CN110611242A - 一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及相干激光雷达技术领域，且公开了一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，包括基板，所述基板顶部的左侧固定安装有硅制冷片，所述硅制冷片的顶部固定安装有电路板，所述电路板的顶部活动安装有激光器增益芯片，所述电路板的顶部且位于激光器增益芯片的左侧固定安装有热敏电阻，所述基板的顶部且位于激光器增益芯片的右侧固定安装有第一柱面镜，所述基板的顶部且位于第一柱面镜的右侧固定安装有第二柱面镜。该相干激光雷达使用的窄线宽激光器，通过设置激光器增益芯片，外腔部分的光路不需要承受高能量密度，因而可以耐受极大的光功率输出，并且可以支持两路激光相干输出，适用于多种相干光学的应用。
Description
技术领域
本发明涉及相干激光雷达技术领域，具体为一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置和速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态和甚至形状等参数，从而对飞机和导弹等目标进行探测、跟踪和识别。
根据中国授权发明CN201510999578.7提出的外腔窄线宽激光器，其有益效果为具有窄线宽，高功率，低噪声及高的频率稳定性等特点，可应用于高阶调制格式及相干探测系统中，为下一代光纤通信系统提供发射源和本征源激光器，但是传统的外腔窄线宽激光器在光波领域要实现线性调频连续波，对激光器有额外的要求，首先为了满足长距离的检测，激光器的线宽得足够窄，以满足时间距离的相干性，其次激光器要具备宽范围的线性调频能力，且调频过程中，线宽应保持一致性，故而提出一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，具备方便快捷地实现窄线宽激光振荡及线性调频输出和稳定性较强等优点，解决了为了满足长距离的检测，激光器的线宽得足够窄，以满足时间距离的相干性，其次激光器要具备宽范围的线性调频能力，且调频过程中，线宽应保持一致性的问题。
(二)技术方案
为实现上述方便快捷地实现窄线宽激光振荡及线性调频输出和稳定性较强目的，本发明提供如下技术方案：一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，包括基板，所述基板顶部的左侧固定安装有硅制冷片，所述硅制冷片的顶部固定安装有电路板，所述电路板的顶部活动安装有激光器增益芯片，所述电路板的顶部且位于激光器增益芯片的左侧固定安装有热敏电阻，所述基板的顶部且位于激光器增益芯片的右侧固定安装有第一柱面镜，所述基板的顶部且位于第一柱面镜的右侧固定安装有第二柱面镜，所述基板的顶部且位于第二柱面镜的右侧固定安装有分束镜，所述基板的顶部且位于分束镜的右侧固定安装有固定架，所述固定架的顶部活动安装有角锥反射镜，所述基板的右侧壁固定安装有压电陶瓷片，所述硅制冷片的顶部且位于电路板的后侧固定安装有供电电极。
优选的，所述基板呈“L”状，所述硅制冷片的宽度不小于电路板的宽度。
优选的，所述激光器增益芯片位于第一柱面镜的左侧中心位置，所述热敏电阻与激光器增益芯片相互接触，且激光器增益芯片与热敏电阻均与电路板电连接。
优选的，所述第一柱面镜的高度大于激光器增益芯片与基板顶部之间的距离，所述第一柱面镜与第二柱面镜固定方向相互平行。
优选的，所述分束镜的左面与右面均固定安装有滤光膜，所述第一柱面镜、第二柱面镜、分束镜和角锥反射镜处于同一水平线上。
优选的，所述角锥反射镜的右端与压电陶瓷片相接触，所述压电陶瓷片紧贴基板的右侧壁。
优选的，所述压电陶瓷片的左面固定安装有驱动电极，所述压电陶瓷片的高度小于基板右侧壁的高度。
优选的，所述第一柱面镜、第二柱面镜、分束镜和角锥反射镜的高度均小于基板右侧壁的高度，所述压电陶瓷片上固定安装有调制电极。
