CN110336183A - 一种半导体激光器装置和激光雷达系统 - Google Patents

一种半导体激光器装置和激光雷达系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体激光器装置,包括半导体激光器、微透镜阵列和设置在半导体激光器和微透镜阵列之间的光束放大透镜，所述半导体激光器装置减小半导体激光器输出光束的发散角，从而能够显著改善半导体激光器出射光束的准直度。本发明还提供了一种激光雷达系统，包括光发射装置、光接收装置、扫描装置和光分离装置，光发射装置包括所述半导体激光器装置，微透镜阵列的出射光束的多个光束子集通过扫描装置的反射分别照射在不同目标对象或目标对象的多个不同部位上，从而提高了激光雷达系统的分辨率。

Description

一种半导体激光器装置和激光雷达系统
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器装置和激光雷达系统，具体地，涉及一种提高发射光的光斑质量的半导体激光器装置，以及包含这种半导体激光器装置的高分辨率激光雷达系统。
背景技术
激光雷达(LIDAR)使用激光作为信号光源，通过向目标对象发射激光，采集从目标对象反射的信号并与发射信号进行比较来得到目标对象的方位、速度等信息。激光雷达具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，广泛应用在遥感、测量和智能驾驶等领域。
现有技术的激光雷达系统采用的半导体激光器具有体积小、功率大、电光转换效率高等优点，在测绘测量、工业加工等领域有着广泛的应用。半导体激光器由于其发光腔几何尺寸不对称造成的快轴(垂直于结平面方向)发散角远大于慢轴(平行于结平面方向)发散角。在实际使用中，为了提高发射功率，半导体激光器往往不是单个发光区(bar条)，而是由多个bar条沿快轴按一定间隔周期线性排列成条阵，以提高输出功率。bar条的宽度(慢轴方向)往往在几百微米，而高度(快轴方向)往往在几微米。如果直接采用准直透镜对半导体激光器发出的光束进行准直，由于半导体激光器中bar条之间存在间隔，导致半导体激光器的发光面较大，半导体激光器的出射光束在快轴方向的发散角也较大，降低了半导体激光器出射光束的准直度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体激光器装置，其能够减小半导体激光器出射光束的发散角，从而显著改善半导体激光器出射光束的准直度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体激光器装置，包括半导体激光器，所述半导体激光器包括沿所述半导体激光器快轴方向堆叠布置的多个条阵，每个条阵对应一个出射光束；所述半导体激光器装置还包括：
光束放大透镜，设置在所述半导体激光器和所述微透镜阵列之间，用于对所述多个出射光束进行放大；所述微透镜阵列，包括沿所述半导体激光器快轴方向线性排列的多个微透镜，所述多个条阵对应的放大后的出射光束中的每一个与所述多个微透镜中的至少一个对应，其中，所述微透镜阵列对所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述多个放大后的出射光束的至少一部分在快轴方向叠加；或者，所述微透镜阵列对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直。
可选地，所述多个微透镜中的至少一个为柱面透镜。
可选地，所述多个微透镜的每个相邻微透镜之间的距离为0。
可选地，所述光束放大透镜与所述半导体激光器的发光端面之间的距离大于或等于所述光束放大透镜的焦距。
可选地，所述微透镜阵列设置成使得每个微透镜仅覆盖对应的放大后的出射光束。
本发明还提供一种半导体激光器装置，包括：
半导体激光器阵列，包括沿半导体激光器慢轴方向线性排列的多个半导体激光器，其中至少一个半导体激光器包括沿激光器快轴方向堆叠的多个条阵；
至少一个光束放大透镜，设置在所述半导体激光器阵列和所述至少一个第一微透镜阵列之间，用于对所述至少一个半导体激光器的多个出射光束进行放大；所述至少一个第一微透镜阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第一微透镜，所述多个条阵的相应多个放大后的出射光束中的每一个与所述多个第一微透镜中的至少一个对应，其中，所述至少一个第一微透镜阵列对所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加；或者，所述第一微透镜阵列对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直；
