CN111257897A - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种激光雷达，包括：锁模激光器阵列，包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序出射；第一光放大器，用于对激光光束和自被测物面返回的光进行放大；光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；光发散元件，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；光电二极管阵列，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面返回的光。该激光雷达能够精确实时测量被测物点的速度信息，探测距离长，扫描速度快，扫描面阵的覆盖点密度高。

Description

一种激光雷达

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种基于锁模光频梳的长距离阵列式激光雷达。

背景技术

激光雷达(LADAR：Laser Detection and Ranging)，即“激光的探测和测距”，实际上是一种工作在光学波段的雷达，图1是单线激光雷达的原理示意图，一个发射端A发射激光，一个接收端B探测被测物面C的回光，通过计算，获得被测物面的位置、距离、速度信息，其优点非常明显，分辨率高、抗干扰能力强、信息量丰富、可全天工作。激光雷达从探测机制划分，主要有直接探测激光雷达和相干探测激光雷达，前者主要用于自动驾驶、机器人、测绘等领域，后者主要用于测风、测速等领域。

测距方法可以分为激光飞行时间法(Time of Fly，TOF)和三角法。激光飞行时间法有两类，一类是对激光连续波进行强度的调制，通过相位差来测量距离信息的相位测距技术，一类是脉冲测距技术。相位测距技术测距速度慢，并且测量精度容易受到目标运动的影响，因此不适用于如自动驾驶、机器人等领域。脉冲测距技术测距速度快，能够获得目标的实时位置信息，不受目标运动的影响，适用于自动驾驶、机器人等领域，但其缺点在于测距分辨率低于脉冲测距技术，并且提升测距分辨率的难度大，测距精度不足。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出第一种激光雷达，包括锁模激光器阵列、光开关、准直透镜阵列、一个或多个光放大器、光调制器、光发散元件和光电二极管阵列，其中：

锁模激光器阵列，包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序出射；

准直透镜阵列，包括与所述多个锁模激光器对应设置的多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直；

第一光放大器，用于对经准直的激光光束和自被测物面返回的光进行放大；

光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

光发散元件，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

光电二极管阵列，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面返回的光。

本发明实施例还提出第二种激光雷达，包括锁模激光器阵列、光开关、准直透镜阵列、合波器件、一个或多个光放大器、光调制器、光栅和光电二极管阵列，其中：

锁模激光器阵列，包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序发射；

准直透镜阵列，包括与所述多个锁模激光器对应设置的多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直；

合波器件，用于将经过准直的激光光束汇聚至同一光纤的第一端，汇聚的激光光束自所述光纤的第二端出射，接入光纤型第一光放大器；

光纤型第一光放大器，用于对所述光纤出射的激光光束进行放大；

光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

光栅，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

光电二极管阵列，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面返回的光。

根据本发明实施例的第一种或第二种激光雷达，所述激光雷达包括两个或多个锁模激光器阵列、两个或多个光开关和与两个或多个锁模激光器阵列对应设置的两个或多个光电二极管阵列；所述两个或多个锁模激光器阵列在所述光调制器的扫描方向上平行设置；所述两个或多个光电二极管阵列在所述光调制器的扫描方向上平行设置。

