[發明專利]基于鉺玻璃激光器的并行調頻連續波激光測距裝置

有效

• 申請號: 202010535534.X
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111796297B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王云祥;李響;邱琪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S17/34
• 分類號: G01S17/34;G01S7/481;G01S7/4911;G01S7/48
• 代理公司: 成都智言知識產權代理有限公司 51282
• 代理人: 濮云杉

本發明涉及基于鉺玻璃激光器的并行調頻連續波激光測距裝置，包括：泵浦源產生的激光通過腔鏡，將形成的多縱模線性調頻激光傳輸到光分路器，在腔鏡內還設有鉺玻璃和電光晶體，由泵浦源、鉺玻璃、和腔鏡共同構成了鉺玻璃激光器。所述光分路器的第一輸出端連接光環行器第一端口，光環行器的第二端口依次連接透射光柵和發射/接收光學望遠鏡，光分路器的第二輸出端與光環行器第三端口共同輸出至耦合器的輸入端，耦合器的輸出端依次連接解波分復用器、接收混頻模塊和信號處理模塊。本發明能夠對多縱模激光進行簡單穩定的線性調頻，大幅度提高了測量的精度和分辨率，實現了多通道并行調頻連續波激光測距測速。

技術領域

本發明涉及激光測距裝置，具體講是基于鉺玻璃激光器的并行調頻連續波激光測距裝置。

背景技術

激光雷達技術具有成像分辨率高、自動化程度高、非接觸、易集成等優勢，可以精確快速地獲取目標的三維空間信息，已經廣泛應用于自動駕駛技術，是自動駕駛汽車持續發展的關鍵組件。

目前市場上大多數的激光雷達都使用被稱為飛行時間(TOF)的第一代脈沖技術。該方法通過激光系統向目標發射一個激光脈沖，測量脈沖的往返時間來實現目標距離探測。調頻連續波(FMCW)激光雷達是基于相干激光測距原理，該技術使激光雷達的發射激光頻率隨時間線性變化，通過激光干涉技術獲取激光發射信號和回波信號所形成的差頻信號，從中提取目標的距離信息。調頻連續波技術使激光雷達的距離分辨率大大增強，并且可以利用多普勒效應直接進行速度檢測，除此之外，調頻連續波激光雷達還可以有效阻止背景輻射或其他雷達的干擾。

為了提高雷達采樣率，現代激光雷達系統采用了激光器陣列來代替傳統的機械式掃描(Schwarz B.Mapping the world in 3D[J].Nature Photonics,2010,4(7):429-430)，該方法只有在基于多幀數據進行計算復雜且容易出錯的分析算法后，才能獲得物體的運動信息。此外，該方法所需的激光器數量大，成本高，不適合量產。最近，洛桑聯邦理工學院的研究人員提出將單個調頻連續波泵浦激光耦合到集成氮化硅微腔中產生孤子微梳，泵浦激光的頻率調諧同步轉移至所有頻率梳的梳齒，從而實現多信道并行的相干激光雷達陣列(Riemensberger J,Lukashchuk A,Karpov M,et al.Massively parallel coherentlaser ranging using a soliton microcomb[J].Nature,2020,581(7807):164-170)。該方法的劣勢在于裝置復雜度高、光纖與氮化硅微腔的耦合效率低、器件成本高。因此，并行調頻連續波激光測距技術具有重要的研究和應用價值。

發明內容

本發明提供了一種基于鉺玻璃激光器的并行調頻連續波激光測距裝置，可以對多縱模激光進行簡單穩定的線性調頻，并提高測量的精度和分辨率，以及實現多通道并行調頻連續波激光測距測速。

本發明基于鉺玻璃激光器的并行調頻連續波激光測距裝置，包括：泵浦源產生的激光通過腔鏡，將形成的多縱模線性調頻激光傳輸到光分路器，在腔鏡內還設有鉺玻璃和電光晶體，由泵浦源、鉺玻璃、和腔鏡共同構成了鉺玻璃激光器。所述光分路器的第一輸出端連接光環行器第一端口，光環行器的第二端口依次連接透射光柵和發射/接收光學望遠鏡，光分路器的第二輸出端與光環行器第三端口共同輸出至耦合器的輸入端，耦合器的輸出端依次連接解波分復用器、接收混頻模塊和信號處理模塊。

本發明通過電光效應對多縱模窄線寬激光進行調制，實現了簡單穩定的線性調頻。如果使用電流直接注入半導體激光器的方式，由于其調諧機理以及內部結構等因素，絕大多數半導體激光器均存在嚴重的調頻非線性現象，會影響測量精度和分辨率。而使用本發明的電光晶體方式進行調頻則無需考慮調頻過程中的非線性影響，只需控制電光晶體的外加電壓隨時間線性變化，就可以實現穩定的激光線性調頻。

進一步的，所述的泵浦源為發射譜與鉺玻璃的吸收譜相匹配的半導體激光器，也可以是其他類型的激光發生器。