第二微透镜阵列，包括沿半导体激光器慢轴方向线性排列的多个第二微透镜，所述至少一个半导体激光器的相应多个出射光束中的每一个与所述多个第二微透镜中的至少一个对应，其中，所述第二微透镜阵列对所述至少一个半导体激光器的所述多个出射光束在慢轴方向进行会聚，使得所述多个半导体激光器的所述多个出射光束中的至少一部分在慢轴方向叠加，或者，所述第二微透镜阵列对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在慢轴方向进行准直。
本发明还提供了一种半导体激光装置，包括：
半导体激光器阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个半导体激光器，其中至少一个半导体激光器包括沿半导体激光器快轴方向堆叠的多个条阵；
光束放大透镜阵列，包括至少一个光束放大透镜，设置在所述半导体激光器阵列和第一微透镜阵列之间，用于对所述至少一个半导体激光器的多个出射光束进行放大；
所述第一微透镜阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的至少一个第一微透镜子阵列，所述至少一个第一微透镜子阵列包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第一微透镜，所述多个条阵的相应多个放大后的出射光束中的每一个与所述多个第一微透镜中的至少一个对应，其中，所述至少一个第一微透镜子阵列对所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述至少一个第一微透镜子阵列对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直；
第二微透镜阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第二微透镜，所述多个半导体激光器的相应多个出射光束中的每一个与所述多个第二微透镜中的至少一个对应，其中，所述第二微透镜阵列对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在快轴方向进行会聚，使得所述多个半导体激光器的所述多个出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述第二微透镜阵列对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在快轴方向进行准直。
本发明还提供了一种激光雷达系统，包括所述光发射装置、光接收装置、扫描装置；
所述光发射装置，包括上述半导体激光器装置，用于产生出射光以对目标对象进行探测；
所述扫描装置，用于以可控制的偏转角度对来自所述光发射装置的出射光进行反射，以对目标对象进行扫描；
所述光接收装置，用于接收从目标对象反射的光并输出探测值；
所述激光雷达系统还包括光分离装置，所述光分离装置设置在所述光发射装置和所述光接收装置之间，用于将所述光发射装置的出射光引导至所述扫描装置以及将来自所述扫描装置的反射光引导至所述光接收装置。
可选地，所述光接收装置包括会聚透镜，所述会聚透镜在反射光传播路径上设置于探测器阵列前方。
可选地，所述激光雷达系统还包括光分离装置，所述光分离装置设置在所述光发射装置和所述光接收装置之间，用于将所述光发射装置的出射光引导至所述扫描装置以及将来自所述扫描装置的反射光引导至所述光接收装置。
可选地，所述光分离装置包括偏振分光器和1/4波片。所述偏振分光器，用于将来自所述半导体激光器的出射光经所述偏振分光器，照射到所述1/4波片，所述偏振分光器的偏振方向设置为与所述半导体激光器的出射光的第一偏振方向一致；所述1/4波片，用于将来自所述偏振分光器的偏振光透过所述1/4波片，照射到所述扫描单元，所述1/4波片的光轴面与所述第一偏振方向成45度；其中，来自目标对象的反射光经所述扫描单元反射通过所述1/4波片，偏振方向与所述第一偏振方向成90度，被所述偏振分光器反射至所述光接收单元。
可选地，所述光分离装置包括半透半反透镜，所述半透半反透镜用于将来自所述半导体激光器的出射光的一部分透射到达所述扫描单元；并且将所述扫描单元反射的来自目标对象的反射光的一部分反射到达所述光接收单元。
可选地，所述激光雷达系统还包括收发光学元件，所述收发光学元件设置在所述扫描装置与所述目标对象之间，用于对来自所述扫描装置的出射光进行准直或扩束，以及对来自目标对象的反射光进行会聚。
可选地，所述收发光学元件包括大口径透镜。
可选地，所述大口径透镜包括非球面透镜和自由曲面透镜。
可选地，所述半导体激光器的出射光包括至少一个出射光束，其中至少一个出射光束包括多个光束子集，每个光束子集用于探测一个目标对象；所述光接收装置，包括探测器阵列，所述探测器阵列包括多个探测器单元，每个探测器单元用于接收一个光束子集的反射光。
本发明的技术方案可以包括以下有益技术效果：显著改善半导体激光器的出射光束的准直度，进一步的，本发明的技术方案还可以提高激光雷达系统的分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明的半导体激光器装置的一种实施例的结构原理图。
图2示出图1中半导体激光器装置对应的一种实施方式的光路示意图。
