CN113167873A - 具有半导体光放大器的激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，激光雷达系统包括被配置为发射光信号的光源。光源包括被配置为产生种子光信号的种子激光二极管和被配置为放大种子光信号以产生放大的种子光信号的半导体光放大器(SOA)，其中所发射的光信号包括放大的种子光信号。激光雷达系统还包括被配置为将所发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域中的扫描仪和被配置为检测由与激光雷达系统相距一定距离的目标散射的所发射的光信号的一部分的接收器。激光雷达系统还包括被配置为确定从激光雷达系统到目标的距离的处理器。

Description

具有半导体光放大器的激光雷达系统
优先权
本申请要求在2019年2月8日提交的美国临时专利申请No.62/802,877的在35U.S.C.§119(e)下的权益，其通过引用包含于此。
技术领域
本公开总地涉及激光雷达系统。
背景技术
光检测和测距(激光雷达)是一种可用于测量到远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包括光源和光接收器。光源可以包括例如发射具有特定工作波长的光的激光器。激光雷达系统的工作波长可以位于例如电磁光谱的红外、可见或紫外部分。光源朝着散射光的目标发射光，并且一些散射的光在接收器处被接收回来。该系统基于与接收到的光相关联的一个或多个特性来确定到目标的距离。例如，激光雷达系统可以基于由光源发射的光脉冲行进到目标并返回激光雷达系统的飞行时间来确定到目标的距离。
附图说明
图1示出了示例性光检测和测距(激光雷达)系统。
图2示出了由激光雷达系统产生的示例性扫描图案。
图3示出了具有示例性旋转多面镜的示例性激光雷达系统。
图4示出了激光雷达系统的示例性光源视场(FOVL)和接收器视场(FOVR)。
图5示出了包括多个像素和多条扫描线的示例性单向扫描图案。
图6示出了包括种子激光二极管和半导体光放大器(SOA)的示例性光源。
图7示出了包括种子激光二极管、半导体光放大器(SOA)和光纤放大器的示例性光源。
图8示出了示例性光纤放大器。
图9示出了包括在两个不同波长下工作的两个种子激光二极管的示例性光源。
图10示出了包括两个种子激光二极管、两个SOA和偏振组合器的示例性光源。
图11示出了示例性光源，其中种子激光二极管和半导体光放大器(SOA)是分离的装置。
图12示出了示例性光源，其中种子激光二极管和半导体光放大器(SOA)被集成在一起。
图13示出了示例性光源，其中半导体光放大器(SOA)包括锥形波导。
图14示出了示例性光源，其中种子激光二极管和半导体光放大器(SOA)位于外壳内。
图15示出了位于外壳内的示例性光源的一部分的侧视图。
图16和17各自示出了供给至种子激光二极管和SOA的示例性电流以及由种子激光二极管和SOA产生的相应光。
图18示出了供给至种子激光二极管和SOA的电流脉冲之间的示例性时间偏移(Δt)。
图19和20各自示出了具有不同光学特性的两个示例性脉冲群。
图21示出了用于确定从激光雷达系统到目标的距离的示例性方法。
图22示出了示例性计算机系统。
具体实施方式
图1示出了示例性光检测和测距(激光雷达)系统100。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被称为激光测距系统、激光雷达系统、LIDAR系统、激光雷达传感器、或激光检测和测距(LADAR或激光雷达)系统。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括光源110、反射镜115、扫描仪120、接收器140或控制器150。光源110可以包括例如激光器，其发射在电磁光谱的红外、可见或紫外部分中具有特定工作波长的光。作为示例，光源110可以包括激光器，该激光器的一个或多个工作波长在大约900纳米(nm)和2000nm之间。光源110发射输出光束125，该光束可以是连续波(CW)、脉冲、或针对给定应用以任何合适的方式进行调制。将输出光束125顺发射方向引导朝向远程目标130。作为示例，远程目标130可位于距激光雷达系统100大约1m至1km的距离D。
一旦输出光束125到达顺发射方向的目标130，目标可以散射或反射来自输出光束125的至少一部分光，并且一些散射或反射的光可以返回到激光雷达系统100。在图1的示例中，散射或反射的光由输入光束135表示，其穿过扫描仪120并被反射镜115反射并被引导至接收器140。在特定实施例中，来自输出光束125的相对小部分的光可以返回到激光雷达系统100作为输入光束135。作为示例，输入光束135的平均功率、峰值功率或脉冲能量与输出光束125的平均功率、峰值功率或脉冲能量的比值可以为大约10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8、10-9、10-10、10-11、或10-12。作为另一示例，如果输出光束125的脉冲具有1微焦耳(μJ)的脉冲能量，则输入光束135的相应脉冲的脉冲能量可具有大约10纳焦耳(nJ)、1nJ、100皮焦耳(pJ)、10pJ、1pJ、100飞焦耳(fJ)、10fJ、1fJ、100阿焦耳(aJ)、10aJ、1aJ、或0.1aJ的脉冲能量。
在特定实施例中，输出光束125可以包括或可以被称为光信号、输出光信号、发射的光信号、激光束、光束、光学束、发射的光束、发射的光、或束。在特定实施例中，输入光束135可以包括或可以被称为接收光信号、输入光信号、返回光束、接收光束、返回光、接收光、输入光、散射光、或反射光。如在本文中所使用的，散射光可以指的是被目标130散射或反射的光。作为示例，输入光束135可以包括：来自输出光束125的被目标130散射的光；来自输出光束125的被目标130反射的光；或来自目标130的散射和反射光的组合。
在特定实施例中，接收器140可以接收或检测来自输入光束135的光子，并产生一个或多个代表性信号。例如，接收器140可以产生代表输入光束135的输出电信号145，并且电信号145可以被发送到控制器150。在特定实施例中，接收器140或控制器150可以包括处理器、计算系统(例如，ASIC或FPGA)或其他合适的电路。控制器150可以被配置为分析来自接收器140的电信号145的一个或多个特性，以确定目标130的一个或多个特性，例如目标130顺发射方向与激光雷达系统100的距离。这可以例如通过分析飞行时间或发射光束125或接收光束135的频率或相位来完成。如果激光雷达系统100测量飞行时间T(例如，T表示所发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返飞行时间)，则从目标130到激光雷达系统100的距离D可表示为D＝c·T/2，其中c是光速(约3.0×108m/s)。作为示例，如果飞行时间被测量为T＝300ns，则从目标130到激光雷达系统100的距离可以被确定为大约D＝45.0m。作为另一示例，如果飞行时间被测量为T＝1.33μs，则从目标130到激光雷达系统100的距离可以被确定为大约D＝199.5m。在特定实施例中，从激光雷达系统100到目标130的距离D可以被称为目标130的距离、深度或范围。如本文所使用的，光速c是指任何合适介质中的光速，例如在空气、水或真空中。作为示例，真空中的光速为大约2.9979×108m/s，而空气(折射率为大约1.0003)中的光速为大约2.9970×108m/s。
