本申請(qǐng)涉及并要求專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)為14/317,695、申請(qǐng)日為2014年6月27日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容以引用方式結(jié)合于此。

本申請(qǐng)涉及并要求專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)為14/317,753、申請(qǐng)日為2014年6月27日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容以引用方式結(jié)合于此。

關(guān)于聯(lián)邦資助的聲明

無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及光檢測(cè)和測(cè)距(激光雷達(dá))，尤其是掃描激光雷達(dá)。在一個(gè)具體實(shí)例中涉及單芯片掃描激光雷達(dá)及其制造方法。

背景技術(shù)：

多種商業(yè)可用的激光雷達(dá)系統(tǒng)主要面向汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域。Velodyne Lidar公司推出了一種脈沖激光雷達(dá)--Velodyne-64E，其具有多行發(fā)光激光器/檢測(cè)器對(duì)，安裝在機(jī)械旋轉(zhuǎn)的單軸上并通過(guò)905nm波長(zhǎng)和0.09°窄波束寬度的近紅外激光波束以提供360°方位角的視場(chǎng)(FOV)。該現(xiàn)有技術(shù)的激光雷達(dá)在第二維度的視場(chǎng)有限，僅為約27°，距離分辨率(range resolution)僅有約80cm，體積大于8000cm³，相對(duì)重量較大，超過(guò)13kg，成本較高，并且機(jī)械掃描較慢。

另一現(xiàn)有技術(shù)的掃描激光雷達(dá)模塊--Lux-2010由Ibeo Automotive Systems制作。其也為具有機(jī)械旋轉(zhuǎn)鏡的脈沖掃描激光雷達(dá)。與Velodyne激光雷達(dá)相似的是，Ibeo模塊僅在水平視場(chǎng)為110°的一個(gè)維度中進(jìn)行掃描，并且豎直視場(chǎng)非常有限，僅為約3°。雖然其相比于Velodyne系統(tǒng)更為緊湊，Ibeo激光雷達(dá)模塊仍具有大于1300cm³的龐大體積，并且仍然昂貴。

另一現(xiàn)有技術(shù)的激光雷達(dá)產(chǎn)品--ADC-TigerEye 3D由Advanced Scientific Concepts推出。不同于Velodyne和Ibeo激光雷達(dá)，ADC激光雷達(dá)在與掃描模式相對(duì)的脈沖閃光模式下工作，其使用脈沖觸發(fā)的256*256像素圖像傳感器來(lái)形成3D圖像。由于其工作于閃光模式，該激光雷達(dá)的主要缺點(diǎn)在于并發(fā)視場(chǎng)和距離的限制。例如，在距離為60m時(shí)，其視場(chǎng)為45°*45°，而在450m時(shí)，其視場(chǎng)減小至9°x9°。盡管其相對(duì)于Velodyne激光雷達(dá)更加緊湊，該模塊仍然具有超過(guò)1300cm³的龐大體積，并且重量超過(guò)1.5kg。

因此，需要的是一種改善的激光雷達(dá)。本公開(kāi)的實(shí)施例解決了這些以及其他需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在此處公開(kāi)的第一實(shí)施例中，一種制造芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)的方法，包括：在基板上形成用于傳輸波束的二維2D掃描微鏡；在所述基板上形成用于接收波束的二維2D掃描微鏡；在所述基板上形成激光二極管；在所述基板上形成光檢測(cè)器；在所述基板上形成耦合至所述激光二極管的前刻面的第一波導(dǎo)；在所述基板上形成耦合至所述第一波導(dǎo)的第一光柵外耦合器；在所述基板上形成耦合至所述激光二極管的背刻面的第二波導(dǎo)；在所述基板上形成耦合至所述第二波導(dǎo)的第二光柵外耦合器；在第一介電層中形成第一固定微鏡和第二固定微鏡；在第二介電層中形成第三固定微鏡；在第三介電層中形成對(duì)焦部件；將所述第一、第二和第三介電層結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)；在所述激光二極管和所述光檢測(cè)器上將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)至所述基板；以及在所述激光二極管和所述光檢測(cè)器上將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合至所述基板。