优选的，所述角锥反射镜为圆锥结构的反射镜或三面反射镜，且圆锥结构的角锥反射镜上方圆锥的高度与底面圆形半径相等，且三面反射镜的三个面之间相互呈九十度夹角。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，具备以下有益效果：
1、该相干激光雷达使用的窄线宽激光器，通过设置激光器增益芯片，启动电路板的电源开关，激光器增益芯片将会发出光，激光器增益芯片放出的光具有快轴和慢轴两个发散角，两束光分别从两个方向通过第一柱面镜和第二柱面镜，通过第一柱面镜和第二柱面镜的光将会被第一柱面镜和第二柱面镜准直，准直后的光入射到分束镜，其中一部分光被九十度反射输出，作为第一路输出光，另一部分光将会通过分束镜，分束镜的入射面或者透射光出射面镀有滤光膜，用于谐振腔内的选模，分束镜透射光入射到角锥反射镜上，按原方向进行反射，反射光从反向入射分束镜，一部分光被九十度反射输出，作为第二路输出光，另一部分透射光反向经过第一柱面镜和第二柱面镜，被聚焦后入射回激光增益芯片的发光面上，外腔部分的光路不需要承受高能量密度，因而可以耐受极大的光功率输出，并且可以支持两路激光相干输出，适用于多种相干光学的应用。
2、该相干激光雷达使用的窄线宽激光器，通过设置角锥反射镜，角锥反射镜安装在一个压电陶瓷片上，压电陶瓷片上装有调制电级，通过电压周期性的驱动压电陶瓷，可以在激光器外腔长方向上产生周期性形变，从而产生线性调频激光，在通过外加电场驱动压电陶瓷调节激光器腔长时，由于角锥反射镜对反射光路有高冗余能力，不会影响整体光路的等效反射率，因而瞬时线宽指标是稳定的状态，有效的提高了瞬时线宽的稳定性，并且激光器的准直在腔内完成，出射光即为准直光，激光器的波长可以任意定制，与光路结构无关，实现了激光器线宽的压窄，支持大功率激光输出，可产生频率调谐连续波，可方便快捷地实现窄线宽激光振荡及线性调频输出，同时激光器的线宽在调频过程中非常稳定。
附图说明
图1为本发明提出的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器结构示意图；
图2为本发明提出的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器俯视图。
图中：1基板、2硅制冷片、3电路板、4激光器增益芯片、5热敏电阻、6第一柱面镜、7第二柱面镜、8分束镜、9角锥反射镜、10固定架、11压电陶瓷片、12供电电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-2，一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，包括基板1，基板1顶部的左侧固定安装有硅制冷片2，硅制冷片2的顶部固定安装有电路板3，基板1呈“L”状，硅制冷片2的宽度不小于电路板3的宽度，电路板3的顶部活动安装有激光器增益芯片4，电路板3的顶部且位于激光器增益芯片4的左侧固定安装有热敏电阻5，基板1的顶部且位于激光器增益芯片4的右侧固定安装有第一柱面镜6，激光器增益芯片4位于第一柱面镜6的左侧中心位置，热敏电阻5与激光器增益芯片4相互接触，且激光器增益芯片4与热敏电阻5均与电路板3电连接，基板1的顶部且位于第一柱面镜6的右侧固定安装有第二柱面镜7，第一柱面镜6的高度大于激光器增益芯片4与基板1顶部之间的距离，第一柱面镜6与第二柱面镜7固定方向相互平行，基板1的顶部且位于第二柱面镜7的右侧固定安装有分束镜8，基板1的顶部且位于分束镜8的右侧固定安装有固定架10，固定架10的顶部活动安装有角锥反射镜9，角锥反射镜9为圆锥结构的反射镜或三面反射镜，且圆锥结构的角锥反射镜9上方圆锥的高度与底面圆形半径相等，且三面反射镜的三个面之间相互呈九十度夹角，启动电路板3的电源开关，激光器增益芯片4将会发出光，激光器增益芯片4放出的光具有快轴和慢轴两个发散角，两束光分别从两个方向通过第一柱面镜6和第二柱面镜7，通过第一柱面镜6和第二柱面镜7的光将会被第一柱面镜6和第二柱面镜7准直，准直后的光入射到分束镜8，