进一步，所述两个或多个锁模激光器阵列和两个或多个光电二极管阵列之间交叉错层设置。

本发明实施例还提出第三种激光雷达，包括锁模激光器阵列、光开关、准直透镜阵列、合波器件、一个或多个光放大器、光调制器、光栅、会聚透镜和光电二极管阵列，其中：

锁模激光器阵列，包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序出射；

准直透镜阵列，包括与所述多个锁模激光器对应设置的多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直；

合波器件，用于将经过准直的激光光束汇聚至同一光纤的第一端，汇聚的激光光束自所述光纤的第二端出射，接入光纤型第一光放大器；

光纤型第一光放大器，用于对所述光纤出射的激光光束进行放大；

光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

光栅，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

会聚透镜，用于直接接收自被测物面返回的光；

光电二极管阵列，包括多个光电二极管，用于接收所述会聚透镜会聚的自被测物面返回的光。

本发明实施例还提出一种单线激光雷达，包括锁模激光器、光开关、一个或多个光放大器、第一光调制器、第二光调制器、光发散元件和光电二极管，其中：

锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序出射；

第一光放大器，用于对激光光束和自被测物面返回的光进行放大；

第一光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

第二光调制器，用于使放大的激光光束在第二平面偏转；

光发散元件，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

光电二极管，用于接收自被测物面返回的光。

根据本发明实施例的第一种或第二种或第三种激光雷达或单线激光雷达，所述锁模激光器的波长处于1550nm的C波段，和/或，所述光电二极管为雪崩型光电二极管，和/或，所述锁模激光器基于量子阱技术、选择区域外延技术和前腔镜电调制技术制得。

根据本发明实施例的第一种或第二种或第三种激光雷达或单线激光雷达，，所述激光雷达包括第二光放大器，所述第二光放大器为与锁模激光器芯片一起封装的半导体光放大器。

进一步，所述第一光放大器为掺杂晶体光放大器或拉曼光放大器；优选的，所述掺杂晶体光放大器为掺铒晶体或者掺铒玻璃或掺铥晶体或掺钇晶体光放大器；优选的，所述掺铒晶体为Er-YAl₃(BO₃)₄或Er-Y₃Al₅O₁₂。

根据本发明实施例的第一种激光雷达或单线激光雷达，所述光发散元件为柱面透镜；

或者，所述光发散元件为反射镜阵列，所述反射镜阵列包括多个反射镜，所述多个反射镜分别与多个锁模激光器对应设置，多个锁模激光器发出的激光光束在多个反射镜的入射角不同；

或者，所述光发散元件为具有多个折射面的折射棱镜，所述多个折射面分别与多个锁模激光器对应设置，多个锁模激光器发出的激光光束入射所述折射棱镜后，所述折射棱镜对激光光束的折射使激光光束透射扇出。

本发明实施例的有益效果：本发明实施例提出的激光雷达能够精确实时测量被测物点的速度信息，探测距离长，扫描速度快，扫描面阵的覆盖点密度高，适用于自动驾驶等复杂技术领域。

附图说明

图1是现有技术中单线激光雷达原理示意图；

图2是本发明实施例1提出的长距离阵列式激光雷达结构正向示意图；

图3是本发明实施例1提出的长距离阵列式激光雷达结构侧向示意图；

图4是本发明实施例提出的光频梳示意图；

图5是本发明实施例提出的光栅透射扇出示意图；

图6是本发明实施例提出的反射镜反射扇出示意图；

图7是本发明实施例2提出的长距离阵列式激光雷达结构侧向示意图；

图8是本发明实施例2提出的长距离阵列式激光雷达结构侧向扫描示意图；

图9是本发明实施例4提出的长距离阵列式激光雷达结构正向示意图；

图10是本发明实施例4提出的长距离阵列式激光雷达结构侧向示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

实施例1

参照图2、图3，本实施例提出了一种基于锁模光频梳的长距离阵列式激光雷达，包括第一锁模激光器阵列1、第一光电二极管阵列2、第一光开关3、准直透镜阵列4、第一光放大器5、声光调制器6和柱面透镜7。

第一锁模激光器阵列1包括呈一维直线排列的多个锁模激光器(图2中λ1、λ2···λ7)，用于发出锁模激光脉冲，所述锁模激光器发的激光包含几个固定频率间隔的子频率，构成光频梳。所述激光脉冲为固定重复频率脉冲或者可变重复频率脉冲。每个锁模激光器阵列可以由在一片基片生长和切割的多个锁模激光器构成的一维阵列，也可以是多个单个锁模激光器封装到热沉，再组合形成的一维阵列。

第一光开关3，用于控制激光脉冲按照预设时序出射，所述激光脉冲由光开关3控制按照预设的时序出射。

准直透镜阵列4，包括多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直整形。准直透镜与锁模激光器对应设置，优选的，锁模激光器发出的激光经准直透镜4准直成基本准直、偏汇聚的准直光束。