在此處公開(kāi)的另一實(shí)施例中，一種芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)，包括：在所述基板上的、用于傳輸波束的二維2D掃描微鏡；在所述基板上的、用于接收波束的二維2D掃描微鏡；在所述基板上的激光二極管；在所述基板上的光檢測(cè)器；在所述基板上的、耦合至所述激光二極管的前刻面的第一波導(dǎo)；在所述基板上的、耦合至所述第一波導(dǎo)的第一光柵外耦合器；在所述基板上的、耦合至所述激光二極管的背刻面的第二波導(dǎo)；在所述基板上的、耦合至所述第二波導(dǎo)的第二光柵外耦合器；在介電層中的第一固定微鏡，所述第一固定微鏡光耦合至所述第一光柵外耦合器；在所述介電層中的第二固定微鏡，所述第二固定微鏡光耦合至所述第二光柵外耦合器；在所述介電層中的第三固定微鏡，所述第三固定微鏡光耦合至用于所述接收波束的所述二維2D掃描微鏡；以及在所述介電層中的對(duì)焦部件，所述對(duì)焦部件光耦合至所述第三固定微鏡；其中所述光檢測(cè)器光耦合至所述第二固定微鏡和所述第三固定微鏡，用于相干檢測(cè)；并且其中所述介電層在所述激光二極管和所述光檢測(cè)器上與所述基板對(duì)準(zhǔn)并結(jié)合至所述基板。

這些和其他特征及優(yōu)點(diǎn)會(huì)通過(guò)如下具體描述和附圖而變得明顯。在附圖和描述中，多個(gè)附圖標(biāo)記指代了多個(gè)特征，相同附圖標(biāo)記在所有附圖和描述中指代同樣的特征。

附圖說(shuō)明

圖1A示出了根據(jù)本公開(kāi)的3D異構(gòu)集成的芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)收發(fā)器；

圖1B示出了根據(jù)本公開(kāi)的具有單焦點(diǎn)的正弦菲涅爾波帶片的一實(shí)例；

圖2示出了制造根據(jù)本公開(kāi)的芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)的步驟；

圖3A示出調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)以及檢測(cè)距離和距離分辨率之間的關(guān)系；并且圖3B示出了根據(jù)本公開(kāi)的相應(yīng)的公式；以及

圖4A和4B示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于不同目標(biāo)反射率的模擬信噪比(SNR)相對(duì)于掃描相干的FMCW激光雷達(dá)芯片的距離。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，大量具體細(xì)節(jié)用于清楚地描述此處公開(kāi)的多個(gè)具體實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可在沒(méi)有如下討論的具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)施。在其他實(shí)例中沒(méi)有描述已知的特征，以避免使本發(fā)明被混淆。

圖1A示出了根據(jù)本公開(kāi)的3D異構(gòu)集成的芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)收發(fā)器10。激光雷達(dá)收發(fā)器10具有單模式激光二極管12，其可在紫外光、可見(jiàn)光、近紅外光、中紅外光以及長(zhǎng)波紅外光(LWIR)光譜區(qū)中工作，并且具有可選地分別在激光二極管12的前面(front facet)和背面(rear facet)耦合至激光二極管12的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14和16。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)14和16在激光二極管12的發(fā)光波長(zhǎng)上是透明的。波導(dǎo)光柵外耦合器(outcoupler)結(jié)構(gòu)18和20分別耦合至透明波導(dǎo)14和16的端部。波導(dǎo)光柵耦合器18將從激光二極管12前面生成的光波束路由至固定的微鏡22，微鏡22嵌入可為塑料的厚介電層22。微鏡22將光波束路由至單個(gè)2D掃描微鏡26，掃描微鏡26將波束28傳輸至目標(biāo)(未示出)。

2D掃描微鏡32陣列接收從目標(biāo)反射的傳輸波束28的一部分--接收波束30。掃描微鏡32將接收波束30路由至固定的鏡34，固定的鏡34嵌入例如塑料的厚介電層36。鏡34隨后將接收的光波束路由至對(duì)焦微光部件38，其可為菲涅爾波帶片(FZP)或微透鏡。對(duì)焦微光部件38將接收到的光波束對(duì)焦至響應(yīng)于激光波長(zhǎng)的光檢測(cè)器42，光檢測(cè)器42可為雪崩光二極管(APD)。

波導(dǎo)光柵外耦合器20將從激光二極管12背面生成的光波束路由至固定微鏡40，該光波束可用作本地振蕩器(LO)光波束，該固定微鏡40嵌入厚介電層22。微鏡40將LO光波束路由至光檢測(cè)器42從而對(duì)來(lái)自于對(duì)焦微光部件38的對(duì)焦的接收光波束進(jìn)行相干檢測(cè)。