在特定实施例中，光源110可以包括脉冲或CW激光器。作为示例，光源110可以是被配置为产生或发射具有大约10皮秒(ps)至100纳秒(ns)的脉冲持续时间或脉冲宽度的光脉冲的脉冲激光器。脉冲可以具有大约100ps、200ps、400ps、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns的脉冲持续时间或任何其他合适的脉冲持续时间。作为另一示例，光源110可以是脉冲激光器，其产生具有大约1-5ns的脉冲持续时间的脉冲。作为另一示例，光源110可以是脉冲激光器，其以大约100kHz至10MHz的脉冲重复频率或大约100ns至10μs的脉冲周期(例如，连续脉冲之间的时间)产生脉冲。在特定实施例中，光源110可以具有基本恒定的脉冲重复频率，或者光源110可以具有可变或可调节的脉冲重复频率。作为示例，光源110可以是脉冲激光器，其以大约640kHz的基本恒定的脉冲重复频率产生脉冲(例如，每秒640,000个脉冲)，对应于大约1.56μs的脉冲周期。作为另一示例，光源110可以具有可以在大约200kHz到3MHz之间变化的脉冲重复频率(其可以被称为重复率)。如本文所使用的，光的脉冲可以被称为光脉冲(optical pulse)、光脉冲(light pulse)或脉冲。
在特定实施例中，光源110可以包括脉冲或CW激光器，其产生具有任何合适的平均光功率的自由空间输出光束125。作为示例，输出光束125可以具有大约1毫瓦(mW)、10mW、100mW、1瓦(W)、10W的平均功率、或任何其他合适的平均功率。在特定实施例中，输出光束125可以包括具有任何合适的脉冲能量或峰值光功率的光脉冲。作为示例，输出光束125可以包括具有大约0.01μJ、0.1μJ、0.5μJ、1μJ、2μJ、10μJ、100μJ、1mJ的脉冲能量、或任何其他合适的脉冲能量的脉冲。作为另一示例，输出光束125可以包括具有大约10W、100W、1kW、5kW、10kW的峰值功率或任何其他合适的峰值功率的脉冲。可以通过表达式E＝Ppeak·ΔT将光脉冲的峰值功率(Ppeak)与脉冲能量(E)相关，其中ΔT是脉冲的持续时间，脉冲的持续时间可以被定义为脉冲最大持续时间一半处的全宽。例如，持续时间为1ns且脉冲能量为1μJ的光脉冲具有大约1kW的峰值功率。输出光束125的平均功率(Pav)可以通过表达式Pav＝PRF·E与脉冲重复频率(PRF)和脉冲能量相关。例如，如果脉冲重复频率为500kHz，则具有1μJ脉冲的输出光束125的平均功率为大约0.5W。
在特定实施例中，光源110可以包括激光二极管，诸如法布里-珀罗激光二极管、量子阱激光器、分布式布拉格反射器(DBR)激光器、分布式反馈(DFB)激光器、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、量子点激光二极管、光栅耦合表面发射激光器(GCSEL)、平板耦合光波导激光器(SCOWL)、单横模激光二极管、多模广域激光二极管、激光二极管条、激光二极管面阵或锥形条纹激光二极管。作为示例，光源110可以包括铝镓砷(AlGaAs)激光二极管、铟镓砷(InGaAs)激光二极管、铟镓砷磷(InGaAsP)激光二极管、或包括铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、砷(As)、磷(P)或任何其他合适材料的任何合适组合的激光二极管。在特定实施例中，光源110可以包括具有在1200nm和1600nm之间的峰值发射波长的脉冲或CW激光二极管。作为示例，光源110可以包括电流调制的InGaAsP DFB激光二极管，其在大约1550nm的波长处产生光脉冲。
在特定实施例中，光源110可以包括脉冲或CW激光二极管，其后是一个或多个光放大级。例如，种子激光二极管可以产生种子光信号，并且光放大器可以放大种子光信号以产生由光源110发射的放大的光信号。在特定实施例中，光放大器可以包括光纤放大器或半导体光放大器(SOA)。例如，脉冲激光二极管可以产生相对较低功率的光种子脉冲，该光种子脉冲被光纤放大器放大。作为另一示例，光源110可以包括光纤激光器模块，该光纤激光器模块包括具有大约1550nm的工作波长的电流调制的激光二极管，其后是单级或多级掺铒光纤放大器(EDFA)、或掺铒镱光纤放大器(EYDFA)，其放大来自激光二极管的种子脉冲。作为另一示例，光源110可以包括连续波(CW)或准CW激光二极管，其后是外部光调制器(例如，电光振幅调制器)。光调制器可以调制来自激光二极管的CW光，以产生光脉冲，其被发送到光纤放大器或SOA。作为另一示例，光源110可以包括脉冲或CW种子激光二极管，其后是半导体光放大器(SOA)。SOA可以包括有源光波导，该有源光波导被配置为接收来自种子激光二极管的光并且在光传播通过波导时对光进行放大。SOA的光学增益可以通过提供给SOA的脉冲或直流(DC)电流来提供。SOA可以与种子激光二极管集成在同一芯片上，或者SOA可以是在其输入端或输出端具有防反射涂层的单独装置。作为另一示例，光源110可以包括种子激光二极管，其后是SOA，SOA之后是光纤放大器。例如，种子激光二极管可以产生相对较低功率的种子脉冲，该种子脉冲被SOA放大，而光纤放大器可以进一步放大光脉冲。
在特定实施例中，光源110可以包括直接发射激光二极管。直接发射激光二极管(可以称为直接发射器)可以包括产生光的激光二极管，该光随后不被光放大器放大。包括直接发射激光二极管的光源110可以不包括光放大器，并且由直接发射器产生的输出光在被激光二极管发射之后可以不被放大。由直接发射激光二极管产生的光(例如，光脉冲、CW光或调频光)可以作为自由空间输出光束125直接发射而不被放大。直接发射激光二极管可以由向激光二极管提供电流脉冲的电源驱动，并且每个电流脉冲可以导致输出光脉冲的发射。
在特定实施例中，光源110可以包括二极管泵浦固态(DPSS)激光器。DPSS激光器(可以称为固态激光器)可以指包括由一个或多个泵浦激光二极管泵浦的基于固态、玻璃、陶瓷或晶体的增益介质的激光器。增益介质可以包括掺杂有稀土离子(例如，钕、铒、镱、或镨)的主体材料。例如，增益介质可以包括掺有钕(Nd)离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，并且该增益介质可以被称为Nd:YAG晶体。具有Nd:YAG增益介质的DPSS激光器可以产生波长在大约1300nm和大约1400nm之间的光，并且Nd:YAG增益介质可以由工作波长在大约730nm和大约900nm之间的一个或多个泵浦激光二极管泵浦。DPSS激光器可以是包括可饱和吸收体(例如，用作可饱和吸收体的掺杂钒的晶体)的被动调Q激光器。可替代地，DPSS激光器可以是包括主动Q开关(例如，声光调制器或电光调制器)的主动调Q激光器。被动或主动调Q DPSS激光器可以产生输出光脉冲，该输出光脉冲形成激光雷达系统100的输出光束125。
在特定实施例中，由光源110发射的输出光束125可以是准直光束，其具有任何合适的光束发散角，例如大约0.5到10毫弧度(mrad)的全角光束发散角。输出光束125的发散角可以指当输出光束125远离光源110或激光雷达系统100行进时光束尺寸(例如，光束半径或光束直径)增加的角度度量。在特定实施例中，输出光束125可以具有基本上圆形的横截面，其光束发散角的特征在于单个发散值。作为示例，具有圆形横截面和2毫弧度的全角光束发散角的输出光束125可以在距激光雷达系统100100m的距离处具有大约20cm的光束直径或光斑尺寸。在特定实施例中，输出光束125可以具有基本上椭圆形的横截面，特征在于有两个发散值。作为示例，输出光束125可以具有快轴和慢轴，其中快轴发散角大于慢轴发散角。作为另一示例，输出光束125可以是具有4毫弧度的快轴发散角和2毫弧度的慢轴发散角的椭圆形光束。
