSA，为了在远场形成N（N=2）个像素点，整个系统需要提供N‑1个基于MZI的光开关。每次工作时需要同时控制log2(N)个光开关来实现单个像素点成像。为了获得更清晰的成像，需要获得更多像素点，也就要求数量更多的马赫曾德尔干涉仪开关阵列以及热相移器。因此，整个系统体积会急剧增大，通过热光调谐消耗的功率也会成倍数的增长。

[0004] 另一方面，如图3所示，通过将微电子机械系统（Micro‑Electro‑Mechanical System，MEMS）和FPSA结合具有更小的尺寸、低损耗和快速开关等优势，通过优化MEMS执行器和开关耦合器的设计，也可以缩小当前像素的占位尺寸。目前，单片集成128*128像素的MEMS FPSA的硅光子调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）成像激光雷达，最终分辨率达到16384像素。对于在远处成像N个像素点，系统需要包含N个MEMS开关，每次工作时需要同时控制两个MEMS开关。相较于MZI结构其复杂度降低，但是MEMS工艺与CMOS工艺不兼容，制造成本高且产能有限，很难实现大规模的生产及产业化。

[0005] 综上，固态激光雷达的研究已经如火如荼，基于FPSA的激光雷达由于其灵活性高，视场角和角度分辨率可以通过选择不同焦距的成像透镜轻松调整，且工艺过程可以在CMOS代工厂实现等优势，而成为一个热点方向。但对于大规模的开关阵列，需要数量庞大的控制单元，降低系统的复杂度是需要解决的问题。

发明内容

[0006] 本发明为解决上述问题，提供了一种新的基于FPSA激光雷达的结构，利用不同尺寸的微环谐振器开关作为开关阵列，无需热电极及其他控制单元，可以大大降低系统复杂度，以实现芯片级的固态激光雷达。

[0007] 本发明提供的一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，具体，包括依次连接的激光单元、传输单元和成像单元；

[0008] 所述激光单元包括激光器和连接所述激光器的功率控制装置，所述传输单元包括波导和多个微环谐振器开关，所述波导的输入端与所述功率控制装置连接，多个所述微环谐振器开关沿所述波导的直通端方向间隔排列，所述成像单元包括发射光栅天线阵列和透镜，每个所述微环谐振器开关的输出端与所述发射光栅天线阵列的输入端连接，所述发射光栅天线阵列的输出端与所述透镜连接，其中，每个所述微环谐振器开关的周长不同，每个所述微环谐振器开关与所述波导之间的耦合间距不同；

[0009] 通过调节所述激光单元输出的光功率与任一个所述微环谐振器开关进行匹配，并经过所述发射光栅天线阵列和所述透镜成像以完成光束扫描。

[0010] 优选的，当所述微环谐振器开关处于开启状态时，光在所述微环谐振器开关中满足谐振条件，对应的谐振函数的表达式如下：

[0011]

[0012] 其中，m表示一个正整数， 表示第m阶谐振波长， 表示微环谐振器开关的有效折射率，L表示微环谐振器开关的周长；当非线性效应发生时， 是波长和功率的函数，通过固定所述激光器的输出光的波长和控制所述输出光的功率以实现在不同大小的微环谐振器开关中谐振。

[0013] 优选的，当调节所述激光单元输出的光功率与多个微环谐振器开关中的第一微环谐振器开关匹配时，光从所述第一微环谐振器开关的输出端输出并经过所述发射光栅天线阵列和所述透镜成像。

[0014] 优选的，当改变所述激光器的输出功率时，使得所述第一微环谐振器开关处于关闭状态，光沿着所述波导所在的直通端进入第二微环谐振器开关中，其中，所述第二微环谐振器开关的周长与所述第一微环谐振器开关的周长不同。

[0015] 优选的，当所述第二微环谐振器开关接收到的光功率满足所述第二微环谐振器开关的谐振条件时，所述第二微环谐振器开关接收到的光功率进行谐振并经过与所述第二微环谐振器开关连接的发射光栅天线发射、所述透镜准直，其中，所述发射光栅天线属于所述发射光栅天线阵列。