在光檢測(cè)器42的檢測(cè)過(guò)后，可由激光雷達(dá)電子處理元件和電路44進(jìn)行后檢測(cè)處理，其可包括時(shí)間平均，帶通過(guò)濾(BPF)，調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)解調(diào)，放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換，快速傅里葉變換(FFT)處理以及數(shù)據(jù)處理。這些部件均可集成于集成芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)收發(fā)器10基板46?；?6優(yōu)選為硅基基板46，也可使用III-V半導(dǎo)體，例如GaAs或InP。

激光二極管12為激光雷達(dá)傳輸提供了光功率，激光二極管12可優(yōu)選為分布式布拉格反射鏡(DBR)或分布式反饋(DFB)激光器。激光二極管12可設(shè)計(jì)為邊緣發(fā)光激光器結(jié)構(gòu)以使產(chǎn)生的光功率的主要部分(可大于75％)從作為傳輸側(cè)的激光二極管12的前面發(fā)出。剩余功率從激光二極管12的背面或后面發(fā)出。如上所述，背側(cè)發(fā)出的光可用于在光檢測(cè)器42中進(jìn)行相干檢測(cè)的本地振蕩器。

芯片級(jí)激光雷達(dá)10的工作進(jìn)一步描述如下。從激光二極管12的前面發(fā)出的光耦合至光波導(dǎo)14，終止于光柵外耦合器結(jié)構(gòu)18。優(yōu)選由低損耗介電材料形成(包括芯和包覆區(qū))的波導(dǎo)14可為脊?fàn)罨蚶郀畈▽?dǎo)結(jié)構(gòu)類(lèi)型。光柵外耦合器結(jié)構(gòu)18可為由與波導(dǎo)14相同材料形成并可設(shè)計(jì)作為來(lái)自波導(dǎo)14的外耦合光的第二級(jí)光柵，位于接近從基板46至微鏡22的常規(guī)方向，如圖1A所示。

外耦合傳輸光隨后通過(guò)固定的靜電微鏡22轉(zhuǎn)向至2D掃描微鏡26，其將傳輸光導(dǎo)向至目標(biāo)。

從目標(biāo)分散的激光雷達(dá)波束的接收部分30入射到在傳輸側(cè)上與掃描微鏡26同步的2D掃描微鏡32陣列上。2D掃描微鏡32陣列用于增加有效接收器孔徑，并因而增加信噪比(SNR)，并且其與傳輸微鏡26同步，從而將激光雷達(dá)返回信號(hào)以固定角度在芯片級(jí)激光雷達(dá)10的接收段中轉(zhuǎn)向至靜電微鏡34。隨后使用菲涅爾波帶片(FZP)38或微透鏡將接收的光波束對(duì)焦在高速光檢測(cè)器42上并與同樣入射到光檢測(cè)器42的來(lái)自激光二極管12背面的本地振蕩器(LO)光波束相干合并。如圖1A所示，LO光波束通過(guò)光柵外耦合器20和固定微鏡40被導(dǎo)向至光檢測(cè)器42。

FZPZ38利用光衍射而非折射而被用作透鏡，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)透鏡即是如此。FZP38的使用實(shí)現(xiàn)了平面對(duì)焦光元件的使用，以便于其集成在芯片級(jí)激光雷達(dá)10中。圖1B示出單焦點(diǎn)正弦FZP38的實(shí)例。由于FZP38的芯片級(jí)特性，其可使用高精度光刻來(lái)制造，F(xiàn)ZP38的焦距和其位置可相對(duì)于光檢測(cè)器42進(jìn)行精確控制。

圖2示出了制造芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)的步驟。可為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的2D掃描微鏡26和32以及后檢測(cè)激光雷達(dá)處理電路44在如圖2所示的基板46上通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)處理方法在步驟1中進(jìn)行制造。基板46可為具有8英寸直徑或更大的大面積硅晶片，也可為如上所述的其他材料。