在特定实施例中，由光源110发射的输出光束125可以是非偏振的或随机偏振的，可以不具有特定或固定的偏振(例如，偏振可以随时间变化)，或者可以具有特定的偏振(例如，输出光束125可以是线性偏振的、椭圆偏振的或圆偏振的)。作为示例，光源110可以产生不具有特定偏振的光或者可以产生线性偏振的光。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个光学组件，该光学组件被配置为反射、聚焦、过滤、整形、修改、操纵或引导激光雷达系统100内的光或由激光雷达系统100产生或接收的光(例如输出光束125或输入光束135)。作为示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜、反射镜、滤光片(例如，带通滤光片或干涉滤光片)、分束器、偏振器、偏振分束器、波片(例如半波片或四分之一波片)、衍射元件、全息元件、隔离器、耦合器、检测器、合束器或准直器。激光雷达系统100中的光学组件可以是自由空间光学组件、光纤耦合光学组件、或者自由空间和光纤耦合光学组件的组合。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括望远镜、一个或多个透镜、或一个或多个反射镜，其被配置成将输出光束125或输入光束135扩展、聚焦或准直为期望的光束直径或发散角。作为示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜，以将输入光束135聚焦到接收器140的光电检测器上。作为另一示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个平面镜或曲面镜(例如，凹面镜、凸面镜或抛物面镜)来操纵或聚焦输出光束125或输入光束135。例如，激光雷达系统100可以包括离轴抛物面镜，以将输入光束135聚焦到接收器140的光电检测器上。如图1所示，激光雷达系统100可以包括反射镜115(其可以是金属或介质反射镜)，并且反射镜115可以被配置为使得光束125穿过反射镜115或者沿着反射镜115的边缘或侧面穿过，并且输入光束135朝着接收器140反射。作为示例，反射镜115(可以称为重叠镜、叠加镜或合束镜)可以包括输出光束125通过的孔、狭缝或孔径。作为另一示例，不是使输出光束125通过反射镜115，而是被引导为在输出光束125和反射镜115的边缘之间具有间隙(例如，宽度大约为0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm或10mm的间隙)的情况下在反射镜115旁边通过。
在特定实施例中，反射镜115可以使输出光束125和输入光束135基本上同轴，从而使两个光束沿大致相同的光路(尽管在相反的方向上)行进。基本上同轴的输入和输出光束可以指的是至少部分地重叠或共享公共传播轴的光束，使得输入光束135和输出光束125沿着基本相同的光路(尽管在相反的方向上)行进。作为示例，输出光束125和输入光束135可以彼此平行以在小于10mrad、5mrad、2mrad、1mrad、0.5mrad或0.1mrad的范围内。当在能视域(field of regard)上扫描输出光束125时，输入光束135可以与输出光束125一起跟随，从而保持两个光束之间的同轴关系。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括扫描仪120，该扫描仪120被配置为在激光雷达系统100的能视域上扫描输出光束125。作为示例，扫描仪120可以包括一个或多个扫描镜，其被配置为围绕一个或多个旋转轴以成角度的方式枢转、旋转、摆动或移动。输出光束125可以被扫描镜反射，并且当扫描镜枢转或旋转时，反射的输出光束125可以以相应的成角度方式被扫描。作为示例，扫描镜可以被配置为在30度范围内周期性地来回枢转，这导致输出光束125在60度范围内来回扫描(例如，通过扫描镜的Θ度旋转导致输出光束125的2Θ度成角度扫描。
在特定实施例中，可以将扫描镜(其可以称为扫描反射镜)附接到扫描仪致动器或机构，或者由其机械地驱动，扫描仪致动器或机构在特定角度范围内(例如，在5°角度范围、30°角度范围、60°角度范围、120°角度范围、360°角度范围或任何其他合适的角度范围内)枢转或旋转该反射镜。被配置为使反射镜枢转或旋转的扫描仪致动器或机构可以包括检流计扫描仪、共振扫描仪、压电致动器、音圈电机、电动机(例如，DC电机、无刷DC电机、同步电动机、或步进电机)、微机电系统(MEMS)装置、或任何其他合适的致动器或机构。作为示例，扫描仪120可包括附接到检流计扫描仪的扫描镜，该检流计扫描仪被配置为在1°至30°的角度范围内来回枢转。作为另一示例，扫描仪120可包括附接到MEMS装置或作为其一部分的扫描镜，该扫描镜被配置为在1°至30°的角度范围内扫描。作为另一示例，扫描仪120可以包括多面镜，该多面镜被配置为在相同方向上连续旋转(例如，该多面镜沿顺时针或逆时针方向连续旋转360度，而不是来回枢转)。多面镜可以耦合或附接到被配置成使多面镜以基本固定的旋转频率(例如，大约1Hz、10Hz、50Hz、100Hz、500Hz或1,000Hz的旋转频率)旋转的同步电机。
在特定实施例中，扫描仪120可以被配置为在激光雷达系统100的能视域上扫描输出光束125(其可以包括由光源110发射的光的至少一部分)。激光雷达系统100的能视域(FOR)可以指激光雷达系统100可以被配置为扫描或捕获距离信息的面积、区域或角度范围。作为示例，具有30度扫描范围的输出光束125的激光雷达系统100可以被称为具有30度角的能视域。作为另一示例，具有在30度范围内旋转的扫描镜的激光雷达系统100可以产生在60度范围(例如，60度FOR)内扫描的输出光束125。在特定实施例中，激光雷达系统100可具有大约10°、20°、40°、60°、120°、360°的FOR、或任何其他合适的FOR。
在特定实施例中，扫描仪120可以被配置为水平和垂直地扫描输出光束125，并且激光雷达系统100可以沿着水平方向具有特定的FOR，并且沿着垂直方向具有另一特定的FOR。作为示例，激光雷达系统100可具有10°至120°的水平FOR和2°至45°的垂直FOR。在特定实施例中，扫描仪120可以包括第一扫描镜和第二扫描镜，其中第一扫描镜将输出光束125引导向第二扫描镜，并且第二扫描镜将输出光束125顺激光雷达系统100的发射方向引导。作为示例，第一扫描镜可以沿着第一方向扫描输出光束125，并且第二扫描镜可以沿着与第一方向基本正交的第二方向扫描输出光束125。作为另一示例，第一扫描镜可沿基本水平的方向扫描输出光束125，并且第二扫描镜可沿基本垂直的方向扫描输出光束125(反之亦然)。作为另一示例，第一扫描镜和第二扫描镜均可以由检流计扫描仪驱动。作为另一示例，第一或第二扫描镜可以包括由电动机驱动的多面镜。在特定实施例中，扫描仪120可以被称为光束扫描仪、光学扫描仪或激光扫描仪。
