[发明专利]一种基于光路由器的车载激光雷达光源及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于光路由器的车载激光雷达光源及其工作方法，该光源包括种子光源、泵浦光源、光路由器、放大光纤和分光探测器，所述种子光源与光路由器的第一端口连接，所述泵浦光源通过放大光纤与光路由器的第二端口连接，所述分光探测器与光路由器的第三端口连接；所述种子光源用于提供光信号；所述放大光纤用于放大光信号；所述泵浦光源用于向放大光纤提供能量，实现对种子光源光信号的放大；所述光路由器用于提供输入输出端两级隔离，防止放大过程产生自激振荡和回波损害；所述分光探测器将光信号分出一部分，用于实现对放大器工作状态的实时监控，其余部分光信号输出。该车载激光雷达光源光路紧凑，制造成本低，体积小，有利于实现光源微型化。

技术领域

本发明属于光纤通讯及激光雷达技术领域，具体涉及一种基于光路由器的车载激光雷达光源及其工作方法。

背景技术

车载激光雷达是未来智能辅助驾驶、无人驾驶汽车多传感器体系中必不可少的核心传感器之一，随着无人驾驶市场的高速发展，越来越多的企业加入对激光雷达的新应用开发和对先进技术的追求。据《中国自动驾驶发展报告2020》的表述，2025年后激光雷达应用会加速，届时政策、技术、基础设施比较完善，而L3级别车型也会较大规模推出，伴随着激光雷达的价格因技术的成熟会大幅降低，搭载激光雷达的车型也将不再仅限于高端车型，而是下探到中高端走量车型。

随着目前车载激光雷达技术发展日渐成熟，为了提高探测精度及探测距离，对激光光源的窄脉冲，高峰值光功率指标要求也随之提高。激光光源是车载激光雷达的核心器件之一，目前车载激光雷达的光源跟扫地机中的激光雷达一样，大多采用905 nm的激光器，存在人眼安全问题，特别是在工作距离达到150 m以上，905 nm的激光器的光功率超过了人眼安全的阈值时，必须采用人眼安全波段的激光器，1550 nm就是人眼安全波段的典型代表，相比于905 nm激光，同等功率的1550 nm激光人眼安全性提高40倍。在同样的光斑大小和脉宽条件下，1550 nm激光的最大允许曝光量和最大允许峰值光功率值均比905 nm激光高出几个数量级。背景光干扰问题相对较小，可以实现远距离探测；同时采用相干技术，探测器只对自身发射的激光回波响应，信噪比远高于905nm-ToF激光雷达，最大探测距离可以达到1000米以上，特殊场景下可以达到数公里。在相同人眼安全等级的功率下，905 nm激光雷达很难在200 m以外的高速公路上看到高度为10 cm左右的物体，但是1550 nm激光雷达却可以将检测距离提高到300 m以上。此外，1550 nm配合调频连续波(FMCW)的技术，不仅可以检测距离，同时可以利用多普勒频移来测量物体的速度。综上所述，车载激光雷达的理想光源是人眼安全性高、高功率、短脉冲、高光束质量、可靠性高、价格低、体积小、更远的探测距离。车载激光雷达光源在车载雷达系统中的应用如图1所示，光源经过发射光路发出探测信号到目标，经目标反射后的信号被接收光路接收，然后进入信号处理分析。

现有的一种车载激光雷达光源，如图2所示，种子光源发射1550nm波段信号光由大功率隔离器输入端输入，大功率隔离器输出端为双纤波分复用，泵浦光源（980nm）在大功率隔离器输出端通过波分复用和1550nm合波，种子光源和泵浦光源耦合在一起，一起进入掺铒光纤。经过掺铒光纤放大后的光信号，经过探测器，分出一部分实现对放大器工作状态的实时监控，其余放大光信号经过高功率隔离器输出。这种光源结构中需要用到两个大功率隔离器，其中一个带波分复用功能实现种子光源和泵浦光源复用，另一个在输出端使用；掺铒光纤只是单次使用，需要更长的长度，成本高。由于光学器件多，掺铒光纤更长，且隔离器只能左右两个端口出纤，因此光源模块在盘盒时需要有足够的空间供器件摆放和光纤盘绕，使得整个光源模块体积比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光路由器的车载激光雷达光源及其工作方法，该光源光路紧凑，制造成本低，有利于实现光源微型化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于光路由器的车载激光雷达光源，包括种子光源、泵浦光源、光路由器、放大光纤和分光探测器，所述种子光源与光路由器的第一端口连接，所述泵浦光源通过放大光纤与光路由器的第二端口连接，所述分光探测器与光路由器的第三端口连接；