第一光放大器5，用于对所述准直光束及被测物面8反射的光进行放大。准直光束经第一光放大器5放大后，峰值功率和能量获得提高。

声光调制器6，用于控制被放大的激光光束发生偏转，声光调制器6能够使激光光束在第一平面偏转，如图3所示，使激光在Y-Z平面偏转。

柱面透镜7，例如平凹柱面透镜，用于对经声光调制器调制的激光进行发散。使激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面8的一条线阵的点阵上。

第一光电二极管阵列2，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面8返回的光，设置于第一光电二极管阵列2之前的第一滤光片9，用于对自被测物面8返回的光进行滤光。

所述激光雷达还包括控制装置，所述控制装置用于实现多种激光雷达功能：如同步、锁模、扫描、测速、测距、驱动激光二极管、探测光电二极管信号等。本发明的创新之处不在于控制装置，本领域技术人员根据本发明公开的技术内容能够合理地选择或构造控制装置，在本公开内容中，对控制装置不做特别限定。

该激光雷达工作时，锁模激光器阵列发出的锁模激光脉冲，光开关控制按照预设的时序通过，经准直透镜4准直成基本准直、偏汇聚的准直光束，准直光束经第一光放大器5放大，提高峰值功率和能量后，再经声光调制器6的控制在第一平面(如图3所示的Y-Z平面)发生偏转，经过柱面透镜7的发散，呈扇形出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面8的一条线阵的点阵上，被被测物面8反射的回波，沿傍轴方向返回，依次通过柱面透镜7、声光调制器6、第一光放大器5、准直透镜4，再经过滤光片9，被对应的光电二极管阵列2的多个光电二极管接收。滤光片9能够将其它通道的光滤除，保证相应通道的发射的光，进入相应光电二极管，获得可靠的信号。光开关3每放行发出一个脉冲，对应声光调制器6的一个偏转位置；在回波信号被光电二极管阵列2接收后，声光调制器6偏转到下一个偏转位置，光开关3放行下一个脉冲。控制装置根据发射脉冲和接收回波脉冲的时间间隔，扣除系统本底固定光程，通过光速在空气中的传播速度，计算获得相应被测物面8的特定点距离激光雷达的距离。

图3表示了本实施例的激光雷达的工作方式，通过声光调制器6对光束的角度偏折，可以获得a、b、c三点的距离信息。显然，声光调制器6可以有更多的偏转角度，可以获得更多点阵信息。即，激光雷达的每一个锁模激光器和光电二极管，可以在声光调制器6的第一平面(如图3所示的Y-Z平面)上获得一条线阵上一系列特定点的距离信息。显然，利用多个锁模激光器和多个光电二极管，可以获得被测物面8在如图2所示的第二平面(如图2所示的X-Z平面)上的一条线阵上的一系列特定点的距离信息，结合图3所示的被测物面8在第一平面上(如图3所示的Y-Z平面)的点阵信息，即可获得被测物面8的空间立体面的三维信息。

根据本实施例的激光雷达，由于光开关3的速度可以到GHz(10exp(+9)赫兹)量级，激光雷达的响应时间能够达到nS(纳秒，10exp(-9)秒)量级。当声光调制器6的稳定时间在1uS(微秒，10exp(-6)秒)时，激光雷达的扫描频率能够达到MHz(10exp(+6)赫兹)量级。声光调制器扫描一个点的速度是1微秒量级，则扫描1000个点的时间是1微秒*1000*2＝2毫秒(声光调制器从一个稳态调制偏转到下一个稳态调制偏转，需要至少一倍过渡时间)。本发明的激光雷达安装在时速120公里/小时的汽车上时，在2毫秒的时间里，汽车将移动0.066米。相对汽车的移动速度，该扫描速度是安全的，因此，本发明的激光雷达能够适用于自动驾驶技术领域。

