发射单元和固态激光雷达制造技术

本发明专利技术提供了一种发射单元和固态激光雷达。发射单元包括VCSEL激光器；VCSEL激光器设置有高对比度亚波长光栅结构；VCSEL激光器的工作模式为单TM模式；高对比度亚波长光栅的周期小于VCSEL激光器发出的探测光的波长。通过根据VCSEL激光器的探测光的波长，选取周期小于该波长HCG光栅，从而保证激光器发出的出射光始终是单TM模激射的零级衍射光，以使VCSEL激光器11始终保持最小的发散角。激光器11始终保持最小的发散角。激光器11始终保持最小的发散角。

【技术实现步骤摘要】
发射单元和固态激光雷达


[0001]本申请属于半导体激光器
，尤其涉及一种发射单元和固态激光雷达。

技术介绍

[0002]FLASH固态激光雷达由于无机械旋转部件，可靠性高，环境适应性强，价格低以及易于批量化生产等优点近年来得到了快速发展。
[0003]常规的固态激光雷达所使用的激光器具有单位面积电光转化效率低、内阻高以及发散角大等缺点，不仅需要较大的驱动电流，还大大降低了准直效率，增加了驱动难度和成本。因此现有技术中固态激光雷达的测距能力低，进而影响了固态激光雷达的发展。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种发射单元和固态激光雷达，旨在解决现有技术中激光器发散角大等原因导致固态激光雷达的测距能力低的问题。
[0005]本专利技术实施例的第一方面提供了一种发射单元；所述发射单元包括VCSEL激光器；所述VCSEL激光器设置有高对比度亚波长光栅结构；所述VCSEL激光器的工作模式为单TM模式；所述高对比度亚波长光栅的周期小于所述VCSEL激光器发出的探测光的波长。
[0006]本专利技术实施例的第一方面提供了一种固态激光雷达，包括接收单元、供电单元、控制单元以及如上第一方面提供的固态激光雷达；
[0007]所述供电单元分别向所述发射单元、所述接收单元、所述控制单元供电；所述控制单元与所述发射单元、所述接收单元连接；
[0008]所述发射单元还包括多通道激光驱动器、准直光学系统；
[0009]所述控制单元用于所述控制多通道激光驱动器驱动VCSEL激光器发射探测光；所述准直光学系统用于使发射的探测光形成预设的发散角；
[0010]所述接收单元包括光学滤波系统、聚光光学系统以及多通道面阵探测器；
[0011]所述光学滤波系统用于去除经物体反射的探测光中的背景噪声；
[0012]所述聚光光学系统用于将去除背景噪声后的探测光汇聚到所述多通道面阵探测器；
[0013]所述多通道面阵探测器用于将接收到的探测光转化为电信号，并发送给所述控制单元。
[0014]在一些可能的实现方式中，所述光学滤波系统包括窄带滤光单元和偏振单元；
[0015]所述窄带滤光单元用于去除经物体反射的探测光中与所述探测光的波长不同或模式不同的背景噪声；
[0016]所述偏振单元用于去除经物体反射的探测光中与所述探测光的波长相同、偏振角度不同的背景噪声。
[0017]在一些可能的实现方式中，所述窄带滤光单元满足下述条件：
[0018][0019][0020][0021][0022]其中，Δτ为所述窄带滤光单元的带通宽度，为不同入射角度对应的窄带滤光单元中心波长漂移，为不同温度对应的窄带滤光单元中心波长漂移，为窄带滤光单元由于加工制造误差导致的中心波长和带宽偏差，为所述VCSEL激光器的中心波长和带宽偏差；λ
f
为所述多通道面阵探测器所能探测到的最小波长，λ
c
为窄带滤光单元的透过带宽理论中心波长，λ
e
为所述多通道面阵探测器所能探测到的最大波长，OD
n
为所述窄带滤光单元要求的截止深度，r为透过区域波长透过率。
[0023]在一些可能的实现方式中，所述窄带滤光单元的透过带宽理论中心波长与所述VCSEL激光器的理论中心波长相同；所述透过带宽理论中心波长为所述窄带滤光单元在其可透过波长范围中的中心波长。
[0024]在一些可能的实现方式中，所述偏振单元用于透过TM模式的光并截止TE模式的光。
[0025]在一些可能的实现方式中，所述VCSEL激光器包括第一选通器和矩阵排布的多个发光单元；所述第一选通器用于根据控制单元的控制信号选通对应的发光单元；所述多通道面阵探测器包括至少一个第二选通器和矩阵排布的光电转换元件，所述发光单元与所述光电转换元件相对应；所述第二选通器用于根据控制单元的控制信号选通对应通道的光电转换元件；所述固态激光雷达还包括第一计时器和至少一个第二计时器，所述第一计时器用于记录各个发光单元的发光时刻；每个第二选通器对应一个第二计时器；每个第二计时器用于记录第二选通器选通对应通道光电转换元件的信号接收时刻。
[0026]在一些可能的实现方式中，所述控制单元用于执行以下步骤：
[0027]根据预先设定的各个发光单元的发光顺序确定各个发光单元的触发时间；
