CN111025261A - 激光雷达光源及激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种激光雷达光源及激光雷达系统。其中，所述激光雷达光源包括：波长可调激光器、第一光隔离器、泵浦激光器、光合波器和增益介质。所述波长可调激光器用于产生第一激光，所述泵浦激光器用于产生泵浦激光；所述第一激光经所述第一光隔离器进入所述光合波器，与进入所述光合波器的所述泵浦激光在所述光合波器中耦合为第二激光后，经所述增益介质放大后输出。本申请提供的所述激光雷达光源增加了激光光束编码的数量和范围，从而增加了激光雷达系统的应用范围。

Description

激光雷达光源及激光雷达系统
技术领域
本申请涉及激光技术领域，特别是涉及一种激光雷达光源及激光雷达系统。
背景技术
随着科技的进步，激光雷达系统在很多行业有了广泛的应用，如：速度检测、自动驾驶、3D扫描等。
激光雷达系统测距的主要过程是：激光雷达系统向周围发射激光光束，当光束达到被测物表面，被测物对光束形成反射。激光雷达系统识别被测物反射回来的光束，并根据反射回来的光束的相关信息(例如成像位置、飞行时间、相位信息等)计算与被测物之间的距离。在这个过程中，若激光雷达系统的激光雷达光源工作在脉冲状态下时，激光雷达系统会对激光雷达光源发出的每一束激光进行编码，以区分不同的激光光束，便于后续准确识别被测物反射回来的激光光束。在对激光光束进行编码时，一般会以激光波长作为依据，按照一定的编码规则进行编码计算，以得到多个不同的编码。
传统技术的激光雷达光源主要采用905nm波长的半导体激光器作为光源，这样的激光雷达光源存在激光光束的编码范围有限的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种激光雷达光源及激光雷达系统。
一种激光雷达光源，包括：波长可调激光器、第一光隔离器、泵浦激光器、光合波器和增益介质；
所述波长可调激光器用于产生第一激光，所述泵浦激光器用于产生泵浦激光；
所述第一激光经所述第一光隔离器进入所述光合波器，与进入所述光合波器的所述泵浦激光在所述光合波器中耦合为第二激光后，经所述增益介质放大后输出。
在其中一个实施例中，所述激光雷达光源还包括：
第二光隔离器、分光器和光电探测器；
放大后的第二激光经所述第二光隔离器进入所述分光器，所述分光器用于将所述放大后的第二激光分束为主激光和检测光，所述光电探测器同于探测所述检测光，并将探测到的光信号转换为电信号。
在其中一个实施例中，所述光电探测器的输出端与所述泵浦激光器的控制端电连接。
在其中一个实施例中，所述第一激光的波长为1528nm-1568nm。
在其中一个实施例中，所述激光雷达光源还包括：
控制电路，与所述波长可调激光器连接，用于控制所述波长可调激光器工作于脉冲状态。
在其中一个实施例中，所述增益介质为掺稀土元素光纤。
在其中一个实施例中，所述泵浦激光的波长为980nm，所述掺稀土元素光纤为掺铒光纤。
在其中一个实施例中，所述泵浦激光的波长为915nm或940nm，所述掺稀土元素光纤为铒镱共掺光纤。
在其中一个实施例中，所述波长可调激光器包括激光芯片、光波导和合束器，所述激光芯片用于产生多束第三激光；
所述多束第三激光经所述光波导引导进入所述合束器，所述合束器用于将所述多束第三激光合为所述第一激光。
一种激光雷达系统，包括如上所述的激光雷达光源。
本申请实施例提供的所述激光雷达光源和激光雷达系统，所述激光雷达光源包括波长可调激光器、第一光隔离器、泵浦激光器、光合波器和增益介质。所述激光雷达光源以所述波长可调激光器作为种子光源，其波长可以根据需求选择和调整，能够输出多种波长的激光。因此，以所述激光雷达光源作为光源的激光雷达系统，可以以多种波长作为编码的依据，大大增加了激光光束编码的数量和范围，从而增加了激光雷达系统的应用范围，解决了传统技术中，激光雷达光束编码范围受限的问题。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的激光雷达光源结构示意图；
图2为本申请一个实施例提供的激光雷达光源结构示意图；
图3为本申请一个实施例提供的波长可调激光器结构示意图。
附图标记说明：
激光雷达光源 10
波长可调激光器 110
激光芯片 111
光波导 112
合束器 113
第一光隔离器 120
泵浦激光器 130
光合波器 140
增益介质 150
输出连接头 151
第二光隔离器 160
分光器 170
光电探测器 180
控制电路 190