图4为本实施例的光频梳示意图，每个锁模激光器1(λ1、λ2···λ7)中的每个信号包含有4个均匀间隔且具有相干稳定相位关系的频率分量组成的光谱，通过测量发射信号和反射回波信号的相位和频率差异，可以实时获得被测物点的速度信息。

本实施例中柱面透镜7还可以用光栅10代替，所述光栅10可以为透射光栅，也可以是反射光栅。图5表示激光光束经光栅透射扇出示意图。光栅具有波长相关特性，不同波长的光在光栅上有不同的透射角或反射角，利用这个特性，可以在不改变光斑准直特性的情况下，实现多光束(λ1、λ2···λ7)按一定的角度关系扇出。

本实施例中柱面透镜7还可以用反射镜阵列12代替，所述反射镜阵列包括多个反射镜，所述多个反射镜分别与多个锁模激光器对应设置，多个锁模激光器发出的激光光束在多个反射镜的入射角不同。图6表示激光光束经反射镜阵列反射扇出示意图。由于每个反射面的角度有差异，每束光的反射方向就不同，可以在不改变光斑准直特性的情况下，实现多光束(λ1、λ2···λ7)按一定的角度关系反射扇出。

本实施例中柱面透镜7还可以用具有多个折射面的折射棱镜代替，所述多个折射面分别与多个锁模激光器对应设置，多个锁模激光器发出的激光光束入射所述折射棱镜后，利用多折射面的折射棱镜对激光光束的折射作用实现多光束(λ1、λ2···λ7)的透射扇出。

优选的，所述锁模激光器采用激光二极管芯片加信号驱动的主动调制器构成，该实施方式可获得皮秒(pS)量级的高峰值功率脉冲，峰值功率可以达到1～100瓦量级。优选的，所述锁模激光器的波长处于1550nm的C波段。优选的，所述锁模激光器基于量子阱技术、DFB(选择区域外延)技术和前腔镜电调制技术制得。由此，锁模激光器的实际可用波长范围从1520nm到1565nm，每个通道的波长间隔实际可以为典型的0.8nm或者0.4nm，保证有足够多的通道数。

优选的，所述光开关3为电光开关。另外，光开关也可以是波导调制开关、电吸收调制器(EAM)、声光开关或直接是电调制实现光的开关。

优选的，所述激光雷达采用一级光放大器或多级光放大器。例如，所述激光雷达还包括第二光放大器，由此构成两级光放大结构。

优选的，所述第一光放大器为掺杂晶体光放大器或拉曼光放大器；优选的，所述掺杂晶体光放大器为掺铒晶体或者掺铒玻璃或者掺铥晶体或者掺钇晶体光放大器；优选的，所述掺铒晶体为Er-YAl₃(BO₃)₄或Er-Y₃Al₅O₁₂，特别是，采用Er-YAl₃(BO₃)₄可以获得对应峰值波长上更高的增益峰值、更高的输出峰值功率和能量、反射回波的更大的放大倍数，有利于更长距离和更可靠的探测。

优选的，所述第二光放大器为半导体光放大器。

例如，在一个实施方式中，锁模激光器发出的脉冲激光，先经第二光放大器放大，第二光放大器为与激光二极管芯片封装在一起的基于半导体芯片的半导体光放大器(SOA)，再经第一光放大器，进行两级放大。采用本发明实施例的多级光放大方式，以锁模激光器基于激光二极管芯片加信号驱动的主动调制器构成为例，其发射的脉冲激光经过一级半导体光放大器(SOA)，再经过一级自由空间的光放大，可以获得千瓦级别的峰值功率，能够满足0～1000米范围的激光雷达的使用要求。显然，本领域技术人员能够理解，本发明的激光雷达还可以采用脉冲激光先经一级半导体光放大器，再经一级光纤型第一光放大器的方式，或者其他多级放大的方式构成的多级光放大器，并且，本发明也不限于两级放大。