图3示出图1中半导体激光器装置对应的另一种实施方式的光路示意图。
图4示出根据本发明的半导体激光器装置的另一种实施例的工作原理图。
图5示出图4中半导体激光器装置对应的一种实施方式的光路示意图。
图6示出图4中半导体激光器装置对应的另一种实施方式的光路示意图。
图7示出根据本发明的半导体激光器装置的另一种实施例的工作原理图。
图8示出根据本发明的半导体激光器装置的另一种实施例的工作原理图。
图9示出根据本发明的半导体激光器装置的另一种实施例的工作原理图。
图10示出根据本发明的激光雷达系统的一个实施例的工作原理图。
图11示出图10中的光分离装置的一个实施例的工作原理图。
图12示出本发明的激光雷达系统提高分辨率的一种实施方式的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明的半导体激光装置的一种实施例的结构原理图。根据本发明提供的一个实施例，半导体激光装置包括半导体激光器100，所述半导体激光器100包括沿所述半导体激光器100快轴方向堆叠布置的多个条阵，每个条阵对应一个出射光束。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，所述半导体激光装置还包括光束放大透镜130和微透镜阵列110，光束放大透镜130设置在半导体激光器100和微透镜阵列之110之间，用于对多个条阵对应的出射光束进行放大。所述微透镜阵列110包括沿所述半导体激光器100快轴方向线性排列的多个微透镜，所述多个条阵对应的放大后的出射光束中的每一个与所述多个微透镜中的至少一个对应，根据微透镜阵列110中微透镜的参数设定不同，微透镜阵列110实现的功能也不同。
在本发明的一个实施例中，如图3所示所述微透镜阵列110对所述多个出射光束进行会聚，使得所述多个出射光束的至少一部分在快轴方向叠加，即得到一个在快轴方向比半导体激光器发光面更窄的像，以该像作为新的发光面所发出的光在快轴方向发散角更小，从而提高半导体激光器100出射光束的准直度。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，微透镜阵列110对多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直。由于每个微透镜只对半导体激光器100一个条阵的出射光束进行准直，即将每一个条阵作为单独的发光面，分别使用对应的微透镜进行准直，因此消除了条阵之间的间隔对快轴方向的发散角产生的不利影响。
由于激光器中bar条自身宽度以及间隔较小，通常在几十到几百微米量级，各个bar条输出的条状光斑尺寸和间隔也较小。微透镜阵列中的每个微透镜的尺寸与相邻光斑之间的间隔为同一数量级。要制作如此小尺寸的微透镜阵列来对各个条状光斑进行处理存在困难。如图1所示，根据本发明的一个实施例，可以在半导体激光器100和微透镜阵列110之间设置光束放大透镜130。光束放大透镜130用于对多个bar条的多个出射光束进行整体放大。放大后，每个bar条经过光束放大透镜130所成的像尺寸变大，相邻bar条所成的像之间间隔也变大。接着，微透镜阵列110对放大后的多个出射光束进行会聚或者准直。根据上述实施例，本发明的光发射装置能够减小半导体激光器100出射光束在快轴方向的发散角，显著改善半导体激光器100的出射光束在慢轴方向的准直度，使得输出的光束在慢轴方向的准直度更佳。
根据本发明的一个实施例，可选地，所述微透镜阵列110中的多个微透镜中的至少一个为柱面透镜。使用柱面透镜作为微透镜，能够在半导体激光器的快轴方向进行光束准直，而不改变慢轴方向的光束特性。
根据本发明实施例的一个可选实施方式，可选地，所述微透镜阵列110中的多个微透镜的每个相邻微透镜之间的距离为0。即相邻微透镜之间紧密邻接,采用这种方式，可以保证多个bar条所成的像中心完全重叠，最大限度地减小快轴发散角。
根据本发明的一个实施例，可选地，所述光束放大透镜130与所述半导体激光器100发光端面之间的距离大于等于光束放大透镜130的焦距。
根据本发明的一个实施例，可选地，所述微透镜阵列设置成使得每个微透镜仅覆盖对应的放大后的出射光束。
图4示出根据本发明的半导体激光器装置的一种实施例的工作原理图。半导体激光器阵列100A包括多个半导体激光器(LD1,LD2,LD3)在水平方向(慢轴方向)以一定间隔线性排列。微透镜阵列112A中的每个微透镜分别与多个半导体激光器中的每个半导体激光器对应；采用微透镜阵列112A对半导体激光器阵列100A的多个出射光束进行会聚，以使多个出射光束中的至少一部分在慢轴方向叠加在一起，或者，微透镜阵列112A对多个出射光束在慢轴方向进行准直。微透镜阵列112A可以由多个柱面透镜沿水平方向线性排列而成。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，微透镜阵列112A对出射光束在慢轴方向进行准直。由于每个微透镜只对一个半导体激光器的出射光束进行准直，即将每一个半导体激光器作为单独的发光面，分别使用对应的微透镜进行准直，因此消除了半导体激光器之间的间隔对慢轴方向的发散角产生的不利影响，使得输出的光束在慢轴方向的准直度更佳。