[0016] 优选的，当所述激光单元输出的光功率不满足所述谐振条件时，两根直波导和一个所述微环谐振器开关组成上下话路微环谐振器开关，且此时的所述微环谐振器开关处于关闭状态，直到进入与所述光功率匹配的微环谐振器开关。

[0017] 优选的，所述光功率由高到低或由低到高扫描时，均能实现光从所述发射光栅天线阵列中的任一个发射光栅天线出射以实现远场扫描，其中，通过利用所述功率控制装置实现所述光功率由高到低或者由低到高的扫描。

[0018] 优选的，多个所述微环谐振器开关和所述波导的材质包括硅、氮化硅、铌酸锂或二氧化硅中的至少一种存在三阶非线性效应的材料。

[0019] 优选的，多个所述微环谐振器开关的结构包括跑道型微环谐振器开关、亚波长光栅结构微环谐振器开关或采用弯曲波导和微环谐振器开关耦合中的至少一种。

[0020] 与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

[0021] 本发明提供的一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，通过设置激光单元、传输单元和成像单元，传输单元中的多个微环谐振器开关的周长、每个微环谐振器开关与波导之间的耦合间距不同，通过调节激光单元输出的光功率与任一个微环谐振器开关尺寸进行对应匹配并经过发射光栅天线阵列和透镜成像以完成光束扫描，有效解决了传统的机械式激光雷达存在转向速度有限，体积大，价格昂贵且很容易受到振动的问题。另外，也解决了现有FPSA方案中存在如下缺陷：级联MZI开关存在数量过多的马赫曾德尔干涉仪开关阵列以及热相移器，整个系统体积过大，热光调谐功耗过大。数量过多的开关器件及控制单元；MEMS开关在MEMS工艺与CMOS工艺不兼容，制造成本高且产能有限，很难实现大规模的生产及产业化，对于N个像素点，需要N个开关且同时控制两个开关。本申请中需要设置多个微环谐振器开关，只需要控制激光单元的输出功率一个变量，无需热光开关，控制变量少。通过传统CMOS工艺平台即可完成芯片的制作，体积小且灵活。同时由于系统不是基于相位调制，光束不会受到栅瓣影响，能量集中且易于实现高性能的二维光束扫描。

附图说明

[0022] 图1是根据本发明实施例提供的一维焦平面开关阵列示意图；

[0023] 图2是根据本发明实施例提供的基于马赫曾德尔干涉仪开关的焦平面开关阵列示意图；

[0024] 图3是根据本发明实施例提供的结合MEMS的二维焦平面开关阵列设计示意图；

[0025] 图4是根据本发明实施例提供的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统的结构框图；

[0026] 图5是根据本发明实施例提供的上下话路微环谐振器开关示意图；

[0027] 图6是根据本发明实施例提供的基于微环谐振器开关的FPSA系统示意图；

[0028] 图7是根据本发明实施例提供的基于微环谐振器开关的二维FPSA系统示意图；

[0029] 图8是根据本发明实施例提供的线性和自相位调制下微环谐振器开关归一化传输谱曲线图。

[0030] 其中的附图标记包括：

[0031] 100‑激光单元；110‑激光器；120‑功率控制装置；200‑传输单元；210‑波导；220‑微环谐振器开关；300‑成像单元；310‑发射光栅天线阵列；320‑透镜。

具体实施方式

[0032] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

[0034] 实施例一

[0035] 参阅图4和图7，本发明提供的一种基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列光束扫描系统，包括依次连接的激光单元100、传输单元200和成像单元300；

[0036] 所述激光单元100包括激光器110和连接所述激光器110的功率控制装置120，所述传输单元200包括波导210和多个微环谐振器开关220，所述波导210的输入端与所述功率控制装置120连接，多个所述微环谐振器开关220沿所述波导210的直通端方向间隔排列，所述成像单元300包括发射光栅天线阵列310和透镜320，每个所述微环谐振器开关220的输出端与所述发射光栅天线阵列310的输入端连接，所述发射光栅天线阵列310的输出端与所述透镜320连接，其中，每个所述微环谐振器开关220的周长不同，每个所述微环谐振器开关220与所述波导210之间的耦合间距不同；

[0037] 通过调节所述激光单元100输出的光功率与任一个所述微环谐振器开关220进行匹配，并经过所述发射光栅天线阵列310和所述透镜320成像以完成光束扫描。