在特定实施例中，一个或多个扫描镜可以通信地耦合至控制器150，该控制器150可以控制扫描镜，以在期望的顺发射方向的方向或沿着期望的扫描图案引导输出光束125。在特定实施例中，扫描图案可以指输出光束125沿着其被引导的图案或路径。作为示例，扫描仪120可以包括两个扫描镜，其被配置为在60°水平FOR和20°垂直FOR上扫描输出光束125。可以控制两个扫描镜以遵循基本覆盖60°×20°FOR的扫描路径。作为示例，扫描路径可能会导致点云，其像素基本覆盖60°×20°FOR。像素可以在60°×20°FOR上大致均匀地分布。可替代地，像素可以具有特定的非均匀分布(例如，像素可以在60°×20°FOR的全部或一部分上分布，并且像素可以在60°×20°FOR的一个或多个特定区域中具有更高的密度)。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括具有固态扫描装置的扫描仪120。固态扫描装置可以指不使用移动部件(例如，不使用诸如旋转或枢转的反射镜的机械扫描仪)来扫描输出光束125的扫描仪120。例如，固态扫描仪120可以包括以下中的一个或多个：光学相控阵扫描装置；液晶扫描装置；或液体透镜扫描装置。固态扫描仪120可以是电可寻址装置，其沿一个轴(例如，水平地)或沿两个轴(例如，水平地和垂直地)扫描输出光束125。在特定实施例中，扫描仪120可以包括固态扫描仪和机械扫描仪。例如，扫描仪120可以包括被配置为在一个方向上扫描输出光束125的光学相控阵扫描仪和在正交方向上扫描输出光束125的检流计扫描仪。光学相控阵扫描仪可以在能视域上沿水平方向相对快速地扫描输出光束(例如，以每秒50到1000条扫描线的扫描速率)，并且检流计可以以1-30Hz的速率枢转反射镜以垂直地扫描输出光束125。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括被配置为发射光脉冲的光源110和被配置为在激光雷达系统100的能视域上扫描所发射的光脉冲的至少一部分的扫描仪120。所发射的光脉冲中的一个或多个可以由位于激光雷达系统100的顺发射方向的目标130散射，并且接收器140可以检测由目标130散射的光脉冲的至少一部分。接收器140可以被称为光接收器、光学接收器、光学传感器、检测器、光电检测器或光学检测器。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括接收器140，该接收器140接收或检测输入光束135的至少一部分并且产生与输入光束135相对应的电信号。作为示例，如果输入光束135包括光脉冲，则接收器140可产生与由接收器140检测到的光脉冲相对应的电流或电压脉冲。作为另一示例，接收器140可包括一个或多个雪崩光电二极管(APD)或一个或多个单光子雪崩二极管(SPAD)。作为另一示例，接收器140可以包括一个或多个PN光电二极管(例如，由p型半导体和n型半导体形成的光电二极管结构，其中，PN的首字母缩写是指具有p掺杂和n掺杂区域的结构)或一个或多个PIN光电二极管(例如，由位于p型和n型区域之间的未掺杂的本征半导体区域形成的光电二极管结构，其中PIN的首字母缩写是指具有p掺杂、本征和n掺杂区域的结构)。APD、SPAD、PN光电二极管或PIN光电二极管都可以被称为检测器、光电检测器或光电二极管。检测器可以具有包括硅、锗、InGaAs或AlInAsSb(砷锑化铝铟)的有源区域或雪崩倍增区域。有源区域可以指检测器可以接收或检测输入光的区域。有源区域可以具有任何合适的尺寸或直径，例如，大约10μm、25μm、50μm、80μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm或5mm的直径。
在特定实施例中，接收器140可以包括电子电路，该电子电路执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升沿检测、或下降沿检测。作为示例，接收器140可以包括跨阻放大器，其将接收到的光电流(例如，响应于接收到的光信号由APD产生的电流)转换成电压信号。可以将电压信号发送到脉冲检测电路，该脉冲检测电路产生模拟或数字输出信号145，该信号对应于接收到的光脉冲的一个或多个光学特性(例如，上升沿、下降沿、幅度、持续时间或能量)。作为示例，脉冲检测电路可以执行时间数字转换以产生数字输出信号145。电输出信号145可以被发送到控制器150以进行处理或分析(例如，确定对应于接收到的光脉冲的飞行时间值)。
在特定实施例中，控制器150(其可以包括或可以被称为处理器、FPGA、ASIC、计算机或计算系统)可以位于激光雷达系统100内或激光雷达系统100外。可替代地，控制器150的一个或多个部分可以位于激光雷达系统100内，并且控制器150的一个或多个其他部分可以位于激光雷达系统100外。在特定实施例中，控制器150的一个或多个部分可以位于激光雷达系统100的接收器140内，并且控制器150的一个或多个其他部分可以位于激光雷达系统100的其他部分中。例如，接收器140可以包括被配置为处理来自接收器140的输出电信号的FPGA或ASIC，并且可以将处理后的信号发送到位于激光雷达系统100内的其他地方或激光雷达系统100外的计算系统。在特定实施例中，控制器150可以包括逻辑电路、模拟电路或数字电路的任何合适的布置或组合。
在特定实施例中，控制器150可以电耦合或通信地耦合到光源110、扫描仪120或接收器140。作为示例，控制器150可以从光源110接收电触发脉冲或边缘，其中每个脉冲或边缘对应于通过光源110的光脉冲的发射。作为另一示例，控制器150可以向光源110提供指示光源110何时应当产生光脉冲的指令、控制信号或触发信号。控制器150可以发送包括电脉冲的电触发信号，其中每个电脉冲导致通过光源110的光脉冲的发射。在特定实施例中，由光源110产生的光脉冲的频率、周期、持续时间、脉冲能量、峰值功率、平均功率或波长可以基于由控制器150提供的指令、控制信号或触发脉冲来调节。在特定实施例中，控制器150可以耦合至光源110和接收器140，并且控制器150可以基于与以下相关联的定时信息来确定光脉冲的飞行时间值：(i)光源110发射脉冲的时间和(ii)脉冲的一部分(例如，输入光束135)被接收器140检测到或接收的时间。在特定实施例中，控制器150可以包括执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升沿检测或下降沿检测的电路。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个处理器(例如，控制器150)，其被配置为至少部分地基于所发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返飞行时间来确定从激光雷达系统100到目标130的距离D。目标130可以至少部分地包含在激光雷达系统100的能视域内，并且位于离激光雷达系统100的距离D处，该距离D小于或等于激光雷达系统100的操作范围(ROP)。在特定实施例中，激光雷达系统100的操作范围(其可以称为操作距离)可以指激光雷达系统100被配置为感测或识别位于激光雷达系统100的能视域内的目标130的距离。激光雷达系统100的操作范围可以是任何合适的距离，例如25m、50m、100m、200m、250m、500m或1km。作为示例，具有200m操作范围的激光雷达系统100可以被配置为感测或识别距离激光雷达系统100最远200m的各种目标130。激光雷达系统100的操作范围ROP可以通过表达式ROP＝c·τ/2与连续光信号的发射之间的时间τ有关。对于具有200m操作范围(ROP＝200m)的激光雷达系统100，连续脉冲之间的时间τ(其可以为称为脉冲周期、脉冲重复间隔(PRI)、或脉冲之间的时间周期)为大约