激光二極管模具(die)12和光檢測(cè)器模具42可在各自的基板材料上預(yù)制造，并隨后在如圖2所示的步驟2中使用合適的、具有次微米對(duì)準(zhǔn)精度的模具結(jié)合設(shè)備而被結(jié)合到激光雷達(dá)主基板46上?？商娲兀す舛O管和光檢測(cè)器材料層可通過(guò)分子、粘合劑或壓縮金屬結(jié)合技術(shù)首先結(jié)合至主基板，并隨后被處理從而形成激光二極管12和光檢測(cè)器42。

在圖2所示的步驟3中，使用合適的、在激光工作波長(zhǎng)上透明的材料層在基板46上形成波導(dǎo)14和16以及光柵外耦合器結(jié)構(gòu)18和20。例如，Si₃N₄和SiO₂可用于對(duì)LWIR頻帶可見(jiàn)的芯和包覆(cladding)波導(dǎo)材料，而Si和SiO₂可用于近紅外光(>1.1μm波長(zhǎng))至中紅外光(<8μm波長(zhǎng))頻帶的芯/包覆層。波導(dǎo)14和16可使用對(duì)接耦合或倏逝波耦合方式光耦合至激光二極管12，這在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)發(fā)展成熟。

在圖2所示的步驟4中，固定微鏡22和40通過(guò)模塑技術(shù)形成在可為塑料的厚介電層24中。類(lèi)似地，鏡34通過(guò)模塑技術(shù)形成在可為塑料的厚介電層36中。FZP38或微透鏡同樣通過(guò)模塑技術(shù)形成在可為塑料的厚介電層37中。這些微光部件分別形成并且介電層24、36和37結(jié)合在一起從而形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。隨后將由結(jié)合的介電層形成復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合至基板46，位于激光二極管12、波導(dǎo)14和16、光柵外耦合器18和20以及光檢測(cè)器42之上。復(fù)合結(jié)構(gòu)中的介電層37面對(duì)基板46，如圖2所示。

可在介電層37中形成腔，從而為激光二極管12、波導(dǎo)14和16、光柵外耦合器18和20以及光檢測(cè)器42提供豎直空間。不同介電層24、36和37相互之間的對(duì)準(zhǔn)以及與激光雷達(dá)基板46的對(duì)準(zhǔn)條件并不苛刻，由于這些元件尺寸較大，大概為幾毫米。這些尺寸相對(duì)于其他集成在基板46上光學(xué)元件較大，例如激光二極管12和光檢測(cè)器42。

掃描激光雷達(dá)芯片10可在脈沖或準(zhǔn)-CW模式下工作。由于激光二極管12可具有有限的輸出功率，優(yōu)選地是在調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)形式中對(duì)光傳輸波束進(jìn)行調(diào)制。圖3A示出FMCW調(diào)制模式以及在具有頻率調(diào)制范圍(f₂-f₁)和頻率斜升(ramp)持續(xù)時(shí)間(T₀)的檢測(cè)距離和距離分辨率之間的關(guān)系。圖3B示出了相應(yīng)的公式。

圖4A和4B示出了掃描相干FMCW激光雷達(dá)芯片在返回信號(hào)的信噪比(SNR)相對(duì)于激光雷達(dá)距離方面的預(yù)期性能。兩個(gè)不同激光雷達(dá)芯片，其中一個(gè)具有高功率激光二極管，功率可高達(dá)50mW，如圖4A所示，另一個(gè)具有較低功率激光二極管，功率可達(dá)10mW，如圖4B所示，其各自用于鏡面反射或漫反射目標(biāo)。SNR基于如下已知關(guān)系：

其中P₀為激光二極管CW光功率，

A_rx為激光雷達(dá)接收器光檢測(cè)器區(qū)域，

R為激光雷達(dá)距離，

α為大氣吸收系數(shù)，

η_det，η_lin，η_FM和η_pol分別為光二極管效率，F(xiàn)MCW線性系數(shù)，F(xiàn)MCW效率，以及去極化系數(shù)，

ρ_T為目標(biāo)反射率，

λ為光波長(zhǎng)，

h為普朗克常數(shù)，并且

B為檢測(cè)器帶寬。

激光二極管具有400kHz線寬，這對(duì)于DFB和DBR激光器12是現(xiàn)有的。在圖4A和4B中，假設(shè)η_det＝0.8，η_lin＝0.5，η_FM＝0.8并且η_pol＝6。進(jìn)一步地，考慮α＝0.5km^-1，B＝0.5MHz，λ＝1550nm。

