[發明專利]一種帶動態基準反饋的調頻光源及其應用

在審

• 申請號: 202111003457.4
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113721251A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 黃錦熙;單子豪;鞏少斌
• 申請（專利權）人: 杭州視光半導體科技有限公司
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32;G01S7/481;G01S7/484;H01S5/0687
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發明公開了一種帶動態基準反饋的調頻光源及其應用，該調頻光源包括激光器、波長濾波器和積分電路；在光路上引入參考信號，參考信號與波長濾波器的輸出信號進行比較，通過積分電路實現激光器輸出波長的負反饋調節，最終實現頻率調節。本發明可以實現完美的線性掃頻，魯棒性好。該調頻光源具有極高的環境穩定性，在濾波器穩定的情況下，不僅可以徹底解決激光器自身的特性曲線偏移，還可以反饋鎖定激光器的線寬，使得激光器工作在更穩定、高品質的狀態，有利于提升FMCW、OFDR和OCT的測距距離和精度。該調頻光源沒有任何昂貴的檢測器件和高頻信號，成本和量產能力可以得到極大的保證。

技術領域

本發明屬于激光雷達技術領域，特別涉及一種帶動態基準反饋的調頻光源及其應用。

背景技術

激光雷達是一種用激光探測和測距的傳感器。它的原理是發射裝置向目標發射出激光，通過接收裝置測量返回激光的延遲和強度來測量目標的距離。

目前的激光雷達包括ToF激光雷達和FMCW激光雷達，其中ToF測距方式通過記錄激光發射和接收的時間差，再乘以光速計算出距離。FMCW利用發射頻率變化的連續波，利用頻率差、多普勒效應，確定物理位置，測量物體速度。FMCW具有探測距離遠、靈敏度高、抗干擾能力強、成本低、功耗低等優勢。但目前技術門檻極高，對系統集成、信號處理算法方面要求嚴格，且外調制成本較高，還沒有實現大規模量產。

連續調頻波測距在激光雷達中具有非常好的前景，其恒定功率帶來的電路穩定性，相干檢測帶來的完美抗噪性，以及可測速的特性，使得大家看好其取代脈沖飛行時間測距。通過改變激光器的電流，即可改變激光器的輸出波長，實現調制控制。但是，激光的工作狀態隨溫度，驅動和工齡的變化非常明顯。波長、電流-頻率調制效率會變，電流-頻率線性度也不理想。簡單的開環控制，一方面惡化激光器線寬，使得測距能力退化。另一方面，不完美的調頻線性度，使得拍頻展寬，降低測距精度和測距距離。

發明內容

本發明的目的在于提供一種帶動態基準反饋的調頻光源，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種帶動態基準反饋的調頻光源，包括激光器、波長濾波器和積分電路；在光路上引入參考信號，所述參考信號與所述波長濾波器的輸出信號進行比較，通過所述積分電路實現所述激光器輸出波長的負反饋調節，最終實現頻率調節。

進一步地，當所述參考信號與所述波長濾波器的輸出信號的波長相同時，負反饋輸出為零，波長能夠穩定輸出，通過調節所述參考信號實現對波長的同步調節。

進一步地，所述激光器為窄線寬激光器。

進一步地，所述積分電路包括積分器和偏置DAC。

進一步地，所述波長濾波器為非平衡馬赫曾德干涉器、微環諧振器或帶衰減的線性諧振光柵。

進一步地，所述參考信號與所述波長濾波器的輸出信號通過差分放大器進行比較；將所述差分放大器的輸出信號引入所述積分電路，通過負反饋調節激光器至所述差分放大器輸出為零，實現激光器頻率鎖定，進一步調節參考信號，實現對激光器波長的同步調節。

本發明提供的帶動態基準反饋的調頻光源，可以應用于調頻連續波激光雷達(FMCW)、光頻域反射計(OFDR)、光學相干層析(OCT)等調頻系統中。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明可以實現完美的線性掃頻，魯棒性好。由于激光器的波長-電流特性很難精確獲取，但波長濾波器的波長-輸出特性卻相對穩定。同時，該調頻光源具有極高的環境穩定性。激光器的特性會隨溫度和老化改變，該調頻光源在濾波器穩定的情況下，不僅可以徹底解決激光器自身的特性曲線偏移，還可以反饋鎖定激光器的線寬，使得激光器工作在更穩定、高品質的狀態，非常有利于提升FMCW、OFDR和OCT的測距距離和精度。最后，該調頻光源沒有任何昂貴的檢測器件和高頻信號，集成度也非常高，成本和量產能力可以得到極大的保證。

附圖說明