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脉冲周期τ还可以对应于脉冲往返于距激光雷达系统100的距离为ROP的目标130的飞行时间。另外，脉冲周期τ可以通过表达式τ＝1/PRF与脉冲重复频率(PRF)有关。例如，1.33μs的脉冲周期对应于大约752kHz的PRF。
在特定实施例中，激光雷达系统100可用于确定到一个或多个顺发射方向的目标130的距离。通过在能视域上扫描激光雷达系统100，该系统可用于将距离映射到能视域内的多个点。这些深度映射点中的每一个可以被称为像素或体素。连续捕获的像素的集合(可以称为深度映射图、点云或帧)可以呈现为图像，或者可以被分析以识别或检测对象或确定对象在FOR内的形状或距离。作为示例，点云可以覆盖水平延伸60°并且垂直延伸15°的能视域，并且点云可以包括水平方向100-2000个像素和垂直方向4-400个像素的帧。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为以大约0.1帧每秒(FPS)和大约1000FPS之间的任何合适的帧速率重复地捕获或生成能视域的点云。作为示例，激光雷达系统100可以以大约0.1FPS、0.5FPS、1FPS、2FPS、5FPS、10FPS、20FPS、100FPS、500FPS或1000FPS的帧速率生成点云。作为另一示例，激光雷达系统100可以被配置为以5×105脉冲/秒的速率产生光脉冲(例如，系统可确定500,000像素距离每秒)并扫描1000×50个像素的帧(例如50,000像素/帧)，这对应于10帧每秒(例如，每秒10个点云)的点云帧速率。在特定实施例中，点云帧速率可以基本上是固定的，或者点云帧速率可以是动态可调节的。作为示例，激光雷达系统100可以以特定帧速率(例如1Hz)捕获一个或多个点云，然后切换来以不同的帧速率(例如10Hz)捕获一个或多个点云。较慢的帧速率(例如1Hz)可用于捕获一个或多个高分辨率点云，而较快的帧速率(例如10Hz)可用于快速捕获多个较低分辨率的点云。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为感测、识别或确定到能视域内的一个或多个目标130的距离。作为示例，激光雷达系统100可以确定到目标130的距离，其中目标130的全部或部分包含在激光雷达系统100的能视域内。目标130的全部或部分包含在激光雷达系统100的FOR内可以指的是FOR重叠、包含或包围目标130的至少一部分。在特定实施例中，目标130可以包括相对于激光雷达系统100移动或静止的对象的全部或部分。作为示例，目标130可以包括以下中的全部或一部分：人、车辆、摩托车、卡车、火车、自行车、轮椅、行人、动物、道路标志、交通信号灯、车道标志、路面标志、停车位、塔架、护栏、交通障碍、坑洼、铁路道口、道路内或附近的障碍物、路缘石、道路上或道路旁停下的车辆、电线杆、房屋、建筑物、垃圾桶、邮箱、树木、任何其他合适的对象、或两个或更多个对象的全部或部分的任何适当组合。在特定实施例中，目标可以被称为对象。
在特定实施例中，光源110、扫描仪120和接收器140可以被一起包装在在单个壳体内，其中壳体可以指容纳或包含激光雷达系统100的全部或一部分的盒子、箱子或外壳。作为示例，激光雷达系统外壳可包含激光雷达系统100的光源110、反射镜115、扫描仪120和接收器140。此外，激光雷达系统外壳可包括控制器150。激光雷达系统外壳还可以包括一个或多个电连接，用于向外壳或从外壳传送电功率或电信号。在特定实施例中，激光雷达系统100的一个或多个组件可以远离激光雷达系统外壳定位。作为示例，光源110的全部或一部分可以远离激光雷达系统外壳定位，并且由光源110产生的光脉冲可以经由光纤被传送到外壳。作为另一示例，控制器150的全部或一部分可以远离激光雷达系统外壳定位。
在特定实施例中，光源110可以包括人眼安全激光器，或者激光雷达系统100可以被分类为人眼安全激光系统或激光产品。人眼安全的激光器、激光系统或激光产品可以指包括激光器的系统，该激光器具有发射波长、平均功率、峰值功率、峰值强度、脉冲能量、光束大小、光束发散角、曝光时间或扫描输出光束以使得从系统发射的光几乎不会或根本不会损害人的眼睛。作为示例，光源110或激光雷达系统100可以被分类为1类激光产品(如国际电工委员会(IEC)的60825-1：2014标准所规定)或I类激光产品(如美国联邦法规(CFR)的第1040.10节第21条所规定)，其在所有正常使用条件下都是安全的。在特定实施例中，激光雷达系统100可以是被配置为以大约900nm至大约2100nm之间的任何合适的波长操作的人眼安全的激光产品(例如，具有1类或I类的分类)。作为示例，激光雷达系统100可以包括工作波长在大约1200nm与大约1400nm之间或者在大约1400nm与大约1600nm之间的激光器，并且激光器或激光雷达系统100可以以人眼安全的方式进行操作。作为另一示例，激光雷达系统100可以是人眼安全的激光产品，其包括具有在大约900nm与大约1700nm之间的工作波长的扫描激光器。作为另一示例，激光雷达系统100可以是1类或I类激光产品，其包括具有在大约1200nm与大约1600nm之间的工作波长的激光二极管、光纤激光器或固态激光器。作为另一示例，激光雷达系统100可以具有在大约1500nm和大约1510nm之间的工作波长。
在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可被集成到车辆中。作为示例，多个激光雷达系统100可以被集成到汽车中以在汽车周围提供完整的360度水平FOR。作为另一示例，2-10个激光雷达系统100(每个系统具有45度到180度的水平FOR)可以组合在一起以形成一个感测系统，该感测系统提供覆盖360度水平FOR的点云。激光雷达系统100可以被定向以使得相邻的FOR具有一定量的空间或角度重叠，以允许将来自多个激光雷达系统100的数据组合或缝合在一起，以形成单个或连续的360度点云。作为示例，每个激光雷达系统100的FOR可以与相邻的FOR具有大约1-30度的重叠。在特定实施例中，车辆可以指被配置为运输人或货物的移动机器。例如，车辆可以包括，可以采用以下形式或可以称为小汽车、汽车、机动车辆、卡车、公共汽车、货车、拖车、越野车、农用车辆、割草机、施工设备、叉车、机器人、高尔夫球车、房车、出租车、摩托车、踏板车、自行车、滑板、火车、雪地摩托、船只(例如，船舶或轮船)、飞机(例如，固定翼飞机、直升机或飞船)、无人驾驶航空器(例如，无人机)或航天器。在特定实施例中，车辆可包括为车辆提供推进力的内燃机或电动机。
在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以包括在车辆中作为高级驾驶辅助系统(ADAS)的一部分，以辅助车辆的驾驶员操作车辆。例如，激光雷达系统100可以是ADAS的一部分，它可以向驾驶员提供信息(例如，有关周围环境的信息)或反馈(例如，向驾驶员警告潜在的问题或危险)，或者自动控制车辆的一部分(例如，制动系统或转向系统)以避免碰撞或事故。激光雷达系统100可以是车辆ADAS的一部分，其提供自适应巡航控制、自动制动、自动停车、碰撞规避、向驾驶员警告危险或其他车辆、将车辆保持在正确的车道、或在物体或另一车辆处于盲区时提供警告。