[0038] 本实施例中，焦平面开关阵列FPSA的系统组成较为简单，成本较低。如图1所示，对于一维FPSA系统，输入端口（Input port）、开关（Switches）、天线（Antennas）、透镜（Lens）和输出光束（Output beam）组成了一维焦平面开关阵列，在焦距为f的凸透镜的后焦面上放置一个光学天线阵列，每个天线通过光开关与输入光源相连，当其中一个光开关打开时，输入光被路由到相应的天线，其中，x表示天线之间的间距，表示光折射角。然后通过透镜将天线出射的光转换为准直光束。通过选择不同焦距的透镜可以实现对视场角和角分辨率的灵活选择，使得其能在各种场合应用。二维FPSA能够实现更多的像素点，其视场角性能也有很大提升，FPSA芯片与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容，技术成熟，通过与调频连续波测距法结合，可以生成高分辨率的三维图像。如图2所示，光源（Light Source）、MZI开关阵列（MZI switch matrix）、聚焦透镜（Device lens）和发射器阵列（Emitter array）组成基于马赫曾德尔干涉仪开关的焦平面开关阵列，MZI开关包括1μm的硅衬底（Si substrate）、二氧化硅（SiO2）、0.4μm的氮化硅（ ）、铝（Al）和钛（Ti）。如图3所示，输入端口1（Input port1）、输入端口2（Input port2）、产生行选择信号（Row‑selection signals）的行选择开关（Row‑selection switch）和产生列选择信号（Column‑selection signals）的列选择开关（Column‑selection switch）组成 阵列（array）的结合MEMS的二维焦平面开关阵列。

[0039] 根据上述提及的图1、图2和图3中的焦平面开关阵列结构有必要提出一种新的基于FPSA激光雷达的结构，利用不同尺寸的微环谐振器开关作为开关阵列，无需热电极及其他控制单元，可以大大降低系统复杂度，以实现芯片级的固态激光雷达。其中，固态激光雷达（Solid‑state LiDAR）是一种利用激光技术进行距离测量和环境感知的设备。与传统机械转动的激光雷达不同，固态激光雷达采用集成电路和半导体激光器，不含任何机械运动部件，因此具有更高的可靠性和稳定性。固态激光雷达通过发射脉冲激光束并测量其返回的时间来计算目标物体的距离，从而获取三维环境信息。相比于传统的光学摄像头，它可以在各种光照条件下实现高精度的空间感知，对于自动驾驶、智能制造等领域具有重要意义。

[0040] 需要说明的是，由功率控制装置与激光器组成功率大小可变化的激光单元、波导用于引导输入、耦合间距不同的微环谐振器开关、发射光栅天线阵列组成基于微环谐振器开关的FPSA系统，最终通过透镜准直完成这个系统对光束扫描，其中，上下话路微环谐振器开关是由一根环形的光波导和两根耦合的直波导构成，包括输入端、直通端和输出端。光波导是一种能够传导光信号的结构，可以通过光的全内发射来保持光信号的传输，耦合波导是用来将光信号从外部引入或从微环谐振器开关中输出的通道。微环谐振器开关的工作原理基于光信号在环形光波导中的传播和干涉效应，当光信号从耦合波导输入到环形光波导中时，它会在环形光波导中沿着环形路径传播，由于环形波导的长度是光波导的整数倍，光信号会在环形光波导中多次传播，形成干涉效应；当光信号在环形光波导中传播时，一部分光信号会从耦合波导中输出，一部分光信号会继续在环形光波导中传播，当输入光信号的频率与环形光波导的谐振频率匹配时，干涉效应会导致光信号在环形光波导中增强，形成一个谐振峰，这个谐振峰对应着光信号在环形光波导中的特定传播模式即谐振模式。

[0041] 应理解，对于激光雷达，为了提高回波信号强度和获得足够的信噪比，其激光发射功率应尽可能高。通过设置激光单元100、传输单元200和成像单元300，传输单元200中的多个微环谐振器开关220的周长、每个微环谐振器开关220与波导210之间的耦合间距不同，通过调节激光单元100输出的光功率与任一个微环谐振器开关220进行匹配并经过发射光栅天线阵列310和透镜320成像以完成光束扫描，有效解决了传统的机械式激光雷达存在转向速度有限，体积大，价格昂贵且很容易受到振动的问题。

