[发明专利]集成相控阵激光雷达系统

权利要求书

1.一种集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括：激光相控阵发射模块、耦合光栅阵列接收模块和相干探测模块；

其中，所述激光相控阵发射模块包括相干激光光源和激光发射相控阵，所述相干激光光源包括主激光器及至少两个从激光器，所述主激光器用于输出种子激光，所述种子激光进入所述从激光器，并控制每一个从激光器分别产生并输出窄线宽、相位一致、频率一致的相干激光；所述激光发射相控阵包括至少两个阵元，所述阵元由相移单元和发射天线构成，所述相干激光光源输出的相干激光作为信号光进入所述阵元，经所述相移单元进行相位调制后，由所述发射天线射出，所有阵元发射的激光在远场形成特定的相干合成光束；

所述耦合光栅阵列接收模块包括成像光学系统和耦合光栅阵列，其中，所述成像光学系统将不同物空间目标点反射的回波激光汇聚到像方焦平面上的相应位置点；所述耦合光栅阵列的入射面位于所述成像光学系统的像方焦平面上，所述耦合光栅阵列包含多个耦合光栅，每一个耦合光栅对应像方焦平面上的一个位置点，用于接收成像光学系统汇聚的回波激光；

所述相干探测模块包括分支波导、总线波导和波导光电探测器，其中，每一根分支波导与每一个耦合光栅互联，用于传输耦合光栅接收到的回波激光；所述总线波导与每一根分支波导耦合互联，作为所述分支波导的公共输出端；所述总线波导还接收从所述相干激光光源发射的本振光，所述波导光电探测器与总线波导输出端互联，用于探测总线波导内的本振光与回波激光的相干光信号，并将该相干光信号转换为电信号。

2.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述主激光器及从激光器为片上集成近红外半导体激光器。

3.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述相移单元和发射天线为硅基片上集成器件。

4.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，至少两个从激光器为并联式连接，所述主激光器输出的种子激光经波导分束成功率相等的种子激光并耦合进每个从激光器。

5.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述至少两个从激光器为串联式连接，所述主激光器输出的种子激光分为两束功率不等的激光，功率较高的一路激光导入所述激光发射相控阵；功率较低的一路激光耦合入一个从激光器，并经该从激光器重新生成与所述种子激光相位、频率一致的功率放大的激光作为新的种子激光；所述新的种子激光经过分束器后，分为两束功率不等的新的激光，功率较高的一路新的激光导入所述相控阵发射模块；功率较低的一路新的激光耦合入下一个所述从激光器，依次例遍全部从激光器。

6.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述相移单元通过热光效应调制方式或载流子注入方式实现相位调制。

7.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述成像光学系统作为大孔径、大接收面积的光学天线，具有天线增益，与耦合光栅阵列配合使用以高效捕获空间返回的回波激光。

8.如权利要求7所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述耦合光栅阵列的入射面位于成像光学系统像方焦平面上，所述成像光学系统与耦合光栅阵列配合使用，将特定视场角范围内的回波激光汇聚到对应的耦合光栅上。

9.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，所述每一根分支波导与每一个耦合光栅互联，由该耦合光栅接收到的回波激光经由对应的分支波导传输到作为全部分支波导公共输出端的总线波导。

10.如权利要求1所述的集成相控阵激光雷达系统，其特征在于，任意所述耦合光栅接收的回波激光传输到总线波导，并在总线波导中与本振光进行光学相干，二者的相干光信号被波导光电探测器探测并转换为电信号。