[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于VCSEL的多功能可調(diào)諧激光系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210695741.0
• 申請(qǐng)日: 2022-06-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115061145A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程立文;劉鵬飛;陳志朋;張家榮;羅雨中;張曦晨
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S17/08
• 分類(lèi)號(hào): G01S17/08;G01S17/89;G01S7/481;H01S5/183
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于VCSEL的多功能可調(diào)諧激光系統(tǒng)，包括：發(fā)射模塊包括垂直腔面發(fā)射激光器；透鏡模塊包括第一透鏡模塊和第二透鏡模塊；第二透鏡模塊包括微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器；接收模塊用于對(duì)微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器輸出的光束進(jìn)行采集和應(yīng)用；控制模塊用于對(duì)微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器進(jìn)行控制，來(lái)改變微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器各輸出端的光功率；微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器包括半波片和控制半波片旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；控制模塊包括控制單元和外部監(jiān)測(cè)模塊；外部監(jiān)測(cè)模塊用于獲取與光功率分配相關(guān)的外部數(shù)據(jù)，并將該外部數(shù)據(jù)發(fā)送至控制單元；控制單元向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于調(diào)整半波片的光軸與輸入光振動(dòng)方向的角度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于VCSEL的的多功能可調(diào)諧激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光系統(tǒng)目前主要用于測(cè)距、圖像掃描、污染檢測(cè)、信息處理、地表三維繪制等，其作為一種重要的電光結(jié)合系統(tǒng)，目前在無(wú)人機(jī)和自動(dòng)汽車(chē)駕駛等領(lǐng)域得到發(fā)展。激光系統(tǒng)主要包括激光的發(fā)射模塊、透鏡模塊、接收模塊、信號(hào)處理模塊等。工作原理上，主要是激光系統(tǒng)通過(guò)激光器受激發(fā)射發(fā)出光束，光束經(jīng)過(guò)透鏡系統(tǒng)打到目標(biāo)物體上，后反射并反饋到接收模塊。測(cè)定接收端，發(fā)射端與目標(biāo)物體之間的傳播距離，加以分析目標(biāo)物體表面反射的光的能量強(qiáng)弱，發(fā)射光的波幅，相位，頻率，速度，從而分析出目標(biāo)對(duì)象的精準(zhǔn)信息。

發(fā)射模塊包括激光發(fā)射器。半導(dǎo)體激光器憑借半導(dǎo)體材料作為增益介質(zhì)，具有高效率的光電轉(zhuǎn)換、成本低廉、使用可靠等特點(diǎn)。按照激光投射劃分的話(huà)，半導(dǎo)體激光器發(fā)射部分主要分兩種，為邊發(fā)射激光器EEL和面射型激光器。相較于邊發(fā)射激光器，垂直腔面激光器(VCSEL)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、波長(zhǎng)穩(wěn)定、體積小、沒(méi)有腔面閾值損傷、光束質(zhì)量更高、耦合效率高、且能夠制成一維或二維陣列、易與光纖適配耦合、可以根據(jù)需求的不同隨時(shí)變換、單縱模、物美價(jià)廉、功耗也低等優(yōu)點(diǎn)。隨著時(shí)間的發(fā)展，現(xiàn)在的垂直腔面激光器(VCSEL)也可參與調(diào)諧。

與傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器(LD)相比，垂直腔面激光器(VCSEL)輸出光束的發(fā)散角小，輸出圓光斑等特點(diǎn)簡(jiǎn)化了耦合環(huán)節(jié)，其可靠性高，工作溫度范圍寬的優(yōu)勢(shì)也更能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)用激光器的需求。此外，其電光轉(zhuǎn)換效率也遠(yuǎn)高于同類(lèi)所有激光器。所需驅(qū)動(dòng)電壓電流要求低，可進(jìn)行單通道和并行的光傳輸和光互連，輸出功率高，能量利用率高，封裝簡(jiǎn)單，成本低，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)使得它受到了一眾的認(rèn)可和好評(píng)。美中不足的是，垂直腔面激光器(VCSEL)探測(cè)的有效距離比較小，需要多級(jí)的光放大才有可能滿(mǎn)足日常的使用需求。

激光系統(tǒng)中，如何提高系統(tǒng)光束的信噪比、濾除雜光，以及如何設(shè)計(jì)激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使之滿(mǎn)足日常的生產(chǎn)生活等問(wèn)題，是我們需要探討的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有基于垂直腔面激光器的激光系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足日常使用的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于VCSEL的多功能可調(diào)諧激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠盡可能排除熒光信號(hào)，自然散射光信號(hào)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部振蕩的光信號(hào)等背景雜波信號(hào)干擾的情況下提高輸出信號(hào)的信噪比。

技術(shù)方案：一種基于VCSEL的多功能可調(diào)諧激光系統(tǒng)，包括：發(fā)射模塊、透鏡模塊、接收模塊和控制模塊；發(fā)射模塊，用于發(fā)射激光，其包括垂直腔面發(fā)射激光器；透鏡模塊，包括將激光射向目標(biāo)物的第一透鏡模塊和接收目標(biāo)物反射光束的第二透鏡模塊；第二透鏡模塊包括微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器；接收模塊，用于對(duì)所述微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器輸出的光束進(jìn)行采集和應(yīng)用；控制模塊，用于對(duì)所述微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器進(jìn)行控制，來(lái)改變微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器各輸出端的光功率；其中，微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器包括半波片和控制半波片旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；其中，控制模塊包括控制單元和外部監(jiān)測(cè)模塊；外部監(jiān)測(cè)模塊用于獲取與光功率分配相關(guān)的外部數(shù)據(jù)，并將該外部數(shù)據(jù)發(fā)送至控制單元；控制單元用于將外部數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)條件進(jìn)行比較，依據(jù)比較結(jié)果，向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于依據(jù)控制信號(hào)，調(diào)整半波片的光軸與輸入光振動(dòng)方向的角度，實(shí)現(xiàn)光功率分配。

進(jìn)一步的，第一透鏡模塊按照光路依次包括擴(kuò)束器、準(zhǔn)直透鏡、反射鏡和第一諧振腔。