[0042] 实施例二

[0043] 参阅图5，当所述微环谐振器开关处于开启状态时，光在所述微环谐振器开关中满足谐振条件，对应的谐振函数的表达式如下：

[0044]

[0045] 其中，m表示一个正整数， 表示第m阶谐振波长， 表示微环谐振器开关的有效折射率，L表示微环谐振器开关的周长；当非线性效应发生时， 是波长和功率的函数，通过固定所述激光器的输出光的波长和控制所述输出光的功率以实现在不同大小的微环谐振器开关中谐振。

[0046] 本实施例中，微环谐振器开关具有多个光学特性，主要是谐振峰的频率和宽度，谐振峰的频率取决于环形光波导的尺寸和有效折射率，可以通过调整这些参数来实现不同频率的谐振峰，谐振峰的宽度则反映了微环谐振器开关的能量损耗和传输效率，宽度越窄表示能量损耗越小，传输效率越高。微环谐振器开关还具有宽度选择性和高灵敏度，由于谐振峰的窄度，微环谐振器开关可以在特定频率范围内选择性地增强某些光信号，这使得微环谐振器开关在光通信、传感器和光学计算等领域具有广泛的应用前景，同时，微环谐振器开关对环境变化和光信号的微小变化非常敏感，可以用作高灵敏度传感器。当非线性效应发生时， 是波长和功率的函数，所以即使固定波长，也可以通过控制功率实现在不同大小微环中谐振。

[0047] 需要说明的是，当激光功率较低时，对于上下话路微环谐振器开关，其由两根直波导和一个微环谐振器开关组成，上下话路是指一条通路的上行和下行，微环谐振器开关可以看作是一段首尾相接的光波导，光在微环中实现谐振的条件是谐振波长的整数倍等于微环的光程即满足上述谐振函数。对于不同半径大小的微环谐振器开关其谐振波长会存在不同，只有当光的波长满足谐振条件时，才能尽可能多的从输出端输出，反之将会从直通端输出。

[0048] 实施例三

[0049] 参阅图6和图7，当调节所述激光单元输出的光功率与多个微环谐振器开关中的第一微环谐振器开关匹配时，光从所述第一微环谐振器开关的输出端输出并经过所述发射光栅天线阵列和所述透镜成像。

[0050] 本实施例中，当改变所述激光器的输出功率时，使得所述第一微环谐振器开关处于关闭状态，光沿着所述波导所在的直通端进入第二微环谐振器开关中，其中，所述第二微环谐振器开关的周长与所述第一微环谐振器开关的周长不同。当所述第二微环谐振器开关接收到的光功率满足所述第二微环谐振器开关的谐振条件时，所述第二微环谐振器开关接收到的光功率进行谐振并经过与所述第二微环谐振器开关连接的发射光栅天线发射、所述透镜准直，其中，所述发射光栅天线属于所述发射光栅天线阵列。微环谐振器开关的输出端和发射天线连接，直通端与下一个微环谐振器开关连接，以此重复就可以得到一个大规模的基于微环谐振器开关的焦平面开关阵列。

[0051] 第一微环谐振器开关记为在图7中靠近激光单元的第一个微环谐振器开关，第二微环谐振器开关记为在图7中靠近第一个微环谐振器开关的第二个微环谐振器开关，例如每一个微环谐振器开关的半径大小不同。当入射光的波长变化时，就可以控制光从不同的发射天线出射，再经过透镜实现对光束控制。但是想要实现输入光的波长精确变化很困难和复杂，不仅要考虑切换波长的精度水平还需要高的波长切换速度。