在本发明的另一个实施例中，如图6所示所述微透镜阵列112A对多个出射光束进行会聚，使得多个出射光束的至少一部分在慢轴方向叠加，即得到一个在慢轴方向比半导体激光器阵列发光面更窄的像，以该像作为新的发光面所发出的光在慢轴方向发散角更小，从而提高半导体激光器阵列出射光束在慢轴方向准直度。
图7示出根据本发明的半导体激光器装置的另一种实施例的工作原理图。半导体激光器阵列100A包括多个半导体激光器(图7中，LD1,LD2,LD3)在水平方向(慢轴方向)以一定间隔线性排列,其中至少一个半导体激光器(图7中，LD1)包括沿半导体激光器快轴方向堆叠的多个条阵；至少一个光束放大透镜L1，设置在所述半导体激光器阵列100A和至少一个第一微透镜阵列MLA11之间，用于对所述至少一个半导体激光器的多个出射光束进行放大；至少一个第一微透镜阵列MLA11，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第一微透镜，所述多个条阵的相应多个放大后的出射光束中的每一个与所述多个第一微透镜中的至少一个对应，其中，所述至少一个第一微透镜阵列MLA11对所述至少一个半导体激光器LD1的所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述至少一个半导体激光器LD1的所述多个放大后的出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加；或者，所述至少一个第一微透镜阵列MLA11对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直；第二微透镜阵列113A包括沿半导体激光器慢轴方向线性排列的多个第二微透镜，所述多个半导体激光器100A的相应多个出射光束中的每一个与所述多个第二微透镜中的至少一个对应，其中，所述第二微透镜阵列113A对所述多个半导体激光器100A的所述多个出射光束在慢轴方向进行会聚，使得所述多个半导体激光器100A的所述多个出射光束中的至少一部分在慢轴方向叠加，或者，所述第二微透镜阵列113A对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在慢轴方向进行准直。半导体激光器LD1至第一微透镜阵列MLA11的光路图可以参照图2和图3。第一微透镜阵列MLA11的出射光束、LD2和LD3的出射光束至第二微透镜阵列113A的光路图可以参照图5和图6。
通过本实施例提供的半导体激光器装置，可以使得半导体激光器装置的出射光束在快轴方向和慢轴方向的发散角更小，从而提高半导体激光器出射光束的准直度。
图8示出根据本发明的半导体激光器装置的另一种实施例的工作原理图。半导体激光器阵列100A包括多个半导体激光器(例如，图8中LD1，LD2,LD3)在水平方向(慢轴方向)以一定间隔线性排列。其中每个半导体激光器均包括在沿半导体激光器快轴方向堆叠的多个条阵。在半导体激光器阵列100A和第一微透镜阵列111A间设置光束放大透镜阵列130A(例如，图8中L1,L2,L3)，光束放大透镜阵列130A中的每个光束放大透镜分别与多个半导体激光器中的每个半导体激光器对应，用于分别对每个半导体激光器的多个bar条的出射光束进行放大。
如图8所示，第一微透镜阵列111A包括沿半导体激光器慢轴方向线性排列的多个第一微透镜子阵列(例如，图8中MLA11，MLA21,MLA31)，多个第一微透镜子阵列中的每个微透镜子阵列分别与多个半导体激光器中的每个半导体激光器对应；其中，多个第一微透镜子阵列中的每个第一微透镜子阵列包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第一微透镜，所述多个条阵的相应多个放大后的出射光束中的每一个分别与所述多个第一微透镜中的每一个对应，其中，每个第一微透镜子阵列对相应的半导体激光器的放大后的出射光束进行会聚，使得半导体激光器的多个放大后的出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述每个第一微透镜子阵列对多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直。
如图8所示，第二微透镜阵列113A包括沿半导体激光器100A慢轴方向线性排列的多个第二微透镜，所述多个半导体激光器中的每一个半导体激光器的相应多个出射光束与所述多个第二微透镜中的每一个对应，其中，所述第二微透镜阵列113A对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在慢轴方向进行会聚，使得所述多个半导体激光器的所述多个出射光束中的至少一部分在慢轴方向叠加，或者，所述第二微透镜阵列113A对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在慢轴方向进行准直。半导体激光器LD1至第一微透镜阵列MLA11的光路图、半导体激光器LD2至第一微透镜阵列MLA21的光路图和半导体激光器LD3至第一微透镜阵列MLA31的光路图可以参照图2和图3。第一微透镜阵列MLA11、MLA21和MLA31的出射光束至第二微透镜阵列113A的光路图可以参照图5和图6。
