[發明專利]一種主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202011252458.8
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112444817A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 李朝暉;曹子晗;卓少斌;黃向信;宋景翠
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S17/894
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 王曉玲

1.一種主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，包括激光器(1)、電光調制器(2)、任意函數發生器(3)、硫系芯片(4)、分束器(5)、光放大器(6)、微光學衍射元件(7)、本振延遲器(8)、光電探測器(9)、相干接收機(10)、控制計算機(11)以及圖像處理裝置(12)；所述的激光器(1)的輸出端口與電光調制器(2)的光源輸入端口連接，所述的任意函數發生器(3)的波形輸出端口與電光調制器(2)的微波信號輸入端口連接，電光調制器(2)的信號輸出端口與硫系芯片(4)的輸入端口連接，所述的硫系芯片(4)的輸出端口與分束器(5)連接，分束器(5)的主光束輸出端與光放大器(6)的輸入端連接，光放大器(6)的輸出端與微光學衍射元件(7)連接；分光束的本振光束的輸出端與本振延遲器(8)連接；本振延遲器(8)的輸出端、以及光電探測器(9)的輸出端均與相干接收機(10)的輸入端連接，相干接收機(10)的輸出端與控制計算機(11)連接，控制計算機(11)與圖像處理裝置(12)連接。

2.根據權利1所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，還包括熱電冷卻器(13)，所述的熱電冷卻器(13)與光電探測器(9)連接。

3.根據權利要求1所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，所述的硫系芯片(4)包括襯底(41)、硫系微環諧振腔(42)以及直波導(43)，所述的硫系微環諧振腔(42)和直波導(43)均設于襯底(41)的頂部，硫系微環諧振腔(42)與總線直波導(43)相互耦合。

4.根據權利要求3所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，所述的硫系微環諧振腔(42)的微環半徑值為50um～200um，微環厚度為0.7um～1um，微環的寬度為1.9um～2.5um，腔自由光譜FSR為130Ghz～520Ghz。

5.根據權利要求3所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，所述的硫系芯片(4)能夠將連續波激光轉換為光脈沖序列，產生穩定的中遠紅外孤子頻梳，使單束激光變為并行多通道光源。

6.根據權利要求5所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，所述的激光器(1)輸出的激光為窄線寬光源，中心波長為8um～11um。

7.根據權利要求5所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，所述的任意函數發生器(3)產生的波形為三角波的線性調頻信號，帶寬為1Ghz-5Ghz，調制速率為100khz-10Mhz。

8.根據權利要求1至7任一項所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，所述的微光學衍射元件(7)每毫米有50～100條刻痕，對光源可進行分光衍射。

9.根據權利要求8所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，其特征在于，所述的光電探測器(9)為由碲鎘汞材料制成的雪崩光電二極管。

10.一種主被動探測結合的遠紅外激光雷達測量方法，其特征在于，使用權利要求1至9任一項所述的主被動探測結合的遠紅外激光雷達裝置，包括以下步驟：

在主動成像模式下：

激光雷達對光電探測器(9)施加正向偏壓；激光器(1)發射遠紅外泵浦激光進入電光調制器(2)，任意函數發生器(3)產生特點波形進入電光調制器(2)，對泵浦光進行頻率調制；

調制后的泵浦光進入硫系芯片(4)，利用硫系芯片(4)的克爾耗散效應，將單頻的三角波調頻連續波的頻率啁啾特性無失真的傳導給所產生的每一根梳齒上，在色散、非線性、腔體泵浦和損耗雙重平衡的條件下，時域上連續波激光被轉換為穩定的光脈沖序列，從而產生穩定的中遠紅外波段孤子頻梳，使單束激光變為并行多通道光源；

經硫系芯片(4)調制后的激光經分束器(5)分為主發射光束與本振光束，主發射光束經光放大器(6)放大后，進入微光學衍射元件(7)，通過微光學衍射元件(7)將調制光衍射到空間各處，實現對物體的探測；本振光束進入本振延遲器(8)進行進一步處理；

主發射光束探測到物體后發生反射，回波信號再次進入激光雷達，并被光電探測器(9)接收，信號與分束器(5)所得的本振光束一同進行相干探測，經相干接收機(10)進行成像；

相干接收機(10)成像后的信號，進一步通過控制計算機(11)和圖像處理模塊進行分析處理；

在被動成像模式下：

激光雷達對光電探測器(9)施加反向偏壓；外界物體所發射的熱輻射信號被激光雷達的光電探測器(9)接收；

光電探測器(9)將信號傳輸至相干接收機(10)進行成像，相干接收機(10)成像后的信號，進一步通過控制計算機(11)和圖像處理模塊進行分析處理。