在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以集成到车辆中作为自动驾驶车辆驱动系统的一部分。作为示例，激光雷达系统100可以将关于周围环境的信息提供给自动驾驶车辆的驱动系统。自动驾驶车辆驱动系统可以被配置为引导自动驾驶车辆通过车辆周围的环境并且朝向目的地。自动驾驶车辆驱动系统可以包括一个或多个计算系统，该计算系统从激光雷达系统100接收有关周围环境的信息，分析接收到的信息，并将控制信号提供给车辆的驱动系统(例如，方向盘、加速器、制动器、或转向信号)。作为示例，集成到自动驾驶车辆中的激光雷达系统100可以每0.1秒向自动驾驶车辆驱动系统提供点云(例如，点云具有10Hz的更新速率，代表每秒10帧)。自动驾驶车辆驱动系统可以分析接收到的点云以感测或识别目标130及其各自的位置、距离或速度，并且自动驾驶车辆驱动系统可以基于该信息来更新控制信号。作为示例，如果激光雷达系统100检测到正在减速或停止的前方车辆，则自动驾驶车辆驱动系统可以发送指令以释放加速器并实施制动。
在特定实施例中，自动驾驶车辆可以被称为自动驾驶汽车(autonomous car)、无人驾驶汽车(driverless car)、自动驾驶汽车(self-driving car)、机器人汽车或无人驾驶车辆。在特定实施例中，自动驾驶车辆可以指被配置为感测其环境并且在很少或没有人工输入的情况下导航或驾驶的车辆。作为示例，自动驾驶车辆可以被配置为在整个行程中驾驶到任何合适的位置并控制或执行所有安全关键功能(例如，驱动、转向、制动、停车)，而驾驶员不期望在任何时候控制车辆。作为另一示例，自动驾驶车辆可以允许驾驶员安全地将其注意力从特定环境中(例如，在高速公路上)的驾驶任务转移开，或者自动驾驶车辆可以在除少数环境之外的几乎所有环境中提供对车辆的控制，而需要很少或不需要来自驾驶员的输入或关注。
在特定实施例中，自动驾驶车辆可以被配置为在车辆中存在驾驶员的情况下驾驶，或者自动驾驶车辆可以被配置为在不存在驾驶员的情况下操作车辆。作为示例，自动驾驶车辆可以包括具有相关联的控制器(例如，方向盘、加速器踏板和制动踏板)的驾驶员座椅，并且该车辆可以被配置成在没有人坐在驾驶员座椅中或者很少或根本没有来自坐在驾驶员座椅上的人的输入的情况下驾驶。作为另一示例，自动驾驶车辆可以不包括任何驾驶员座椅或相关联的驾驶员控制器，并且该车辆可以在没有人工输入的情况下执行基本上所有的驾驶功能(例如，驱动、转向、制动、停车和导航)。作为另一示例，自动驾驶车辆可以被配置为在没有驾驶员的情况下操作(例如，该车辆可以被配置为在车辆中没有驾驶员的情况下运输人类乘客或货物)。作为另一示例，自动驾驶车辆可以被配置为在没有任何人类乘客的情况下进行操作(例如，该车辆可以被配置为在没有任何人类乘客登上车辆的情况下运输货物)。
在特定实施例中，光学信号(optical signal)(其可以称为光信号(lightsignal)、光波形、光学波形、输出光束或发射光)可以包括光脉冲、CW光、调幅光、调频光或其任何合适的组合。尽管本公开描述或示出了产生包括光脉冲的光信号的激光雷达系统100或光源110的示例性实施例，但是在适当时，本文所述或所示的实施例也可以应用于其他类型的光信号，包括连续波(CW)光、调幅光信号、或调频光信号。例如，本文描述或示出的激光雷达系统100可以是脉冲激光雷达系统，并且可以包括被配置为产生光脉冲的光源110。可替代地，激光雷达系统100可以被配置为操作为调频连续波(FMCW)激光雷达系统，并且可以包括被配置为产生CW光或调频光信号的光源110。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以是FMCW激光雷达系统，其中来自光源110的发射光(例如，图1或图3中的输出光束125)包括调频光。脉冲激光雷达系统是一种类型的激光雷达系统100，其中光源110发射光脉冲，并且从光脉冲行进到目标130并且返回的飞行时间确定到远程目标130的距离。另一种类型的激光雷达系统100是调频激光雷达系统，其可以被称为调频连续波(FMCW)激光雷达系统。FMCW激光雷达系统使用调频光基于相对于发射光的调制频率的接收光(由远程目标散射)的调制频率来确定到远程目标130的距离。所发射的光行进到目标130并返回到激光雷达系统的往返时间可以对应于接收到的散射光与所发射的光的一部分之间的频率差。
例如，对于线性啁啾光源(例如，产生随时间线性变化的频率的频率调制)，发射光和接收光之间的频率差越大，目标130距离光源越远。可以通过将接收光与发射光的一部分混合(例如，通过将两个光束耦合到检测器上，或者通过混合与接收光和发射光相对应的模拟电信号)并确定所产生的拍频来确定频率差。例如，可以使用快速傅里叶变换(FFT)技术分析来自APD的电信号，以确定发射光和接收光之间的频率差。如果将线性频率调制m(例如，以Hz/s为单位)应用于CW激光器，则往返时间T可以通过表达式T＝Δf/m与接收到的散射光和发射光之间的频率差Δf相关。另外，从目标130到激光雷达系统100的距离D可以表示为D＝c·Δf/(2m)，其中c是光速。例如，对于具有1012Hz/s(或1MHz/μs)的线性频率调制的光源110，如果测量得到330kHz的(接收到的散射光和发射光之间的)频率差，则到目标的距离为大约50米(其对应于大约330ns的往返时间)。作为另一示例，1.33MHz的频率差对应于位于约200米外的目标。
用于FMCW激光雷达系统的光源110可以包括直接发射激光二极管或随后是SOA的种子激光二极管。种子激光二极管或直接发射激光二极管可以以CW方式操作(例如，通过以基本恒定的DC电流驱动激光二极管)，并且频率调制可以由外部调制器(例如，电光相位调制器)提供。可替代地，可以通过将DC偏置电流与电流调制一起施加到种子激光二极管或直接发射激光二极管来产生频率调制。电流调制在激光二极管中产生相应的折射率调制，从而对由激光二极管发射的光进行频率调制。电流调制分量(和相应的频率调制)可以具有任何合适的频率或形状(例如，分段线性、正弦、三角波或锯齿波)。
图2示出了由激光雷达系统100产生的示例性扫描图案200。激光雷达系统100的扫描仪120可以沿着包含在激光雷达系统100的FOR内的扫描图案200扫描输出光束125(其可以包括多个发射的光信号)。扫描图案200(其可以称为光学扫描图案、光学扫描路径、扫描路径或扫描)可以代表输出光束125在FOR的全部或部分上扫描时所遵循的路径或路线。扫描图案200的每次遍历可以对应于单个帧或单个点云的捕获。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为沿着一个或多个特定扫描图案200扫描输出光束125。在特定实施例中，扫描图案200可以在具有任何适当的水平FOR(FORH)和任何合适的垂直FOR(FORV)的任何合适的能视域(FOR)上扫描。例如，扫描图案200可以具有由40°×30°、90°×40°或60°×15°的角度尺寸(例如，FORH×FORV)表示的能视域。作为另一示例，扫描图案200可以具有大于或等于10°、25°、30°、40°、60°、90°或120°的FORH。作为另一示例，扫描图案200可以具有大于或等于2°、5°、10°、15°、20°、30°或45°的FORV。