通过本实施例提供的半导体激光器装置，可以使得半导体激光器装置的出射光束在快轴方向和慢轴方向的发散角更小，从而提高半导体激光器出射光束的准直度。
图9示出根据本发明的半导体激光器装置的另一种实施例的工作原理图。如图9所示，半导体激光器装置包括半导体激光器阵列100A，半导体激光器阵列100A包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个半导体激光器(图9中LD1,LD2,LD3)，其中至少一个半导体激光器包括沿半导体激光器快轴方向堆叠的多个条阵；光束放大透镜阵列130A包括至少一个光束放大透镜(图9中，L1,L2,L3)，设置在所述半导体激光器阵列100A和第一微透镜阵列111A之间，用于对所述至少一个半导体激光器的多个出射光束进行放大。
如图9所示，所述第一微透镜阵列111A包括沿快轴方向线性排列的至少一个第一微透镜子阵列，所述至少一个第一微透镜子阵列包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第一微透镜，所述多个条阵的相应多个放大后的出射光束中的每一个与所述多个第一微透镜中的至少一个对应，其中，所述至少一个第一微透镜子阵列对所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述至少一个第一微透镜子阵列对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直。
如图9所示，第二微透镜阵列113A包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第二微透镜，所述多个半导体激光器的相应多个出射光束中的每一个与所述多个第二微透镜中的至少一个对应，其中，所述第二微透镜阵列113A对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在快轴方向进行会聚，使得所述多个半导体激光器的所述多个出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述第二微透镜阵列113A对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在快轴方向进行准直。半导体激光器LD1至第一微透镜阵列MLA11的光路图、半导体激光器LD2至第一微透镜阵列MLA21的光路图和半导体激光器LD3至第一微透镜阵列MLA31的光路图可以参照图2和图3。第一微透镜阵列MLA11、MLA21和MLA31的出射光束至第二微透镜阵列113A沿快轴方向的光路图可以参照图5和图6。
通过本实施例提供的半导体激光器装置，可以使得半导体激光器装置的出射光束在快轴方向的发散角更小，从而提高半导体激光器出射光束的准直度。
图10示出了本发明的激光雷达系统的一个实施方式，包括光发射装置1和光接收装置2。光发射装置1用于产生出射光以对目标对象进行探测。本实施例的光发射装置1包括图1至图9对应的实施例示出的半导体激光器装置。采用改善出射光束的准直度的半导体激光器作为光源，能够有效改善激光雷达系统的探测精度。
如图10所示，所述激光雷达系统还可以包括扫描装置12，用于以可控制的偏转角度对来自所述光发射装置1的出射光进行反射，以对目标对象进行扫描。
根据本发明的一个实施例，扫描单元12可以包括MEMS反射镜、棱镜、机械镜、偏振光栅、光学相控阵(OPA)等。对于MEMS反射镜，反射镜面在静电/压电/电磁驱动下在一维或二维方向上发生旋转或平移。
如图10所示，所述激光雷达系统还可以包括光分离装置4。光分离装置4设置在光发射装置1和光接收装置2之间，用于将光发射装置1的出射光引导向扫描装置12以及将来自扫描装置12的反射光引导向光接收装置2，并且阻止反射光传到光发射装置1，实现出射光与接收光的分离。
如图11所示，根据本发明的一个实施例，光分离装置4可以包括偏振分光器(PBS)41和1/4波片42。参见图11，光发射装置1发出的出射光经过光束放大透镜130和微透镜阵列110后，照射到偏振分光器41。半导体激光器100发出的入射光为偏振光，偏振方向为第一偏振方向，偏振分光器41的偏振方向设置为与第一偏振方向一致，1/4波片42的光轴面与第一偏振方向成45度放置。出射光经过1/4波片后偏振方向旋转45度，被扫描装置12反射后，反射光再次通过1/4波片，偏振方向再旋转45度，即与第一偏振方向成90度，从而被偏振分光器41反射，经会聚透镜22到达探测器单元23，从而达到光分离的效果。