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1，本申请一个实施例提供一种激光雷达光源10，其包括波长可调激光器(Wavelength Tunable Laser)110、第一光隔离器(Optical Isolator)120、泵浦激光器(Pump Laser)130、光合波器(Optical Wavelength Division Multiplexing)140和增益介质150。
所述波长可调激光器110，又称波长可调种子光源。本申请实施例中，所述波长可调激光器110工作在脉冲状态，用于产生波长可调的脉冲激光。所述波长可调激光器110工作时产生的激光命名为第一激光。所述波长可调激光器110输出的激光的波长范围可以根据实际需求选择，本申请实施例不做限定。所述波长可调激光器110的具体结构、型号等也可以根据实际需求选择，只要能够输出波长可调的脉冲激光即可。
所述泵浦激光器130用于产生泵浦激光，所述泵浦激光的波长可以约为980nm、915nm或940nm。所述泵浦激光器130的具体结构本申请实施例不做限定。
所述第一光隔离器120用于隔离所述泵浦激光，使所述第一激光沿单向传输。所述第一光隔离器120的具体结构、型号等不做限定。
所述光合波器140，又称波分复用器，用于将进入其的多种光信号汇合在一起，并耦合进入所述增益介质150。所述增益介质150用于对耦合后的光进行放大。所述增益介质150的具体材料可以根据所述泵浦光的波长不同而不同。
所述激光雷达光源10的工作过程如下：
用户根据需求调整所述激光可调激光器110，使得所述波长可调激光器110产生波长范围中的一种波长的第一激光。所述第一激光进入所述第一光隔离器120，所述第一光隔离器120限定激光沿激光发射方向传输进入所述光合波器140，同时，所述泵浦激光器130产生泵浦激光并进入所述光合波器140，所述泵浦激光和所述第一激光在所述光合波器140中的光路方向相同。所述光合波器140将所述第一激光和所述泵浦激光耦合为第二激光后射入所述增益介质150。所述第二激光在所述增益介质150中放大并输出放大后的第二激光。所述增益介质150的输出端还可以进一步连接有输出连接头151，所述放大后的第二激光可以通过所述输出连接头151输出。
以所述激光雷达光源10作为光源的激光雷达系统，需要对所述激光雷达光源发出的每一束光进行编码，以区分不同时刻脉冲对应的激光光束。编码时，可以依据激光光源的波长进行编码。显然，波长的范围越大，种类越多，形成的编码就越多。编码越多，能够检测的次数就更多，从而能够大大增加激光雷达系统的应用范围。例如，假设以一种波长为依据，按照预设的编码规则进行编码时，能够形成4万个编码，这4万个编码可以应用于4万个激光光束。假设本申请实施例提供的激光雷达光源10可以输出40种波长的激光光束，那么，以这40种波长为依据，按照同样的编码规则进行编码，能够形成160万种编码，因此，所述激光雷达系统能够实现160万次检测。所以，本实施例中的所述激光雷达光源10大大增加了激光光束编码的数量和编码范围，增大了激光雷达系统的应用范围。
本申请实施例提供的所述激光雷达光源10包括波长可调激光器110、第一光隔离器120、泵浦激光器130、光合波器140和增益介质150。所述激光雷达光源10以所述波长可调激光器110作为种子光源，其波长可以根据需求选择和调整，能够输出多种波长的激光。因此，以所述激光雷达光源10作为光源的激光雷达系统，可以以多种波长作为编码的依据，大大增加了激光光束编码的数量和范围，从而增加了激光雷达系统的应用范围，解决了传统技术中，激光雷达光束编码范围受限的问题。
请参见图2，在一个实施例中，所述激光雷达光源10还包括第二光隔离器160、分光器170和光电探测器180。
所述第二光隔离器160用于隔离反向光，使得放大后的第二激光沿单向传输。所述分光器170将一束光分为两束，一束作为所述激光雷达光源10的输出，命名为主激光，另一束用于输入所述光电探测器180，命名为检测光。具体的，所述放大后的第二激光经所述第二光隔离器160进入所述分光器170，所述分光器将所述放大后的第二激光分束为主激光和检测光。所述主激光输出，所述检测光进入所述光电探测器180。
所述光电探测器180用于探测所述检测光的光信号，并将所述光信号转换为电信号输出。所述光电探测器180检测到的电信号可以用于反映放大后的第二激光的功率大小及变化趋势。
在一个实施例中，所述光电探测器180的输出端还可以进一步与所述泵浦激光器130的控制端电连接。所述光电探测器180输出的电信号作为所述泵浦激光器130的功率反馈信号。所述泵浦激光器130可以根据所述光电探测器180反馈的电信号调整输出的泵浦激光的功率。本实施例中，通过将所述光电探测器180的输出端与所述泵浦激光器130的控制端电连接，实现对所述泵浦激光器130的闭环控制，从而提高所述泵浦激光器130输出功率的稳定性，进而提高对所述波长可调激光器110输出的激光放大倍数的稳定性。