优选的，所述锁模激光器发出的激光的波长对应第一光放大器中光放大晶体的相应增益峰。

声光调制器为本实施例优选的光调制器，但本发明不限于声光调制器，还可以采用电光调制器、液晶调制器、光栅、反射镜和微机械反射镜(MEMS反射镜)等其它能够实现控制被放大的激光光束发生偏转的光调制器。

优选的，光电二极管采用雪崩型光电二极管，由于锁模激光器发射的激光光束和反射的回波光束两次经过第一光放大器，峰值功率和能量密度两次获得放大，采用雪崩型光电二极管，探测距离可以达到0～1000米的范围。

根据上述内容，本领域技术人员能够理解，本发明基于锁模光频梳的阵列式激光雷达利用回波光频梳频率的偏移，能够精确实时测量被测物点的速度信息，探测距离长，扫描速度快，扫描面阵的覆盖点密度高。

实施例2

参照图7、图8，本实施例与实施例1相比，区别在于，所述激光雷达还包括第二锁模激光器阵列1′、第二光开关3′、第二光电二极管阵列2′和第二滤光片9′。

所述第一锁模激光器阵列1与所述第二锁模激光器阵列1′在声光调制器6的扫描方向上平行设置；所述第一光电二极管阵列2与所述第二光电二极管阵列2′在声光调制器6的扫描方向上平行设置。优选的，所述锁模激光器阵列和光电二极管阵列之间交叉错层设置，即，在声光调制器6的扫描方向上，按照第一锁模激光器阵列1、第一光电二极管阵列2、第二锁模激光器阵列1′、第二光电二极管阵列2′的顺序交叉错层设置。

所述第二锁模激光器阵列1包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发出锁模激光脉冲，所述激光包含多个固定频率间隔的子频率，构成光频梳。

所述第二光开关3′，用于控制激光脉冲按照预设时序出射，所述激光脉冲由第二光开关3′控制按照预设的时序出射。

准直透镜阵列4，包括多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直整形。准直透镜与锁模激光器对应设置，优选的，锁模激光器发出的激光经准直透镜4准直成基本准直、偏汇聚的准直光束。

第一光放大器5，用于对所述准直光束和被测物面8反射的光进行放大。准直光束经第一光放大器5放大后，峰值功率和能量获得提高。

声光调制器6，用于控制被放大的激光光束发生偏转，声光调制器6能够使激光光束在第一平面偏转，如图8所示，使激光在Y-Z平面偏转。

柱面透镜7，例如平凹柱面透镜，用于对经声光调制器6调制的激光进行发散。使激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面8的一条线阵的点阵上。

第二光电二极管阵列2′，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面8返回的光，设置于第二光电二极管阵列2′之前的第一滤光片9′，用于对自被测物面8返回的光进行滤光。

其余技术特征与实施例1基本相同，不必赘述。

相比实施例1，本实施例增加了第二锁模激光器阵列1′、第二光开关3′、第二光电二极管阵列2′和第二滤光片9′。其工作过程与实施例1相同，只是发射单元(锁模激光器阵列)和接收单元(光电二极管阵列)增加一倍，在被测物面8上可以一次获得A0和B0两个点的距离信息。准直透镜4、第一光放大器5、声光调制器6和柱面透镜7共用。

本实施例中，例如，优选激光二极管芯片的尺寸为1*20μm，优选光电二极管芯片的尺寸为40*40μm的微米(10exp(-6)米)量级，在傍轴方向双层复用，不改变光学系统的傍轴条件，在成本增加较少的情况下，成倍提高扫描点阵密度或者范围。

图8为本实施例的激光雷达侧向扫描示意图，在声光调制器6的一个偏转位置，可以获得两个点A0和B0、A1和B1、A2和B2，在声光调制器6的速度不变的情况下，第一平面(如图8所示的Y-Z平面)的扫描速度/效率提高一倍，即，对声光调制器6的扫描速度要求可以降低一倍。

显然，本领域技术人员在充分能理解本发明实施例所公开的内容后，能够理解，除本实施例的双层复用结构外，在声光调制器6的扫描方向，还可以根据实际需要设置为多层复用结构，即，在声光调制器6的扫描方向上，平行设置多个锁模激光器阵列和相应的多个光电二极管阵列，例如三个或更多个。优选的，所述多层复用结构的多个锁模激光器阵列和多个光电二极管阵列的设置方式与上述双层复用结构相同，也为交叉错层设置。