圖4A的激光雷達(dá)芯片具有50mm²的總面積，孔徑為5mm，而圖4B的激光雷達(dá)芯片具有12mm²的總面積，孔徑為2.5mm。在兩個(gè)激光雷達(dá)芯片中，假設(shè)2D掃描微鏡26具有0.5mm尺寸，結(jié)果是在波長(zhǎng)為1550nm的近紅外光具有0.2°的散度的傳輸波束，可在120°*60°視場(chǎng)中被掃描到。在激光雷達(dá)的接收段中掃描微鏡32的2D陣列具有與在傳輸段中的單個(gè)掃描微鏡26相同的結(jié)構(gòu)和相同的尺寸。圖4A的具有50mW的CW激光功率的激光雷達(dá)芯片具有在SNR為16dB時(shí)超過(guò)150m的距離能力，90％的檢測(cè)能力和10^-5的虛警概率。在另一方面，如圖4B所示的較小激光雷達(dá)芯片要求較低的激光功率--10mW，從而達(dá)到35m距離。

集成的芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)收發(fā)器器10能夠生成窄波束寬度(<0.2°)的光波束，可在廣視場(chǎng)(120°)下在兩個(gè)維度掃描到。在3D距離加2D目標(biāo)圖像的短距離成像得以實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)中掃描激光雷達(dá)模塊相比，所公開(kāi)的概念的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)具有>10³級(jí)別的較小體積，(2)降低了>10²級(jí)別的成本，(3)無(wú)需外部光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，(4)防震動(dòng)，(5)相比于在脈沖模式工作，當(dāng)工作于準(zhǔn)-CW模式時(shí)具有低光學(xué)功率，以及(6)通過(guò)改變集成在芯片上的激光和光檢測(cè)器材料而適應(yīng)不同工作波長(zhǎng)。該掃描激光雷達(dá)概念的另一特征為對(duì)微鏡進(jìn)行編程從而在優(yōu)化的2D模式下進(jìn)行掃描，首先在整個(gè)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行粗略掃描，隨后選擇性地集中于該目標(biāo)的更感興趣的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)改善的分辨率和/或更高的信噪比。進(jìn)一步地，該芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)的緊湊特性帶來(lái)了更小的尺寸、重量和功率，以便于在多種商業(yè)和軍用平臺(tái)裝配。

當(dāng)根據(jù)專(zhuān)利情況的要求對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解如何進(jìn)行改變以及修改，從而滿足其具體要求和條件。這些改變和修改可在不脫離此處公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)進(jìn)行。

上述示例的具體實(shí)施方式和優(yōu)選實(shí)施例旨在根據(jù)法律的要求進(jìn)行闡述并公開(kāi)。其不旨在徹底地公開(kāi)或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開(kāi)的特定形式，而是使得本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明如何適用于特定用途或?qū)嵤?。修改和改變的可能性?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。對(duì)示例的實(shí)施例的描述不意在進(jìn)行限制，其可包括容差、特征尺寸、具體工作條件、工程規(guī)定等，其在現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施或改變之間有所變化，而不受其限制。申請(qǐng)人針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)做出了本公開(kāi)，也考慮到其進(jìn)展以及對(duì)其在未來(lái)，也即相對(duì)于屆時(shí)的現(xiàn)有技術(shù)的可能的適應(yīng)。本發(fā)明的范圍旨在通過(guò)所寫(xiě)的權(quán)利要求及其可適用物的等同來(lái)定義。除非另有說(shuō)明，以單數(shù)形式引用的權(quán)利要求元素不意味著“一個(gè)且僅一個(gè)”。并且，本公開(kāi)中的元件、部件、方法或流程步驟不意在奉獻(xiàn)于公眾，不論其在權(quán)利要求中是否記載。權(quán)利要求的元素不應(yīng)理解為受限于35U.S.C.112第六段中的規(guī)定，除非該元素使用“用于...的方法”的形式明確記載。并且方法或流程步驟也不應(yīng)理解為受到其限制，除非使用“包括...步驟”的形式明確記載。

優(yōu)選的是包括所有在此處描述的元素、部分和步驟。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本領(lǐng)域來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，這些元素、部分和步驟可用其他元素、部分和步驟進(jìn)行替換或全部刪除。

