[发明专利]基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置

权利要求书

1.基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置，包括波长扫描激光器、光分束器、PD探头、光环形器、APD探头、准直器、光学色散器件和宽带光滤波器，其特征在于：

波长扫描激光器的输出端与光分束器的输入端光纤连接；光分束器的主输出端与光环形器的第一端口光纤连接；光分束器的次输出端与PD探头输入端光纤连接；光环形器的第二端口与准直器的输入端光纤连接；光环形器的第三端口与APD探头输入端光纤连接；从准直器输出的激光注入光学色散器件；从光学色散器件输出的激光经过宽带光滤波器射到外围环境；

所述的波长扫描激光器包括半导体光放大器、一段光纤、快速扫描光滤波器、慢速扫描光滤波器、光耦合器和光隔离器；半导体光放大器的输入端和一段光纤的一端光纤连接；半导体光放大器的输出端和快速扫描光滤波器的输入端光纤连接；快速扫描光滤波器的输出端和慢速扫描光滤波器的输入端光纤连接；慢速扫描光滤波器的输出端和光耦合器的输入端光纤连接；光耦合器的一个输出端和光隔离器的输入端光纤连接；光隔离器的输出端和一段光纤的另一端光纤连接；光耦合器的另外一个输出端作为波长扫描激光器的输出端；其中半导体光放大器、一段光纤、快速扫描光滤波器、慢速扫描光滤波器、光耦合器、光隔离器构成环形结构的谐振腔。

2.根据权利要求1所述的基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置，其特征在于：还包括光滤波器驱动器和数据处理模块；光滤波器驱动器的两个输出端分别和快速扫描光滤波器、慢速扫描光滤波器的控制端口信号连接；光滤波器驱动器的输入端和数据处理模块信号连接；所述PD探头和APD探头也与数据处理模块信号连接。

3.根据权利要求1所述的基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述的半导体光放大器输出功率大于10mW，工作带宽覆盖1450-1650nm。

4.根据权利要求3所述的基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述的快速扫描光滤波器是电驱动、响应频率到MHz量级、波长扫描范围覆盖1450-1650nm、透射带宽为F1的全固态光滤波器；

所述的慢速扫描光滤波器是电驱动、响应频率到kHz量级、波长扫描范围覆盖1450-1650nm、透射带宽为F2的全固态光滤波器。

5.根据权利要求3所述的基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述的光学色散器件用于实现对1450-1650nm范围内的空间分光。

6.一种测距方法，采用权利要求1至5中任一项所述的基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置，其特征在于：

调节所述波长扫描激光器，使之处于波长受限傅里叶域锁模工作状态，输出脉冲激光的波长决定于慢扫描滤波器的中心波长，并以kHz或更低的频率周期性变化；

脉冲激光经过光学色散器件后按一定的角度出射，当激光波长从λ₁变化到λ_N时，激光出射角度则改变了β，即为激光雷达水平最大扫描角度；

当激光输出波长为时λ_i，出射的激光碰到障碍物，有部分光原路反射回激光雷达，注入光环形器达到APD探头，根据激光脉冲在PD探头和反射激光在APD探头的时间延迟量Δt和光速c的乘积，确定障碍物和激光雷达的距离D_i＝Δt×c；当慢扫描滤波器的中心波长完成从λ₁变化到λ_N的一个周期扫描，激光雷达获得了出射角度范围β内的距离探测信息。

7.根据权利要求6所述的测距方法，其特征在于：调节所述波长扫描激光器，使之处于波长受限傅里叶域锁模工作状态，具体是：

当快速扫描光滤波器在光滤波器驱动器的周期性电信号驱动下，且波长扫描激光器谐振腔内光走一圈所需时间和光滤波器驱动器周期相等或为其整数倍，且慢速扫描光滤波器的中心波长不变或处于慢变状态，则波长扫描激光器处于波长受限傅里叶域锁模工作状态。