CN108241154A - 一种激光发射接收装置以及激光探测与测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光发射接收装置，其包括：一激光发射模块，所述激光发射模块包括一激光发射器以及一第一聚焦透镜；以及一激光接收模块，所述激光接收模块包括一激光接收器以及一第二聚焦透镜；其中，所述激光发射模块和激光接收模块中的至少一个进一步包括一平面光波导，且所述平面光波导包括一基底和一设置于该基底一表面上的折射元件。本发明涉及一种采用该激光发射接收装置的激光探测与测量系统。由于采用平面光波导取代现有技术的反射镜，使得激光发射接收装置的光学元件集成度高，有利于小型化。另外，由于平面光波导的折射元件的折射系数大于空气的折射系数，因此光传输的损耗也减小。

Description

一种激光发射接收装置以及激光探测与测量系统
技术领域
本发明涉及激光探测与测量(LiDAR)技术领域，尤其涉及一种激光发射接收装置以及采用该装置的激光探测与测量系统。
背景技术
激光探测与测量技术是采用激光反射原理对建筑物以及地形地貌等进行探测与测量的一种技术。
参见图1，现有技术中的激光探测与测量系统10通常包括一激光发射模块12和一激光接收模块14。所述激光发射模块12包括一个激光发射器120，一个第一聚焦透镜122和两个第一反射镜124；所述激光接收模块14包括一个激光接收器140，一个第二聚焦透镜142，两个第二反射镜144以及一个滤波器146。所述激光发射器120发出的探测激光128经过两个第一反射镜124的反射后到达所述第一聚焦透镜122，再经过所述第一聚焦透镜122汇聚后射出。所述探测激光128经过反射后形成反射激光148。所述反射激光148经过所述第二聚焦透镜142汇聚后，再经过两个第二反射镜144的反射后到到达所述滤波器146，经过所述滤波器146过滤后被所述激光接收器140吸收。
然而，现有技术中的激光探测与测量系统的光学元件集成度低，体积大且光传输的损耗大。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种光学元件集成度高，体积小且光传输的损耗小的激光探测与测量系统。
一种激光发射接收装置，其包括：一激光发射模块，所述激光发射模块包括一激光发射器以及一第一聚焦透镜；以及一激光接收模块，所述激光接收模块包括一激光接收器以及一第二聚焦透镜；其中，所述激光发射模块和激光接收模块中的至少一个进一步包括一平面光波导，且所述平面光波导包括一基底和一设置于该基底一表面上的折射元件。
如上述激光发射接收装置，其中，所述激光发射模块进一步包括该平面光波导，所述平面光波导设置于所述激光发射器的光发射端，从而使所述激光发射器发射的激光经过所述折射元件折射后，再经过所述第一聚焦透镜汇聚后射出。
如上述激光发射接收装置，其中，所述激光接收模块进一步包括该平面光波导，所述平面光波导设置于所述激光接收器的光接收端，从而使反射回来的激光经过所述第二聚焦透镜汇聚后，再经过所述折射元件折射后进入所述激光接收器。
如上述激光发射接收装置，其中，所述平面光波导进一步包括一设置于所述折射元件的光入射端或光出射端的滤波器。
如上述激光发射接收装置，其中，所述滤波器与所述折射元件一起集成于该基底的表面上。
如上述激光发射接收装置，其中，所述激光发射模块进一步包括一第一平面光波导，所述第一平面光波导设置于所述激光发射器的光发射端，从而使所述激光发射器发射的激光经过所述第一平面光波导的折射元件折射后，再经过所述第一聚焦透镜汇聚后射出；所述激光接收模块进一步包括一第二平面光波导，所述第二平面光波导设置于所述激光接收器的光接收端，从而使反射回来的激光经过所述第二聚焦透镜汇聚后，再经过所述第二平面光波导的折射元件折射后进入所述激光接收器。
如上述激光发射接收装置，其中，所述第二平面光波导进一步包括一设置于折射元件的光入射端或光出射端的滤波器。
如上述激光发射接收装置，其中，所述滤波器与所述折射元件一起集成于该基底的表面上。
如上述激光发射接收装置，其中，所述基底的材料为蓝宝石，Si3N4，SiO2，GaAs，GaN，LiNbO3或LiTaO3；所述折射元件的材料为Ti扩散的LiNbO3,Ni扩散的LiNbO3，Ga(1-x)Al(x)As，AlxGa(1-x)N，In(1-x)Ga(x)As(1-y)P(y)，Si或SiO2。
一种激光探测与测量系统，其包括：一激光发射接收装置，一控制模块和一数据处理模块；其中，所述激光发射接收装置为如权上述激光发射接收装置中任意一种激光发射接收装置。
相较于现有技术，本发明的激光发射接收装置中，由于采用平面光波导取代现有技术的反射镜，使得激光发射接收装置的光学元件集成度高，有利于小型化。另外，由于平面光波导的折射元件的折射系数大于空气的折射系数，因此光传输的损耗也减小。
附图说明
图1为现有技术中的激光探测与测量系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的激光探测与测量系统的结构示意图。
图3为本发明实施例的第二平面光波导的立体结构示意图。
主要元件符号说明
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图2，本发明实施例提供一种激光探测与测量系统20，其包括一激光发射模块22和一激光接收模块24。所述激光发射模块22包括一激光发射器220，一第一聚焦透镜222以及一第一平面光波导227；所述激光接收模块24包括一激光接收器240，一第二聚焦透镜242以及一第二平面光波导247。所述激光发射模块22和激光接收模块24封装设置于一个壳体(图未示)内，从而形成一激光发射接收装置。所述激光探测与测量系统20还包括一与所述激光发射模块22和激光接收模块24连接的控制模块26，以及一与所述控制模块26连接的数据处理模块28。
所述第一平面光波导227包括一第一基底223和一设置于该第一基底223一表面的第一折射元件225。所述第一平面光波导227设置于所述激光发射器220的光发射端，从而使所述激光发射器220发射的探测激光228经过所述第一折射元件225折射后照射在所述第一聚焦透镜222，再经过所述第一聚焦透镜222汇聚后射出。