[0052] 具体的，当激光功率较大时，谐振环表现出强烈的非线性效应，即 （见谐振函数表达式）是激光功率的函数，当输入光的波长不变时，通过改变输入光功率也能实现微环谐振器开关的开关功能；当光功率刚好对应第一个微环谐振时，光从第一个微环的输出端输出，经过发射天线和透镜成像；当改变输入功率，使得输入功率增加时，由于非线性效应中的自相位调制效应存在，使得 发生改变，导致第一个微环的谐振波长发生红移，不再和激光波长匹配，因此，光将沿着直通端进入到设计好的第二个微环中；若此时的光功率与第二个微环谐振条件匹配，因此，将从第二个微环输出并成像；以此类推，功率从低到高（或高到低）扫描时，就能实现光从不同光学光栅天线出射，实现远场扫描。其中，红移现象在物理学和天文学领域，指物体的电磁辐射由于某种原因频率降低的现象，在可见光波段，表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波长变长、频率降低。

[0053] 应理解，系统需要N个微环谐振器开关开关，只需要控制激光器的输出功率一个变量。无需热光开关，控制变量少。通过传统CMOS工艺平台即可完成芯片的制作，体积小且灵活。同时，由于系统不是基于相位调制，光束不会受到栅瓣影响，能量集中且易于实现高性能的二维光束扫描。其中，栅瓣是指只要阵列中单个晶片的尺寸等于或大于波长，就会产生栅瓣。本发明基于自相位调制的非线性效应，通过优化设计每个微环谐振器开关单元，实现功率和红移谐振波长的一一对应关系，只需要调整激光单元的输出功率这一单一变量，即可完成整个系统的光束扫描，相较于基于马赫曾德尔干涉仪开关的焦平面开关阵列及MEMS的二维焦平面开关阵列而言，大大简化了系统的复杂度、控制单元以及能耗。为该发明的大规模、低成本和商业化生产打下坚实牢靠的基础。

[0054] 实施例四

[0055] 参阅图8，横轴表示波长（Wavelength）且单位为 ，纵轴表示标准化传输（Normalized Transmission），红色曲线、蓝色曲线分别表示线性、自相位调制。通过仿真设计，改变输入光功率、微环谐振器开关半径大小以及和直波导之间的耦合间距，使得红移后的谐振波长正好与输入光波长匹配。由此可以得到输入光功率和微环谐振器开关尺寸，输入光波长的对应关系，就可以实现不同功率的输入光下，从不同微环谐振器开关输出，再从对应的光栅天线发射并最终通过透镜准直，完成整个系统对光束的扫描。经过模拟仿真验证可行。仿真在不同功率输入时，对应线性和存在自相位调制效应情况下，固定尺寸的微环谐振器开关的归一化传输谱曲线，可以看到其谐振波长存在明显红移。其中，自相位调制是指非线性光学中信号传输的一种特性。由于光波导的折射率具有非线性特性，当光波导中电场强度变化时光波导的折射率随着变化，光波导中传输的信号相位也变化，信号自身场强的变化引起自身相位的变化，这就是自相位调制。

[0056] 所述光功率由高到低或由低到高扫描时，均能实现光从所述发射光栅天线阵列中的任一个发射光栅天线出射以实现远场扫描。换言之，在本发明结构中部分结构可以使用其他方式替代，例如功率控制装置可以是半导体光放大器、光纤放大器EDFA等功率放大器件，也可以是MZI调制器、微环谐振器、PN结注入载流子等功率衰减器件等，微环谐振器开关及波导的材料可以是硅、氮化硅、铌酸锂、二氧化硅等存在三阶非线性系数的材料。此外，对于不同微环谐振器开关的结构，例如跑道型微环谐振器开关（两个半圆环之前通过直波导连接）、亚波长光栅结构微环谐振器开关及采用弯曲波导和微环谐振器开关耦合等也可以实现本发明相同功能。

[0057] 本发明提供了一种新的基于非线性效应的微环谐振器开关结构的FPSA扫描系统，有效的解决了传统的机械式激光雷达存在转向速度有限、体积大和价格昂贵且很容易受到振动的问题。同时也解决了现有FPSA方案中（1）级联MZI开关：数量过多的马赫曾德尔干涉仪开关阵列以及热相移器，整个系统具有体积过大、热光调谐功耗过大和数量过多的开关器件及控制单元（对于N个像素点，需要N‑1个开关且同时控制log2(N)个开关功能）的特点；（2）MEMS开关：MEMS工艺与CMOS工艺不兼容，制造成本高且产能有限，很难实现大规模的生产及产业化，对于N个像素点，需要N个开关且同时控制两个开关的情形。

[0058] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

[0059] 以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。