通过双层复用结构或多层复用结构，解决了声光调制速率慢导致的扫描频率瓶颈问题，提高了扫描的综合速度，并且还提高了声光调制器6偏转面的扫描点阵密度。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的激光雷达实施为单线激光雷达，即，所述激光雷达包括：

锁模激光器，用于发出锁模激光脉冲，所述激光包含多个固定频率间隔的子频率，构成光频梳。

第一声光调制器和第二声光调制器，用于控制被放大的激光光束发生偏转，所述第一声光调制器和第二声光调制器的扫描方向不同，优选二者扫描方向相互垂直，第一声光调制器能够使激光光束在第一平面偏转，第二声光调制器能够使激光光束在第二平面偏转。

由此，两个方向的声光调制器实现了单线激光雷达的面阵扫描。

其余技术特征与实施例1基本相同，不必赘述。

实施例4

参照图9、图10，本实施例与实施例1相比，区别在于，所述激光雷达包括第一锁模激光器阵列1、第一光电二极管阵列2、第一光开关3、准直透镜阵列4、光纤型第一光放大器5、合波器件11、声光调制器6、光栅10、会聚透镜4′和控制装置。

第一锁模激光器阵列1包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发出锁模激光脉冲，所述激光包含多个固定频率间隔的子频率，构成光频梳。

第一光开关3，用于控制激光脉冲按照预设时序出射，所述激光脉冲由光开关3控制按照预设的时序出射。

准直透镜阵列4，包括多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直整形。准直透镜与锁模激光器对应设置，优选的，锁模激光器发出的激光经准直透镜4准直成基本准直、偏汇聚的准直光束。

合波器件11设置在所述准直透镜阵4和所述第一光放大器5之间，用于将所述多个锁模激光器发出的激光光束汇聚至同一光纤的第一端，所述汇聚的激光光束自所述光纤的第二端出射，接入所述光纤型第一光放大器5。

光纤型第一光放大器5，用于对所述光纤出射的激光光束进行放大。激光光束经放大后，峰值功率和能量获得提高。

声光调制器6，用于控制被放大的激光光束发生偏转，声光调制器6能够使激光光束在第一平面偏转，如图3所示，使激光在Y-Z平面偏转。

光栅10，用于对经声光调制器6调制的激光进行发散，使激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面8的一条线阵的点阵上。图10所示为透射光栅，也可以采用反射光栅。

第一光电二极管阵列2，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面8返回的光，设置于第一光电二极管阵列2之前的第一滤光片9，用于对自被测物面8返回的光进行滤光，设置于所述滤光片9之前的会聚透镜4′，所述会聚透镜4′用于直接接收来自被测物面8返回的光。

本实施例的激光雷达在工作时，激光光束经被测物面8反射后，反射回波不再经过光栅10，也不再进入第一光放大器5放大，而是采用会聚透镜4′直接接收回波信号。

在另一个实施方式中，本实施例的激光雷达包括两组或多组锁模激光器阵列以及相应的两组或多组光电二极管阵列，构成如实施例2所述的双层复用结构或多层复用结构，所述双层复用结构或多层复用结构中的两个或多个锁模激光器阵列和两个或多个光电二极管阵列之间交叉错层设置。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括锁模激光器阵列、光开关、准直透镜阵列、一个或多个光放大器、光调制器、光发散元件和光电二极管阵列，其中：