其中一部分光被九十度反射输出，作为第一路输出光，另一部分光将会通过分束镜8，分束镜8的入射面或者透射光出射面镀有滤光膜，用于谐振腔内的选模，分束镜8透射光入射到角锥反射镜9上，按原方向进行反射，反射光从反向入射分束镜8，一部分光被九十度反射输出，作为第二路输出光，另一部分透射光反向经过第一柱面镜6和第二柱面镜7，被聚焦后入射回激光增益芯片4的发光面上，外腔部分的光路不需要承受高能量密度，因而可以耐受极大的光功率输出，并且可以支持两路激光相干输出，适用于多种相干光学的应用，分束镜8的左面与右面均固定安装有滤光膜，第一柱面镜6、第二柱面镜7、分束镜8和角锥反射镜9处于同一水平线上，基板1的右侧壁固定安装有压电陶瓷片11，角锥反射镜9的右端与压电陶瓷片11相接触，压电陶瓷片11紧贴基板1的右侧壁，压电陶瓷片11的左面固定安装有驱动电极，压电陶瓷片11的高度小于基板1右侧壁的高度，第一柱面镜6、第二柱面镜7、分束镜8和角锥反射镜9的高度均小于基板1右侧壁的高度，压电陶瓷片11上固定安装有调制电极，角锥反射镜9安装在一个压电陶瓷片11上，压电陶瓷片11上装有调制电级，通过电压周期性的驱动压电陶瓷11，可以在激光器外腔长方向上产生周期性形变，从而产生线性调频激光，在通过外加电场驱动压电陶瓷调节激光器腔长时，由于角锥反射镜9对反射光路有高冗余能力，不会影响整体光路的等效反射率，因而瞬时线宽指标是稳定的状态，有效的提高了瞬时线宽的稳定性，并且激光器的准直在腔内完成，出射光即为准直光，激光器的波长可以任意定制，与光路结构无关，实现了激光器线宽的压窄，支持大功率激光输出，可产生频率调谐连续波，可方便快捷地实现窄线宽激光振荡及线性调频输出，同时激光器的线宽在调频过程中非常稳定，硅制冷片2的顶部且位于电路板3的后侧固定安装有供电电极12。
在使用时，启动电路板3的电源开关，激光器增益芯片4将会发出光，激光器增益芯片4放出的光具有快轴和慢轴两个发散角，两束光分别从两个方向通过第一柱面镜6和第二柱面镜7，通过第一柱面镜6和第二柱面镜7的光将会被第一柱面镜6和第二柱面镜7准直，准直后的光入射到分束镜8，其中一部分光被九十度反射输出，作为第一路输出光，另一部分光将会通过分束镜8，分束镜8的入射面或者透射光出射面镀有滤光膜，用于谐振腔内的选模，分束镜8透射光入射到角锥反射镜9上，按原方向进行反射，反射光从反向入射分束镜8，一部分光被九十度反射输出，作为第二路输出光，另一部分透射光反向经过第一柱面镜6和第二柱面镜7，被聚焦后入射回激光增益芯片4的发光面上，角锥反射镜9安装在一个压电陶瓷片11上，压电陶瓷片11上装有调制电级，通过电压周期性的驱动压电陶瓷11，可以在激光器外腔长方向上产生周期性形变，从而产生线性调频激光，在通过外加电场驱动压电陶瓷调节激光器腔长时，由于角锥反射镜9对反射光路有高冗余能力，不会影响整体光路的等效反射率，因而瞬时线宽指标是稳定的状态。
综上所述，该相干激光雷达使用的窄线宽激光器，通过设置激光器增益芯片4，启动电路板3的电源开关，激光器增益芯片4将会发出光，激光器增益芯片4放出的光具有快轴和慢轴两个发散角，两束光分别从两个方向通过第一柱面镜6和第二柱面镜7，通过第一柱面镜6和第二柱面镜7的光将会被第一柱面镜6和第二柱面镜7准直，准直后的光入射到分束镜8，其中一部分光被九十度反射输出，作为第一路输出光，另一部分光将会通过分束镜8，分束镜8的入射面或者透射光出射面镀有滤光膜，用于谐振腔内的选模，分束镜8透射光入射到角锥反射镜9上，按原方向进行反射，反射光从反向入射分束镜8，一部分光被九十度反射输出，作为第二路输出光，另一部分透射光反向经过第一柱面镜6和第二柱面镜7，被聚焦后入射回激光增益芯片4的发光面上，外腔部分的光路不需要承受高能量密度，因而可以耐受极大的光功率输出，并且可以支持两路激光相干输出，适用于多种相干光学的应用，并且通过设置角锥反射镜9，角锥反射镜9安装在一个压电陶瓷片11上，压电陶瓷片11上装有调制电级，通过电压周期性的驱动压电陶瓷11，可以在激光器外腔长方向上产生周期性形变，从而