根据本发明的另一个实施例，可选地，光分离装置4可以包括半透半反透镜(未示出)。一部分出射光经过半透半反透镜透射到达扫描单元12，目标对象的一部分反射光经扫描单元12反射，再经过半透半反透镜反射到光接收单元2，从而也实现了光分离的效果。
如图10和11所示，该激光雷达系统还可以包括收发光学元件5。该收发光学元件5设置在扫描装置12与目标对象之间，用于对来自扫描装置12的出射光进行准直或扩束，以及对来自目标对象的反射光进行会聚。该收发光学元件5可以是大口径透镜，以提高接收到的回波信号的光功率。
可选地，该收发光学元件5是大口径透镜。使用大口径透镜作为收发光学元件，可以接收更多的反射光信号能量，从而提高探测距离。
可选地，大口径透镜包括非球面透镜或自由曲面透镜。采用非球面透镜和自由曲面透镜能够消除球面像差。
如图11所示，根据本发明的一个实施例，光接收装置2可以包括探测器单元23，用于接收来自光分离装置4的反射光。
如图11所示，根据本发明的一个实施例，光接收装置2还可以包括在反射光传播路径上位于探测器阵列23前方的会聚透镜22。会聚透镜22可以包括成像系统透镜，以使得反射光束的焦点在探测器阵列23的探测表面的前方或后方或者正好位于探测表面之上。
如图12所示，根据本发明的一个实施例，光接收装置2可以包括探测器阵列23。可选地，探测器阵列23包括多个探测器单元。探测器单元可以是雪崩二极管(APD)或单光子雪崩二极管(SPAD)。探测器单元测量反射光的功率、相位或时间特性，并产生相应的电流输出。半导体激光器装置的出射光束为准直光，或者半导体激光器装置发出的出射光束经准直透镜准直后，再经过光分离单元4的光分离装置偏振分光器(PBS)41和1/4波片42照射到扫描装置12，当出射光束的光斑是长条的或者比较大的时候，可以将一个出射光束分为多个光束子集。每个光束子集可用于探测一个目标对象或者一个目标对象的一部分。扫描装置12对构成一个出射光束的多个光束子集(例如，图12中分成3个光束子集)方向进行偏转，以对目标对象的不同部分或者不同的目标对象A1,A2,A3分别进行扫描，从目标对象的不同部分或者不同的目标对象A1,A2,A3的反射光再通过光分离单元4，经会聚透镜22会聚，由探测器阵列23中的每个探测器单元(例如，图12中为APD1,APD2,APD3)分别接收，从而提高所述激光雷达系统的分辨率。
根据本发明的一个实施例，所述激光雷达系统还可以包括控制装置(未示出)。控制装置与光发射装置1和光接收装置2中的至少一者通信地耦接。控制装置可以对光发射装置1发射的光进行控制，调节扫描装置12的偏转角度或者对光接收装置2输出的测量值进行处理。控制装置可以包括反馈控制电路，其根据光接收装置2输出的测量值对光发射装置1和/或扫描装置12进行调整。
根据本发明的一些实施例，控制装置可以包括集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、中央处理器、图形处理装置(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它适合执行指令或实现逻辑操作的电路。由控制装置3执行的指令可以被预加载到集成或单独的存储器中。存储器可以包括随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘、磁盘、闪存存储器或其它易失性或非易失性存储器等。控制装置可以包括单个或多个控制电路。在多个控制电路的情况下，各控制电路可以具有相同或不同的构造，彼此间通过电、磁、光、声、机械等方式交互或者协同操作。
以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体激光器装置，包括半导体激光器，
所述半导体激光器包括沿所述半导体激光器快轴方向堆叠布置的多个条阵，每个条阵对应一个出射光束；
其特征在于，所述半导体激光器装置还包括：
光束放大透镜，设置在所述半导体激光器和微透镜阵列之间，用于对多个条阵对应的出射光束进行放大；
所述微透镜阵列，包括沿所述半导体激光器快轴方向线性排列的多个微透镜，所述多个条阵对应的放大后的出射光束中的每一个与所述多个微透镜中的至少一个对应；其中，所述微透镜阵列对所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述多个放大后的出射光束的至少一部分在快轴方向叠加；或者，所述微透镜阵列对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个微透镜中的至少一个为柱面透镜。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述多个微透镜的每个相邻微透镜之间的距离为0。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光束放大透镜与所述半导体激光器的发光端面之间的距离大于或等于所述光束放大透镜的焦距。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列设置成使得每个微透镜仅覆盖对应的放大后的出射光束。
