一种用于相干激光雷达的连续激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于相干激光雷达的连续激光器。公开了应用于激光雷达的一种大范围超快反应器，通过正反两次驱动声光互作用晶体后，激光的频率发生2频移，带宽增加了一倍，测量物体的精细度提升一倍。激光雷达使用该大范围超快反应器的时候，既能保证中心频率的稳定性，也能保证巨量的调谐范围。本发明专利技术对声光互作用晶体可以采用二维复用、三维复用等多种方法组合，从而产生多种不同的调谐范围，极大地增强了激光器的调谐的灵活性和复用性。采用本发明专利技术的技术，当输出光在频率上具有脉冲特性后，就可以根据时间差来计算被探测物体的距离。当激光器输出光发生了频移，可以有效的和基频噪声区别开，从而有效提高被探测物体的数据的真实性。据的真实性。据的真实性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于相干激光雷达的连续激光器


[0001]本专利技术涉及激光雷达，尤其涉及一种用于相干激光雷达的连续激光器。

技术介绍

[0002]激光雷达(Laser detection and ranging，LiDAR)是一种使用激光进行成像、侦查和测距的主动遥感技术，具有分辨力高、精度高、设备轻巧、抗干扰能力强等优势。继 1960 年激光专利技术之后，雷达(radio detection and ranging，Radar)的工作波段和技术很快就被研究者们从微波波段迁移到了光波波段。相比于传统的微波雷达技术，激光雷达工作在波长更短的光频波段， 这使得激光雷达出射波束可以实现更小的发散角与更好的方向性，而更短的工作波长也使雷达探测时可实现的距离分辨力与角分辨力大大提高。激光雷达探测时可获得目标距离、速度、反射率等丰富信息，获取的三维点云数据通常被用于生成高分辨力三维地图或者三维模型，被广泛应用于测绘学、地形学、林业学、 大气物理、激光制导、航空航天、深空探测和无人驾驶等领域。
[0003]目前激光雷达的检测机制主要分为两种：非相干检测与相干检测。非相干检测也被称为直接检测，通过直接测量反射光信号强度的变化实现探测，由于探测方式较为简单直接，广泛应用于飞行时间(time of flight, TOF)激光雷达或调幅连续波激光雷达。相干检测使用外差检测的方法，通过测量回波信号与本振信号的频率或相位差实现探测。目前主流的相干检测雷达包括频率调制连续波(frequency modulation continuous wave，FMCW)激光雷达与多普勒测速激光雷达。外差检测方式相比于直接检测方式具有更高的灵敏度，这令相干检测型激光雷达可以工作在更低的发射功率下。
[0004]根据调谐器件与激光器的关系，目前实现激光光载波频率调制的方法可以分为内调制技术和外调制技术两种。内调制技术是指调制过程与激光振荡建立同时进行的调制技术，通过调制改变激光腔的谐振参数，从而实现激光器输出频率的变化，主要包括调制谐振腔的光学长度或改变腔内的增益损耗谱位置等方式；外调制技术是指在激光振荡建立之后，在激光出射的光路上使用调制器对光场参数进行调制的技术。
[0005]本专利技术的专利技术人研究发现：调谐性好的光源大多不够稳定，稳定的光源大多不能宽可调谐。从调制方式的角度而言，内调制方式由于直接改变谐振腔参数，获得大调谐范围相对容易，但是由于激光建立时间的存在会造成输出调频光的瞬时线宽比较宽，导致光源相干长度的减少；或者为了建立起稳定光场就必须限制调谐速率。外调制方式通过声光效应等调谐机制能够在保持种子光的优异特性的同时快速改变光场的瞬时频率，但是由于声光效应本身的工作带宽有限，限制了光源调谐范围的增加，即限制了该系统可实现的最高分辨力。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种用于相干激光雷达的连续激光器，通过设计一种高带宽的超快调谐的大范围超快反应器，来使得光源具有长相干性的特性下达到足
够宽的频率调谐范围。
[0007]一种用于相干激光雷达的连续激光器，包括：连续光源，耦合器，放大器，大范围超快反应器和环形器；其中，连续光源用于输出连续的单频激光信号；所述耦合器用于将连续光源输出的信号分为两路，一路作为探测光，一路作为本振光；所述放大器用于将耦合器输出的探测光进行放大后输出到所述大范围超快反应器；所述大范围超快反应器用于将输出的连续单频信号转换为频率周期性变化，且在功率上连续的激光信号；所述大范围超快反应器包括调制信号产生装置、第一准直器、一个或n个正角度频率转换单元，一个或n个负角度频率转换单元和第二准直器；n为整数，n≥2；其中，调制信号产生装置用于输出调制信号，所述调制信号为按照预定周期变化的使能信号；使能信号包括0和1；第一准直器用于接收放大器输出的信号，并对接收到的信号准直后输出至正角度频率转换单元的第一声光互作用晶体；正角度频率转换单元包括第一压电转换器和第一声光互作用晶体；所述第一压电转换器用于接收调制信号产生装置产生的调制信号，并将调制信号转换为声波信号；第一声光互作用晶体用于响应第一压电转换器输入的声波信号；负角度频率转换单元包括第二压电转换器和第二声光互作用晶体，所述第二压电转换器用于接收调制信号产生装置产生的调制信号，并将调制信号转换为声波信号；第二声光互作用晶体与第一声光互作用晶体并排放置，且方向相差180
°
，第二声光互作用晶体用于响应第二压电转换器输入的声波信号；正角度频率转换单元与负角度频率转换单元产生的声波信号方向相反；第二准直器用于将负角度频率转换单元的第二声光互作用晶体输出的信号准直后输出；第二声光互作用晶体与第一声光互作用晶体的数量相同；当使能信号为1时，经过一个正角度频率转换单元输出的信号频率增加预定的频移量，激光偏转角度增加预定的角度A，经过一个负角度频率转换单元输出的信号频率增加预定的频移量，激光偏转角度增加预定的角度