在图2的示例中，参考线220表示扫描图案200的能视域的中心。在特定实施例中，参考线220可具有任何合适的定向，例如0°的水平角(例如，参考线220可以被定向为笔直向前)和0°的垂直角(例如，参考线220可以具有0°的倾斜度)，或者参考线220可以具有非零的水平角或非零的倾斜度(例如，+10°或-10°的垂直角)。在图2中，如果扫描图案200具有60°×15°的能视域，则扫描图案200相对于参考线220覆盖±30°的水平范围并且相对于参考线220覆盖±7.5°的垂直范围。另外，图2中的光束125相对于参考线220具有大约-15°水平和+3°垂直的定向。光束125可以被认为具有相对于参考线220的-15°的方位角和+3°的高度角。在特定实施例中，方位角(可以称为方位角度)可以表示相对于参考线220的水平角，并且高度角(可以称为高度角度、标高或仰角)可以表示相对于参考线220的垂直角度。
在特定实施例中，扫描图案200可以包括多个像素210，并且每个像素210可以与一个或多个激光脉冲或一个或多个距离测量相关联。另外，扫描图案200可以包括多条扫描线230，其中每条扫描线代表在能视域的至少一部分上的一次扫描，并且每条扫描线230可以包括多个像素210。在图2中，扫描线230包括五个像素210，并且对应于从激光雷达系统100观察到的从右到左跨FOR的近似水平的扫描。在特定实施例中，扫描图案200的一次循环可以包括总共Px×Py个像素210(例如，Px乘Py个像素的二维分布)。作为示例，扫描图案200可以包括沿着水平方向具有大约100-2,000个像素210和沿着垂直方向具有大约4-400个像素210的尺寸的分布。作为另一示例，扫描图案200可以包括沿着水平方向的1,000个像素210乘沿着垂直方向的64个像素210的分布(例如，帧大小是1000×64像素)，扫描图案200的每个循环总共64,000个像素。在特定实施例中，沿着水平方向的像素210的数量可以被称为扫描图案200的水平分辨率，并且沿着垂直方向的像素210的数量可以被称为垂直分辨率。作为示例，扫描图案200可以具有大于或等于100个像素210的水平分辨率和大于或等于4个像素210的垂直分辨率。作为另一示例，扫描图案200可以具有100-2,000个像素210的水平分辨率和4-400个像素210的垂直分辨率。
在特定实施例中，每个像素210可以与距离(例如，到目标130的一部分的距离，从该目标130散射相关联的激光脉冲)或一个或多个角度值相关联。作为示例，像素210可以与距离值和代表像素210相对于激光雷达系统100的角位置的两个角度值(例如，方位角和高度角)相关联。到目标130的一部分的距离可以至少部分地基于相应脉冲的飞行时间测量来确定。角度值(例如，方位角或高度角)可以对应于输出光束125的角度(例如，相对于参考线220)(例如，当从激光雷达系统100发射相应的脉冲时)或输入光束135的角度(例如，当激光雷达系统100接收到输入信号时)。在特定实施例中，可以至少部分地基于扫描仪120的组件的位置来确定角度值。作为示例，可以根据扫描仪120的一个或多个相应扫描镜的角度位置来确定与像素210相关联的方位角或高度角值。
图3示出了具有示例性旋转多面镜301的示例性激光雷达系统100。在特定实施例中，扫描仪120可包括被配置为沿特定方向扫描输出光束125的多面镜301。在图3的示例中，扫描仪120包括两个扫描镜：(1)沿Θx方向旋转的多面镜301和(2)沿Θy方向来回振荡的扫描镜302。在反射镜115旁边通过的来自光源110的输出光束125被扫描镜302的反射表面320反射，然后被多面镜301的反射表面(例如，表面320A、320B、320C或320D)反射。来自目标130的散射光作为输入光束135返回激光雷达系统100。输入光束135从多面镜301、扫描镜302和反射镜115反射，反射镜115将输入光束135引导通过聚焦透镜330并到达接收器140的检测器340。检测器340可以是PN光电二极管、PIN光电二极管、APD、SPAD或任何其他合适的检测器。反射表面320(可以称为反射面)可以包括反射金属涂层(例如，金、银或铝)或反射介电涂层，并且反射表面320可以在光源110的工作波长处具有任何合适的反射率R(例如，R大于或等于70％、80％、90％、95％、98％或99％)。
在特定实施例中，多面镜301可以被配置为沿着Θx或Θy方向旋转，并且分别沿着基本水平或垂直方向扫描输出光束125。沿着Θx方向的旋转可以指反射镜301的旋转运动，其导致输出光束125沿着基本水平的方向扫描。类似地，沿着Θy方向的旋转可以指导致输出光束125沿着基本垂直的方向扫描的旋转运动。在图3中，反射镜301是沿Θx方向旋转并沿大致水平方向扫描输出光束125的多面镜，并且反射镜302沿Θy方向枢转并沿大致垂直方向扫描输出光束125。在特定实施例中，多面镜301可以被配置为沿着任何合适的方向扫描输出光束125。作为示例，多面镜301可以相对于水平或垂直方向以任何合适的角度，例如相对于水平或垂直方向以大约0°、10°、20°、30°、45°、60°、70°、80°或90°的角度扫描输出光束125。
在特定实施例中，多面镜301可以指在其侧面或面的两个或多个上具有反射表面320的多面物体。作为示例，多面镜可以包括任何合适数量的反射面(例如，2、3、4、5、6、7、8或10个面)，其中每个面都包括反射表面320。多面镜301可以具有任何合适的多边形的横截面形状，例如三角形(具有三个反射表面320)、正方形(具有四个反射表面320)、五边形(具有五个反射表面320)、六边形(具有六个反射表面320)、七边形(具有七个反射表面320)或八边形(具有八个反射表面320)。在图3中，多面镜301具有大致正方形的横截面形状和四个反射表面(320A、320B、320C和320D)。图3中的多面镜301可以指方形镜、立方镜或四面多面镜。在图3中，多面镜301可以具有类似于立方体、长方体或矩形棱镜的形状。另外，多面镜301可以具有总共六个侧面，其中四个侧面包括具有反射表面(320A、320B、320C和320D)的面。
在特定实施例中，多面镜301可围绕多面镜301的旋转轴沿顺时针或逆时针旋转方向连续旋转。旋转轴可以对应于垂直于多面镜301的旋转平面并穿过多面镜301的质心的线。在图3中，多面镜301在图的平面中旋转，并且多面镜301的旋转轴垂直于图的平面。电动机可以被配置为以基本上固定的频率(例如，大约1Hz(或1转/秒)、10Hz、50Hz、100Hz、500Hz或1,000Hz的旋转频率)旋转多面镜301。作为示例，多面镜301可以机械地耦合到电动机(例如，同步电动机)，该电动机被配置为以大约160Hz(或9600转/分钟(RPM))的转速旋转多面镜301。