本文至少公開(kāi)了如下內(nèi)容：一種芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)，包括用于傳輸波束的二維(2D)掃描微鏡和用于接收波束的2D掃描微鏡，激光二極管和光檢測(cè)器，在基板上耦合至激光二極管前面的第一波導(dǎo)和第一光柵外耦合以及耦合至激光二極管背面的第二波導(dǎo)和第二光柵外耦合。在結(jié)合至基板的介電層中并在激光二極管和光檢測(cè)器上的第一固定微鏡，第二微鏡，第三微鏡和對(duì)焦部件。光檢測(cè)器外耦合至第二固定微鏡和第三固定微鏡，用于相干檢測(cè)。

概念

本文至少公開(kāi)了如下概念。

概念

概念1.一種制造芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)的方法，包括：

在基板上形成用于傳輸波束的二維2D掃描微鏡；

在所述基板上形成用于接收波束的二維2D掃描微鏡；

在所述基板上形成激光二極管；

在所述基板上形成光檢測(cè)器；

在所述基板上形成耦合至所述激光二極管的前面的第一波導(dǎo)；

在所述基板上形成耦合至所述第一波導(dǎo)的第一光柵外耦合器；

在所述基板上形成耦合至所述激光二極管的背面的第二波導(dǎo)；

在所述基板上形成耦合至所述第二波導(dǎo)的第二光柵外耦合器；

在第一介電層中形成第一固定微鏡和第二固定微鏡；

在第二介電層中形成第三固定微鏡；

在第三介電層中形成對(duì)焦部件；

將所述第一、第二和第三介電層結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)；

在所述激光二極管和所述光檢測(cè)器上將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)至所述基板；以及

在所述激光二極管和所述光檢測(cè)器上將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合至所述基板。

概念2.根據(jù)概念1所述的方法：

其中在所述基板上形成激光二極管包括：

在第二基板上制造所述激光二極管；以及

將所述第二基板結(jié)合至所述基板；

其中在所述基板上形成光檢測(cè)器包括：

在第三基板上制造所述光檢測(cè)器；以及

將所述第三基板結(jié)合至所述基板；

概念3.根據(jù)概念1所述的方法，其中：

其中在所述基板上形成激光二極管包括：

使用分子、粘合劑或壓縮金屬結(jié)合技術(shù)將激光二極管材料層結(jié)合至所述基板；以及

處理所述激光二極管材料層從而形成所述激光二極管；

其中在所述基板上形成光檢測(cè)器包括：

使用分子、粘合劑或壓縮金屬結(jié)合技術(shù)將光檢測(cè)器材料層結(jié)合至所述基板；以及

處理所述光檢測(cè)器材料層從而形成所述激光二極管。

概念4.根據(jù)概念1或2或3所述的方法，其中：

所述第一波導(dǎo)、所述第二波導(dǎo)、所述第一光柵外耦合器和所述第二光柵外耦合器由在所述激光二極管的工作波長(zhǎng)中透明的材料層形成。

概念5.根據(jù)概念4所述的方法，其中：

所述材料層包括用于芯層的Si₃N₄以及用于包覆層的SiO₂，用于對(duì)于長(zhǎng)波紅外線LWIR頻帶可見(jiàn)的所述激光二極管的工作波長(zhǎng)，或者所述材料層包括用于芯層的Si以及用于包覆層的SiO₂，用于在近紅外光至中紅外光頻帶中的所述激光二極管的工作波長(zhǎng)。

概念6.根據(jù)概念1所述的方法，其中：

在所述第一介電層中形成所述第一固定微鏡和所述第二固定微鏡包括有模塑技術(shù)；

在所述第二介電層中形成所述第三固定微鏡包括有模塑技術(shù)；并且

在所述第三介電層中形成微透鏡包括有模塑技術(shù)。

概念7.根據(jù)概念1所述的方法，進(jìn)一步包括：

在所述第三介電層中形成腔，從而為所述激光二極管和所述光檢測(cè)器提供豎直適應(yīng)空間。

概念8.根據(jù)概念1所述的方法，其中用于在所述基板上進(jìn)行接收的所述二維2D掃描微鏡包括2D掃描微鏡陣列。

概念9.根據(jù)概念1所述的方法，其中：

所述激光二極管發(fā)出從紫外線UV到LWIR的任何光譜帶的光；并且

所述光二極管接收從UV到LWIR的任何光譜帶的光。

概念10.根據(jù)概念1所述的方法，其中：

從所述激光二極管的背面發(fā)出的光用作用于對(duì)所述光檢測(cè)器的接收波束進(jìn)行相干檢測(cè)的本地振蕩器。

概念11.根據(jù)概念1所述的方法，其中：

所述激光二極管在脈沖模式、準(zhǔn)-連續(xù)波CW模式，或調(diào)頻連續(xù)波FMCW模式下工作。

概念12.根據(jù)概念1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述基板上形成后檢測(cè)激光雷達(dá)處理電路。

