[发明专利]基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置

说明书

本发明公开了一种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。本发明中的波长扫描激光器处于波长受限傅里叶域锁模工作状态，脉冲激光经过光学色散器件后按一定的角度出射，当激光波长变化时，激光出射角度也改变，从而完成出射角度范围内的距离探测信息。本发明采用了波长扫描激光器作为激光光源，以光滤波器作为波长扫描器件，以波长受限傅里叶域锁模作为核心工作原理，通过光学色散器件将波长扫描转化为光束空间扫描，实现了全固态激光雷达功能。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，涉及一种基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置。

背景技术

激光雷达是一种以激光(光束)作为工作介质实现空间距离探测或物体运动速度探测的装置，一般由激光发射机、光学接收机和信息处理系统等组成。随着智能汽车的发展，特别是自动驾驶汽车的出现，能够实现空间探测的激光雷达成为实现汽车自动驾驶最具潜力的核心器件。

目前，人们已经或正在研发实现激光雷达的三种技术路线：1、机械式激光雷达，采用电机实现整体机械旋转，技术成熟、性能高，但制作工艺难、成本高、可靠性低，难以符合车规；2、混合固态激光雷达，包括转镜式、旋镜式、MEMS振镜式等技术路线，成本低、结构简单，但抗振动差、寿命有限，通过车规仍然风险很大；3、全固态激光雷达，目前已有研究的是OPA和Flash两种技术路线，能实现纯固态、结构紧凑、可靠性高，但成熟度低、测距性能低、受环境影响大，目前还不能满足汽车自动驾驶应用需求。因此，发明一种高性能的新型全固态激光雷达具有重要意义。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提出了一种基于波长扫描激光器的全固态激光雷达装置及其测距方法。

本发明的一方面提供了一种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。

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。

本发明的另一方面提供了一种上述全固态激光雷达装置的测距方法：

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。