[0028]根据各个发光单元的触发时间向所述第一选通器发送控制信号以使所述第一选通器选通对应的发光单元；在某发光单元选通时，向所述第二选通器发送控制信号以使所述第二选通器选通与该发光单元对应的目标光电转换元件，同时向所述供电单元发送控制信号以使所述目标光电转换元件的供电电压周期性变化，并在所述目标光电转换元件的供电电压变化至少1个周期后确定完成该发光单元对应的探测区域的扫描；
[0029]在完成所有发光单元对应的探测区域的扫描后，根据探测区域扫描时第一计时器获取的发光时刻和第二计时器获取的信号接收时刻确定固态激光雷达的探测结果。
[0030]在一些可能的实现方式中，所述控制单元还用于执行以下步骤：
[0031]按行划分/按列划分/按二维寻址的方式划分矩阵排布的多个发光单元，将每次所选的发光单元的发光区域作为一个探测区域。
[0032]在一些可能的实现方式中，还包括壳体；所述发射单元、所述接收单元、所述供电单元、所述控制单元均设置在所述壳体内；所述壳体上设置有与所述发射单元对应的出射光学窗口和与所述接收单元对应的探测光学窗口；所述出射光学窗口与所述探测光学窗口
之间隔光。
[0033]本专利技术实施例提供的发射单元；发射单元包括VCSEL激光器；VCSEL激光器设置有高对比度亚波长光栅结构；VCSEL激光器的工作模式为单TM模式；高对比度亚波长光栅的周期小于VCSEL激光器发出的探测光的波长。通过根据VCSEL激光器的探测光的波长，选取周期小于该波长HCG光栅，从而保证激光器发出的出射光始终是单TM模激射的零级衍射光，以使VCSEL激光器始终保持最小的发散角。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本专利技术实施例提供的固态激光雷达的结构示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例提供的高对比度亚波长光栅的截面图；
[0037]图3是本专利技术实施例提供的VCSEL的结构示意图；
[0038]图4是本专利技术实施例提供的VCSEL的发散角
‑
功率曲线图；
[0039]图5是本专利技术实施例提供的HCG
‑
VCSEL的结构示意图；
[0040]图6是本专利技术实施例提供的HCG
‑
VCSEL的发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发射单元，其特征在于，所述发射单元包括VCSEL激光器；所述VCSEL激光器的出光面上设置有高对比度亚波长光栅结构；所述VCSEL激光器的工作模式为单TM模式；所述高对比度亚波长光栅的周期小于所述VCSEL激光器发出的探测光的波长。2.一种固态激光雷达，其特征在于，还包括接收单元、供电单元、控制单元以及如权利要求1所述的发射单元；所述供电单元分别向所述发射单元、所述接收单元、所述控制单元供电；所述控制单元与所述发射单元、所述接收单元连接；所述发射单元还包括多通道激光驱动器、准直光学系统；所述控制单元用于所述控制多通道激光驱动器驱动VCSEL激光器发射探测光；所述准直光学系统用于使发射的探测光形成预设的发散角；所述接收单元包括光学滤波系统、聚光光学系统以及多通道面阵探测器；所述光学滤波系统用于去除经物体反射的探测光中的背景噪声；所述聚光光学系统用于将去除背景噪声后的探测光汇聚到所述多通道面阵探测器；所述多通道面阵探测器用于将接收到的探测光转化为电信号，并发送给所述控制单元。3.根据权利要求2所述的固态激光雷达，其特征在于，所述光学滤波系统包括窄带滤光单元和偏振单元；所述窄带滤光单元用于去除经物体反射的探测光中与所述探测光的波长不同或模式不同的背景噪声；所述偏振单元用于去除经物体反射的探测光中与所述探测光的波长相同、偏振角度不同的背景噪声。4.根据权利要求3所述的固态激光雷达，其特征在于，所述窄带滤光单元满足下述条件：件：件：件：其中，Δτ为所述窄带滤光单元的带通宽度，为不同入射角度对应的窄带滤光单元中心波长漂移，为不同温度对应的窄带滤光单元中心波长漂移，为窄带滤光单元由于加工制造误差导致的中心波长和带宽偏差，为所述VCSEL激光器的中心波长和带宽偏差；λ
f
为所述多通道面阵探测器所能探测到的最小波长，λ
c
为窄带滤光单元的透过带宽理论中心波长，λ
e
为所述多通道面阵探测器所能探测到的最大波长，OD
n
为所述窄带滤光单元要求的截止深度，r为透过区域波长透过率。5.根据权利要求3所述的固态激光雷达，其特征在于，所述窄带滤光单元的透过带宽理论中心波长与所述VCSEL激光器的理论中...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉松，林建东，秦屹，
申请(专利权)人：森思泰克河北科技有限公司，
类型：发明
国别省市：