产生线性调频激光，在通过外加电场驱动压电陶瓷调节激光器腔长时，由于角锥反射镜9对反射光路有高冗余能力，不会影响整体光路的等效反射率，因而瞬时线宽指标是稳定的状态，有效的提高了瞬时线宽的稳定性，并且激光器的准直在腔内完成，出射光即为准直光，激光器的波长可以任意定制，与光路结构无关，实现了激光器线宽的压窄，支持大功率激光输出，可产生频率调谐连续波，可方便快捷地实现窄线宽激光振荡及线性调频输出，同时激光器的线宽在调频过程中非常稳定，解决了为了满足长距离的检测，激光器的线宽得足够窄，以满足时间距离的相干性，其次激光器要具备宽范围的线性调频能力，且调频过程中，线宽应保持一致性的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，包括基板(1)，其特征在于：所述基板(1)顶部的左侧固定安装有硅制冷片(2)，所述硅制冷片(2)的顶部固定安装有电路板(3)，所述电路板(3)的顶部活动安装有激光器增益芯片(4)，所述电路板(3)的顶部且位于激光器增益芯片(4)的左侧固定安装有热敏电阻(5)，所述基板(1)的顶部且位于激光器增益芯片(4)的右侧固定安装有第一柱面镜(6)，所述基板(1)的顶部且位于第一柱面镜(6)的右侧固定安装有第二柱面镜(7)，所述基板(1)的顶部且位于第二柱面镜(7)的右侧固定安装有分束镜(8)，所述基板(1)的顶部且位于分束镜(8)的右侧固定安装有固定架(10)，所述固定架(10)的顶部活动安装有角锥反射镜(9)，所述基板(1)的右侧壁固定安装有压电陶瓷片(11)，所述硅制冷片(2)的顶部且位于电路板(3)的后侧固定安装有供电电极(12)。
2.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述基板(1)呈“L”状，所述硅制冷片(2)的宽度不小于电路板(3)的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述激光器增益芯片(4)位于第一柱面镜(6)的左侧中心位置，所述热敏电阻(5)与激光器增益芯片(4)相互接触，且激光器增益芯片(4)与热敏电阻(5)均与电路板(3)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述第一柱面镜(6)的高度大于激光器增益芯片(4)与基板(1)顶部之间的距离，所述第一柱面镜(6)与第二柱面镜(7)固定方向相互平行。
5.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述分束镜(8)的左面与右面均固定安装有滤光膜，所述第一柱面镜(6)、第二柱面镜(7)、分束镜(8)和角锥反射镜(9)处于同一水平线上。
6.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述角锥反射镜(9)的右端与压电陶瓷片(11)相接触，所述压电陶瓷片(11)紧贴基板(1)的右侧壁。
7.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述压电陶瓷片(11)的左面固定安装有驱动电极，所述压电陶瓷片(11)的高度小于基板(1)右侧壁的高度。
8.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述第一柱面镜(6)、第二柱面镜(7)、分束镜(8)和角锥反射镜(9)的高度均小于基板(1)右侧壁的高度，所述压电陶瓷片(11)上固定安装有调制电极。
9.根据权利要求1所述的一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器，其特征在于：所述角锥反射镜(9)为圆锥结构的反射镜或三面反射镜，且圆锥结构的角锥反射镜上方圆锥的高度与底面圆形半径相等，且三面反射镜的三个面之间相互呈九十度夹角。
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