‑
A；当使能信号为0时，通过大范围超快反应器的光信号频率和方向不改变；所述环形器用于输出从大范围超快反应器输入的信号，并将接收到的返回光信号从另一端口输出。
[0008]进一步的，所述大范围超快反应器包括1个正角度频率转换单元和1个负角度频率转换单元；第一声光互作用晶体和第二声光互作用晶体并排排列；当使能信号为1时，大范围超快反应器输出的信号频率增加频移量。
[0009]进一步的，所述大范围超快反应器包括n个正角度频率转换单元，n个负角度频率转换单元；n为整数，n≥2；所述n个第一声光互作用晶体并排排列，所述n个第二声光互作用晶体并排排列；当使能信号为1时，经过n个正角度频率转换单元输出的信号频率增加频移量，激光偏转角度增加预定的角度n
×
A，经过n个负角度频率转换单元输出的信号频率增加频移量，激光偏转角度增加预定的角度
‑
n
×
A；当使能信号为1时，大范围超快反应器输出的信号频率增加频移量。
[0010]进一步的，所述大范围超快反应器还包括两个折返镜；折返镜用于将输入的激光改变180
°
输出，且不与原激光的光路重合；两个折返镜分别为第一折返镜和第二折返镜；第一折返镜设置在第一声光互作用晶体的外侧，第二折返镜设置在在第二声光互作用晶体的外侧；第二声光互作用晶体输出的激光经第二折返镜反射后再次通过第一声光互作用晶体和第二声光互作用晶体，继而入射到第一折返镜；入射到第一折返镜的激光被反射后再次通过第一声光互作用晶体和第二声光互作用晶体后输出至第二准直器。
[0011]进一步的，所述大范围超快反应器还包括2m个折返镜；m为整数，m≥2；折返镜用于将输入的激光改变180
°
输出，且不与原激光的光路重合；2m个折返镜分为两组，分别是第一折返镜单元和第二折返镜单元；第一折返镜单元包括m个折返镜，分布在第一声光互作用晶体的外侧，第二折返镜单元包括m个折返镜，分布在第二声光互作用晶体的外侧；第二声光互作用晶体输出的激光经第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于相干激光雷达的连续激光器，其特征在于，包括：连续光源，耦合器，放大器，大范围超快反应器和环形器；其中，连续光源用于输出连续的单频激光信号；所述耦合器用于将连续光源输出的信号分为两路，一路作为探测光，一路作为本振光；所述放大器用于将耦合器输出的探测光进行放大后输出到所述大范围超快反应器；所述大范围超快反应器用于将输出的连续单频信号转换为频率周期性变化，且在功率上连续的激光信号；所述大范围超快反应器包括调制信号产生装置、第一准直器、一个或n个正角度频率转换单元，一个或n个负角度频率转换单元和第二准直器；n为整数，n≥2；其中，调制信号产生装置用于输出调制信号，所述调制信号为按照预定周期变化的使能信号；使能信号包括0和1；第一准直器用于接收放大器输出的信号，并对接收到的信号准直后输出至正角度频率转换单元的第一声光互作用晶体；正角度频率转换单元包括第一压电转换器和第一声光互作用晶体；所述第一压电转换器用于接收调制信号产生装置产生的调制信号，并将调制信号转换为声波信号；第一声光互作用晶体用于响应第一压电转换器输入的声波信号；负角度频率转换单元包括第二压电转换器和第二声光互作用晶体，所述第二压电转换器用于接收调制信号产生装置产生的调制信号，并将调制信号转换为声波信号；第二声光互作用晶体与第一声光互作用晶体并排放置，且方向相差180
°
，第二声光互作用晶体用于响应第二压电转换器输入的声波信号；正角度频率转换单元与负角度频率转换单元产生的声波信号方向相反；第二准直器用于将负角度频率转换单元的第二声光互作用晶体输出的信号准直后输出；第二声光互作用晶体与第一声光互作用晶体的数量相同；当使能信号为1时，经过一个正角度频率转换单元输出的信号频率增加预定的频移量，激光偏转角度增加预定的角度A，经过一个负角度频率转换单元输出的信号频率增加预定的频移量，激光偏转角度增加预定的角度
‑
A；当使能信号为0时，通过大范围超快反应器的光信号频率和方向不改变；所述环形器用于输出从大范围超快反应器输入的信号，并将接收到的返回光信号从另一端口输出。2.根据权利要求1所述的一种用于相干激光雷达的连续激光器，其特征在于，所述大范围超快反应器包括1个正角度频率转换单元和1个负角度频率转换单元；第一声光互作用晶体和第二声光互作用晶体并排排列；当使能信号为1时，大范围超快反应器输出的信号频率增加频移量。3.根据权利要求1所述的一种用于相干激光雷达的连续激光器，其特征在于，所述大范围超快反应器包括n个正角度频率转换单元，n个负角度频率转换单元；n为整数，n≥2；所述n个第一声光互作用晶体并排排列，所述n个第二声光互作用晶体并排排列；
当使能信号为1时，经过n个正角度频率转换单元输出的信号频率增加频移量，激光偏转角度增加预定的角度n
×
A，经过n个负角度频率转换单元输出的信号频率增加频移量，激光偏转角度增加预定的角度
‑
n
×
A；当使能信号为1时，大范围超快反应器输出的信号频率增加频移量。4.根据权利要求1所述的一种用于相干激光雷达的连续激光器，其特征在于，所述大范围超快反应器还包括两个折返镜；折返镜用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，黄光焰，熊梦杰，
申请(专利权)人：武汉聚合光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：