所述第二平面光波导247包括一第二基底243和一设置于该第二基底243一表面的第二折射元件245。所述第二平面光波导247设置于所述激光接收器240的光接收端，从而使反射回来的反射激光248经过所述第二聚焦透镜242汇聚后照射在所述第二平面光波导247上，再经过所述第二折射元件245的折射后进入所述激光接收器240。
优选地，为了提高后续数据处理和计算效率，所述激光接收模块24还可以包括一滤波器246，用于过滤不需要的光波。参见图3，更优选地，所述滤波器246与所述第二折射元件245一起集成于该第二基底243的表面上，从而使得所述激光发射接收装置体积进一步小型化。所述滤波器246可以设置于所述第二折射元件245的光入射端或光出射端。所述滤波器246的折射系数满足公式(1)，
其中，所述n2为第二折射元件245的折射系数，n3为第二基底243的折射系数，ma为光波在波导中的模态数tg为第二折射元件245的厚度，λ0为激光波长。在非对称的光波导中(即n2>n3>>n1)，能传导的光波模态数为奇数，即，ma＝1，3，5，7，9……，其中，n1为空气的折射系数。
所述第一基底223和第二基底243的材料可以为蓝宝石基底，Si3N4，SiO2，GaAs，GaN，LiNbO3或LiTaO3。所述第一折射元件225和第二折射元件245的材料可以为硅波导层Ti扩散的(diffused in)LiNbO3,Ni扩散的LiNbO3，Ga(1-x)Al(x)As，AlxGa(1-x)N，In(1-x)Ga(x)As(1-y)P(y)，Si或SiO2。
本实施例中，所述滤波器246设置于所述第二折射元件245的光出射端。所述第一基底223和第二基底243为蓝宝石，折射系数n3＝1.65。所述第一折射元件225和第二折射元件245为硅波导层，折射系数n2＝1.40～1.48。空气折射系数n1＝1。
本发明的激光探测与测量系统20中，由于采用平面光波导取代现有技术的反射镜，使得激光发射接收装置的光学元件集成度高，有利于小型化。另外，由于平面光波导的折射元件的折射系数大于空气的折射系数，因此光传输的损耗也减小。可以理解，本发明的激光探测与测量系统20中，只要所述激光发射模块22和激光接收模块24中的一个采用平面光波导取代现有技术的反射镜，就可以达到上述技术功效。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种激光发射接收装置，其包括：
一激光发射模块，所述激光发射模块包括一激光发射器以及一第一聚焦透镜；以及
一激光接收模块，所述激光接收模块包括一激光接收器以及一第二聚焦透镜；
其特征在于，所述激光发射模块和激光接收模块中的至少一个进一步包括一平面光波导，且所述平面光波导包括一基底和一设置于该基底一表面上的折射元件。
2.如权利要求1所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述激光发射模块进一步包括该平面光波导，所述平面光波导设置于所述激光发射器的光发射端，从而使所述激光发射器发射的激光经过所述折射元件折射后，再经过所述第一聚焦透镜汇聚后射出。
3.如权利要求1所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述激光接收模块进一步包括该平面光波导，所述平面光波导设置于所述激光接收器的光接收端，从而使反射回来的激光经过所述第二聚焦透镜汇聚后，再经过所述折射元件折射后进入所述激光接收器。
4.如权利要求3所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述平面光波导进一步包括一设置于所述折射元件的光入射端或光出射端的滤波器。
5.如权利要求4所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述滤波器与所述折射元件一起集成于该基底的表面上。
6.如权利要求1所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述激光发射模块进一步包括一第一平面光波导，所述第一平面光波导设置于所述激光发射器的光发射端，从而使所述激光发射器发射的激光经过所述第一平面光波导的折射元件折射后，再经过所述第一聚焦透镜汇聚后射出；所述激光接收模块进一步包括一第二平面光波导，所述第二平面光波导设置于所述激光接收器的光接收端，从而使反射回来的激光经过所述第二聚焦透镜汇聚后，再经过所述第二平面光波导的折射元件折射后进入所述激光接收器。
7.如权利要求6所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述第二平面光波导进一步包括一设置于折射元件的光入射端或光出射端的滤波器。
8.如权利要求7所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述滤波器与所述折射元件一起集成于该基底的表面上。
9.如权利要求1所述的激光发射接收装置，其特征在于，所述基底的材料为蓝宝石，Si3N4，SiO2，GaAs，GaN，LiNbO3或LiTaO3；所述折射元件的材料为Ti扩散的LiNbO3,Ni扩散的LiNbO3，Ga(1-x)Al(x)As，AlxGa(1-x)N，In(1-x)Ga(x)As(1-y)P(y)，Si或SiO2。
10.一种激光探测与测量系统，其包括：一激光发射接收装置，一控制模块和一数据处理模块；其特征在于，所述激光发射接收装置为如权利要求1至9中任意一项所述的激光发射接收装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109490865A (zh) * 2018-12-11 2019-03-19 北京饮冰科技有限公司 一种新型面阵激光雷达
CN110779557A (zh) * 2019-10-23 2020-02-11 上海龙旗科技股份有限公司 一种传感器及设备

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