在一个实施例中，所述波长可调激光器110输出的所述泵浦激光的波长为1528nm-1568nm。这个波长范围的激光频率高、人眼安全阈值高，且探测距离远，可以广泛的应用于自动驾驶、3D扫描等领域。
在一个实施例中，所述激光雷达光源10可以为既能工作在连续状态下，又能工作在脉冲状态下的激光光源。所述激光雷达光源10还可以进一步包括控制电路190。所述控制电路190与所述波长可调激光器110连接。所述控制电路190用于控制所述波长可调激光器110工作于脉冲状态，输出脉冲激光。
在一个实施例中，所述增益介质150为掺稀土元素光纤。所述掺稀土元素光纤可以为掺铒光纤，也可以为铒镱共掺光纤等。
在一个实施例中，所述泵浦激光器130输出的所述泵浦激光的波长为980nm左右时，可以选择掺铒光纤作为增益介质，这样能够经放大输出功率为10mw-200mw之间的激光，满足较小功率的激光输出需求。
在一个实施例中，所述泵浦激光器130输出的所述泵浦激光的波长为915nm左右或940nm左右时，可以选择铒镱共掺光纤作为增益介质，这样能够经放大输出功率为1W以上的激光，满足较大功率的激光输出需求。
请参见图3，在一个实施例中，所述波长可调激光器110包括激光芯片111、光波导112和合束器113。
所述激光芯片111由芯片阵列组成。通过控制调节所述激光芯片111能够产生不同波长的激光。所述激光芯片111用于产生多束激光，命名为第三激光。所述光波导112用于引导激光在其中传输。所述合束器113用于将多束激光合为一束输出。具体的，所述激光芯片111产生多束第三激光，所述多束第三激光经所述光波导112的引导，进入所述合束器113。所述合束器经所述多束第三激光合为一束激光，形成所述第一激光输出。
本申请一个实施例还提供一种激光雷达系统，其包括如上实施例所述的激光雷达光源10。所述激光雷达系统可以有多种波长作为编码的依据，大大提高了对光束编码的数量和范围，从而增加所述激光雷达系统的应用范围。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达光源，其特征在于，包括：波长可调激光器(110)、第一光隔离器(120)、泵浦激光器(130)、光合波器(140)和增益介质(150)；
所述波长可调激光器(110)用于产生第一激光，所述泵浦激光器(130)用于产生泵浦激光；
所述第一激光经所述第一光隔离器(120)进入所述光合波器(140)，与进入所述光合波器(140)的所述泵浦激光在所述光合波器(140)中耦合为第二激光后，经所述增益介质(150)放大后输出。
2.根据权利要求1所述的激光雷达光源，其特征在于，还包括：
第二光隔离器(160)、分光器(170)和光电探测器(180)；
放大后的第二激光经所述第二光隔离器(160)进入所述分光器(170)，所述分光器(170)用于将所述放大后的第二激光分束为主激光和检测光，所述光电探测器(180)同于探测所述检测光，并将探测到的光信号转换为电信号。
3.根据权利要求2所述的激光雷达光源，其特征在于，所述光电探测器(180)的输出端与所述泵浦激光器(130)的控制端电连接。
4.根据权利要求1所述的激光雷达光源，其特征在于，所述第一激光的波长为1528nm-1568nm。
5.根据权利要求1所述的激光雷达光源，其特征在于，还包括：
控制电路(190)，与所述波长可调激光器(110)连接，用于控制所述波长可调激光器(110)工作于脉冲状态。
6.根据权利要求1所述的激光雷达光源，其特征在于，所述增益介质(150)为掺稀土元素光纤。
7.根据权利要求6所述的激光雷达光源，其特征在于，所述泵浦激光的波长为980nm，所述掺稀土元素光纤为掺铒光纤。
8.根据权利要求6所述的激光雷达光源，其特征在于，所述泵浦激光的波长为915nm或940nm，所述掺稀土元素光纤为铒镱共掺光纤。
9.根据权利要求1所述的激光雷达光源，其特征在于，所述波长可调激光器(110)包括激光芯片(111)、光波导(112)和合束器(113)，所述激光芯片(111)用于产生多束第三激光；
所述多束第三激光经所述光波导(112)引导进入所述合束器(113)，所述合束器(113)用于将所述多束第三激光合为所述第一激光。
10.一种激光雷达系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的激光雷达光源(10)。
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