概念13.根據(jù)概念1所述的方法，其中所述對(duì)焦部件包括菲涅耳波帶片F(xiàn)ZP或微透鏡。

概念14.根據(jù)概念1所述的方法，其中所述激光二極管包括分布式布拉格反射鏡DBR激光器或分布式反饋DFB激光器。

概念15.根據(jù)概念1所述的方法，其中所述2D掃描微鏡配置為與用于所述傳輸波束的2D掃描微鏡同步地進(jìn)行掃描。

概念16.一種芯片級(jí)掃描激光雷達(dá)，包括：

基板；

在所述基板上的、用于傳輸波束的二維2D掃描微鏡；

在所述基板上的、用于接收波束的二維2D掃描微鏡；

在所述基板上的激光二極管；

在所述基板上的光檢測(cè)器；

在所述基板上的、耦合至所述激光二極管的前面的第一波導(dǎo)；

在所述基板上的、耦合至所述第一波導(dǎo)的第一光柵外耦合器；

在所述基板上的、耦合至所述激光二極管的背面的在所述基板上的第二波導(dǎo)；

在所述基板上的、耦合至所述第二波導(dǎo)的第二光柵外耦合器；

在介電層中的第一固定微鏡，所述第一固定微鏡光耦合至所述第一光柵外耦合器；

在所述介電層中的第二固定微鏡，所述第二固定微鏡光耦合至所述第二光柵外耦合器；

在所述介電層中的第三固定微鏡，所述第三固定微鏡光耦合至用于所述接收波束的所述二維2D掃描微鏡；以及

在所述介電層中的對(duì)焦部件，所述對(duì)焦部件光耦合至所述第三固定微鏡；

其中所述光檢測(cè)器光耦合至所述第二固定微鏡和所述第三固定微鏡，用于相干檢測(cè)；并且

其中所述介電層在所述激光二極管和所述光檢測(cè)器上與所述基板對(duì)準(zhǔn)并結(jié)合至所述基板。

概念17.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，其中：

所述第一波導(dǎo)、所述第二波導(dǎo)、所述第一光柵外耦合器以及所述第二光柵外耦合器包括在所述激光二極管的工作波長(zhǎng)中透明的材料層。

概念18.根據(jù)概念17所述的激光雷達(dá)，其中：

所述材料層包括用于芯層的Si₃N₄以及用于包覆層的SiO₂，用于對(duì)于長(zhǎng)波紅外線LWIR頻帶可見(jiàn)的所述激光二極管的工作波長(zhǎng)，或者所述材料層包括用于芯層的Si以及用于包覆層的SiO₂，用于在近紅外光至中紅外光頻帶中的所述激光二極管的工作波長(zhǎng)。

概念19.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，進(jìn)一步包括：

在所述介電層中為所述激光二極管和所述光檢測(cè)器提供豎直適應(yīng)空間的腔。

概念20.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，其中在所述基板上用于進(jìn)行接收的所述二維2D掃描微鏡包括二維掃描微鏡陣列。

概念21.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，其中：

所述激光二極管發(fā)出從UV到LWIR的任何光譜帶的光；并且

所述光二極管接收從UV到LWIR的任何光譜帶的光。

概念22.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，其中：

所述激光二極管在脈沖模式、準(zhǔn)-連續(xù)波CW模式，或調(diào)頻連續(xù)波FMCW模式下工作。

概念23.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，進(jìn)一步包括在所述基板上的后檢測(cè)激光雷達(dá)處理電路。

概念24.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，其中所述對(duì)焦部件包括菲涅耳波帶片F(xiàn)ZP或微透鏡。

概念25.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，其中所述激光二極管包括分布式布拉格反射鏡DBR激光器或分布式反饋DFB激光器。

概念26.根據(jù)概念16所述的激光雷達(dá)，其中用于所述接收波束的2D掃描微鏡配置為與用于所述傳輸波束的2D掃描微鏡同步地進(jìn)行掃描。