6.一种半导体激光器装置，包括：
半导体激光器阵列，包括沿半导体激光器慢轴方向线性排列的多个半导体激光器，其中至少一个半导体激光器包括沿半导体激光器快轴方向堆叠的多个条阵；
至少一个光束放大透镜，设置在所述半导体激光器阵列和至少一个第一微透镜阵列之间，用于对所述至少一个半导体激光器的多个出射光束进行放大；
所述至少一个第一微透镜阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第一微透镜，所述多个条阵的相应多个放大后的出射光束中的每一个与所述多个第一微透镜中的至少一个对应，其中，所述至少一个第一微透镜阵列对所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述至少一个第一微透镜阵列对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直；
第二微透镜阵列，包括沿半导体激光器慢轴方向线性排列的多个第二微透镜，所述至少一个半导体激光器的相应多个出射光束中的每一个与所述多个第二微透镜中的至少一个对应，其中，所述第二微透镜阵列对所述至少一个半导体激光器的所述多个出射光束在慢轴方向进行会聚，使得所述多个半导体激光器的所述多个出射光束中的至少一部分在慢轴方向叠加，或者，所述第二微透镜阵列对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在慢轴方向进行准直。
7.一种半导体激光器装置，包括：
半导体激光器阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个半导体激光器，其中至少一个半导体激光器包括沿半导体激光器快轴方向堆叠的多个条阵；
光束放大透镜阵列，包括至少一个光束放大透镜，设置在所述半导体激光器阵列和第一微透镜阵列之间，用于对所述至少一个半导体激光器的多个出射光束进行放大；
所述第一微透镜阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的至少一个第一微透镜子阵列，所述至少一个第一微透镜子阵列包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第一微透镜，所述多个条阵的相应多个放大后的出射光束中的每一个与所述多个第一微透镜中的至少一个对应，其中，所述至少一个第一微透镜子阵列对所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束进行会聚，使得所述至少一个半导体激光器的所述多个放大后的出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述至少一个第一微透镜子阵列对所述多个放大后的出射光束在快轴方向进行准直；
第二微透镜阵列，包括沿半导体激光器快轴方向线性排列的多个第二微透镜，所述多个半导体激光器的相应多个出射光束中的每一个与所述多个第二微透镜中的至少一个对应，其中，所述第二微透镜阵列对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在快轴方向进行会聚，使得所述多个半导体激光器的所述多个出射光束中的至少一部分在快轴方向叠加，或者，所述第二微透镜阵列对所述多个半导体激光器的所述多个出射光束在快轴方向进行准直。
8.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：光发射装置、光接收装置、扫描装置；
所述光发射装置，包括权利要求1至7任一项所述的半导体激光器装置，用于产生出射光以对目标对象进行探测；
所述扫描装置，用于以可控制的偏转角度对来自所述光发射装置的出射光进行反射，以对目标对象进行扫描；
所述光接收装置，用于接收从目标对象反射的光并输出探测值；
所述激光雷达系统还包括光分离装置，所述光分离装置设置在所述光发射装置和所述光接收装置之间，用于将所述光发射装置的出射光引导至所述扫描装置以及将来自所述扫描装置的反射光引导至所述光接收装置。
9.根据权利要求8所述的激光雷达系统，其特征在于：所述光接收装置包括会聚透镜，所述会聚透镜在反射光传播路径上设置于探测器阵列前方。
10.根据权利要求8所述的激光雷达系统，其特征在于：所述光分离装置包括偏振分光器和1/4波片；
所述偏振分光器，用于将来自所述半导体激光器的出射光经所述偏振分光器，照射到所述1/4波片，所述偏振分光器的偏振方向设置为与所述半导体激光器的出射光的第一偏振方向一致；
所述1/4波片，用于将来自所述偏振分光器的偏振光透过所述1/4波片，照射到所述扫描单元，所述1/4波片的光轴面与所述第一偏振方向成45度；
其中，来自目标对象的反射光经所述扫描单元反射通过所述1/4波片，偏振方向与所述第一偏振方向成90度，被所述偏振分光器反射至所述光接收单元。
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