锁模激光器阵列，包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序出射；

准直透镜阵列，包括与所述多个锁模激光器对应设置的多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直；

第一光放大器，用于对经准直的激光光束和自被测物面返回的光进行放大；

光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

光发散元件，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

光电二极管阵列，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面返回的光。

2.一种激光雷达，其特征在于，包括锁模激光器阵列、光开关、准直透镜阵列、合波器件、一个或多个光放大器、光调制器、光栅和光电二极管阵列，其中：

锁模激光器阵列，包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序发射；

准直透镜阵列，包括与所述多个锁模激光器对应设置的多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直；

合波器件，用于将经过准直的激光光束汇聚至同一光纤的第一端，汇聚的激光光束自所述光纤的第二端出射，接入光纤型第一光放大器；

光纤型第一光放大器，用于对所述光纤出射的激光光束进行放大；

光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

光栅，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

光电二极管阵列，包括多个光电二极管，用于接收自被测物面返回的光。

3.如权利要求1或2所述的一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括两个或多个锁模激光器阵列、两个或多个光开关和与两个或多个锁模激光器阵列对应设置的两个或多个光电二极管阵列；所述两个或多个锁模激光器阵列在所述光调制器的扫描方向上平行设置；所述两个或多个光电二极管阵列在所述光调制器的扫描方向上平行设置。

4.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述两个或多个锁模激光器阵列和两个或多个光电二极管阵列之间交叉错层设置。

5.一种激光雷达，其特征在于，包括锁模激光器阵列、光开关、准直透镜阵列、合波器件、一个或多个光放大器、光调制器、光栅、会聚透镜和光电二极管阵列，其中：

锁模激光器阵列，包括呈一维直线排列的多个锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序出射；

准直透镜阵列，包括与所述多个锁模激光器对应设置的多个准直透镜，用于对锁模激光器发出的激光进行准直；

合波器件，用于将经过准直的激光光束汇聚至同一光纤的第一端，汇聚的激光光束自所述光纤的第二端出射，接入光纤型第一光放大器；

光纤型第一光放大器，用于对所述光纤出射的激光光束进行放大；

光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

光栅，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

会聚透镜，用于直接接收自被测物面返回的光；

光电二极管阵列，包括多个光电二极管，用于接收所述会聚透镜会聚的自被测物面返回的光。

6.一种单线激光雷达，其特征在于，包括锁模激光器、光开关、一个或多个光放大器、第一光调制器、第二光调制器、光发散元件和光电二极管，其中：

锁模激光器，用于发射激光脉冲，所述激光构成光频梳；

光开关，用于控制所述激光脉冲按照预设时序出射；

第一光放大器，用于对激光光束和自被测物面返回的光进行放大；

第一光调制器，用于使放大的激光光束在第一平面偏转；

第二光调制器，用于使放大的激光光束在第二平面偏转；

光发散元件，用于使经光调制器调制的激光发散状扇出射至一定的空间角度范围，照射到被测物面的一条线阵的点阵上；

光电二极管，用于接收自被测物面返回的光。

7.如权利要求1或2或5或6所述的激光雷达，其特征在于，所述锁模激光器的波长处于1550nm的C波段，和/或，所述光电二极管为雪崩型光电二极管，和/或，所述锁模激光器基于量子阱技术、选择区域外延技术和前腔镜电调制技术制得。

8.如权利要求1或2或5或6所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括第二光放大器，所述第二光放大器为与锁模激光器芯片一起封装的半导体光放大器。

9.如权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光放大器为掺杂晶体光放大器或拉曼光放大器；优选的，所述掺杂晶体光放大器为掺铒晶体或者掺铒玻璃或掺铥晶体或掺钇晶体光放大器；优选的，所述掺铒晶体为Er-YAl₃(BO₃)₄或Er-Y₃Al₅O₁₂。

10.如权利要求1或6所述的激光雷达，其特征在于，所述光发散元件为柱面透镜；

或者，所述光发散元件为反射镜阵列，所述反射镜阵列包括多个反射镜，所述多个反射镜分别与多个锁模激光器对应设置，多个锁模激光器发出的激光光束在多个反射镜的入射角不同；

或者，所述光发散元件为具有多个折射面的折射棱镜，所述多个折射面分别与多个锁模激光器对应设置，多个锁模激光器发出的激光光束入射所述折射棱镜后，所述折射棱镜对激光光束的折射使激光光束透射扇出。

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