在特定实施例中，当多面镜301旋转时，输出光束125可以从反射表面320A、320B、320C和320D顺序地反射。这导致沿着特定扫描轴(例如，水平或垂直扫描轴)扫描输出光束125以产生扫描线的序列，其中每条扫描线对应于输出光束125从多面镜301的反射表面之一的反射。在图3中，输出光束125从反射表面320A反射离开以产生一条扫描线。然后，随着多面镜301旋转，输出光束125从反射表面320B、320C和320D反射离开，以产生第二、第三和第四各自的扫描线。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置使得输出光束125首先从多面镜301反射，然后从扫描镜302反射(反之亦然)。作为示例，来自光源110的输出光束125可以首先被引导到多面镜301，在此被多面镜301的反射表面反射，然后输出光束125可以被引导到扫描镜302，在此被扫描镜302的反射表面320反射。在图3的示例中，输出光束125以相反的顺序从多面镜301和扫描镜302反射。在图3中，来自光源110的输出光束125首先被引导到扫描镜302，在此由反射表面320反射，然后，输出光束125被引导到多面镜301，在此被反射表面320A反射。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括被配置为透射输出光束125和输入光束135的窗口350。图3中的窗口350可以由任何合适的衬底材料制成，例如玻璃或塑料(例如，聚碳酸酯、丙烯酸、环状烯烃聚合物或环状烯烃共聚物)，并且窗口350可以具有在光源110的工作波长处大于或等于70％、80％、90％、95％或99％的光学透射率。窗口350可以包括介电涂层，该介电涂层被配置成基本上透射光源110的波长的光。例如，窗口350可以在其内表面或外表面上具有防反射(AR)介电涂层，并且该AR涂层在光源110的工作波长下可以具有小于1％的反射率。另外，介电涂层可以在远离光源工作波长的波长处具有增加的反射率，这可以帮助防止不想要的杂散光(例如，太阳光或来自其他激光雷达系统的光)进入激光雷达系统100。例如，如果光源110在1550nm下工作，窗口350可以具有介电涂层，该介电涂层的反射率从大约1545nm到大约1555nm小于0.5％。另外，介电涂层在大约900nm至大约1500nm的一个或多个波长下可具有大于约90％的反射率。
图4示出了激光雷达系统100的示例性光源视场(FOVL)和接收器视场(FOVR)。当扫描仪120在能视域(FOR)上扫描FOVL和FOVR时，激光雷达系统100的光源110可以发射光脉冲。在特定实施例中，光源视场可以指在特定时刻由光源110照射的角锥。类似地，接收器视场可以指的是角锥，接收器140可以在其上在特定时刻接收或检测光，并且接收器视场之外的任何光都可以不被接收或检测。作为示例，当在能视域上扫描光源视场时，由光源110发射的光脉冲的一部分可以从激光雷达系统100顺发射方向发送，并且可以在发射脉冲时FOVL指向的方向上发送光脉冲。光脉冲可以散射离开目标130，并且接收器140可以接收并检测沿着FOVR或包含在FOVR内的散射光的一部分。
在特定实施例中，扫描仪120可以被配置为跨激光雷达系统100的能视域扫描光源视场和接收器视场。扫描仪120在描绘出扫描图案200的同时跨激光雷达系统100的能视域扫描FOVL和FOVR时，可以发射和检测多个光脉冲。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可以相对于彼此同步地扫描，以使得当FOVL跨扫描图案200被扫描时，FOVR以相同的扫描速度遵循基本相同的路径。另外，FOVL和FOVR跨能视域被扫描时，彼此之间可以保持相同的相对位置。作为示例，FOVL可以基本上与FOVR重叠或在FOVR内居中(如图4所示)，并且可以在整个扫描过程中保持FOVL和FOVR之间的相对位置。作为另一示例，在整个扫描过程中，FOVR可能落后于FOVL特定的固定量(例如，FOVR可能在与扫描方向相反的方向上偏离FOVL)。
在特定实施例中，FOVL可具有与输出光束125的发散角基本相同或相对应的角度大小或范围ΘL，并且FOVR可具有与接收器140可以接收和检测光的角度相对应的角度大小或范围ΘR。在特定实施例中，相对于光源视场，接收器视场可以是任何合适的大小。作为示例，接收器视场可以小于光源视场的角度范围，基本上与光源视场的角度范围相同，或者大于光源视场的角度范围。在特定实施例中，光源视场可以具有小于或等于50毫弧度的角度范围，并且接收器视场可以具有小于或等于50毫弧度的角度范围。FOVL可具有任何合适的角度范围ΘL，例如大约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad或50mrad。类似地，FOVR可以具有任何合适的角度范围ΘR，例如，大约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad、或50mrad。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可以具有近似相等的角度范围。作为示例，ΘL和ΘR都可以近似等于1mrad、2mrad或4mrad。在特定实施例中，接收器视场可以大于光源视场，或者光源视场可以大于接收器视场。作为示例，ΘL可以近似等于3mrad，并且ΘR可以近似等于4mrad。作为另一示例，ΘR可以比ΘL大大约L倍，其中L是任何合适的因数，例如1.1、1.2、1.5、2、3、5或10。
在特定实施例中，像素210可以代表或可以对应于光源视场或接收器视场。随着输出光束125从光源110传播，输出光束125的直径(以及相应像素210的大小)可以根据光束发散角ΘL而增加。作为示例，如果输出光束125具有2mrad的ΘL，则在距激光雷达系统100100m的距离处，输出光束125可以具有大约20cm的大小或直径，并且相应的像素210也可以具有大约20cm的相应大小或直径。在距激光雷达系统100 200m的距离处，输出光束125和相应的像素210可以各自具有大约40cm的直径。
图5示出了示例性单向扫描图案200，其包括多个像素210和多条扫描线230。在特定实施例中，扫描图案200可以包括任何合适数量的扫描线230(例如，大约1、2、5、10、20、50、100、500或1000条扫描线)，并且扫描图案200的每条扫描线230可以包括任何合适数量的像素210(例如1、2、5、10、20、50、100、200、500、1000、2000或5000个像素)。图5所示的扫描图案200包括八条扫描线230，并且每条扫描线230包括大约16个像素210。在特定实施例中，扫描线230在两个方向上被扫描(例如，从右到左然后从左到左交替扫描)的扫描图案200可以被称为双向扫描图案200，并且扫描线230在相同方向上被扫描的扫描图案200可以被称为单向扫描图案200。图5中的扫描图案200可以被称为单向扫描图案200，其中每条扫描线230在基本相同的方向上(例如，如从激光雷达系统100观察的，大致从左到右)跨FOR行进。在特定实施例中，单向扫描图案200的扫描线230可以以任何合适的方向，例如，从左到右、从右到左、从上到下、从下到上，或相对于水平或垂直轴以任何合适的角度(例如，以0°、5°、10°、30°或45°角)跨FOR定向。在特定实施例中，单向扫描图案200中的每条扫描线230可以是不直接连接到先前或随后的扫描线230的单独的线。
在特定实施例中，单向扫描图案200可以由包括多面镜(例如，图3的多面镜301)的扫描仪120产生，其中每条扫描线230与多面镜的特定反射表面320相关联。多面镜301可以被配置为跨能视域扫描输出光束125作为一系列扫描线230。作为示例，图3中的多面镜301的反射表面320A可以产生图5中的扫描线230A。类似地，当多面镜301旋转时，反射表面320B、320C和320D可以分别依次产生扫描线230B、230C和230D。另外，对于多面镜301的后续旋转，可以分别通过输出光束125从反射表面320A、320B、320C和320D的反射来依次产生扫描线230A'、230B'、230C'和230D'。在特定实施例中，单向扫描图案200的N条连续扫描线230可对应于N面多面镜的一整圈。作为示例，图5中的四条扫描线230A、230B、230C和230D可以对应于图3中的四面多面镜301的一整圈。另外，多面镜301的后续旋转可以产生图5中的接下来的四条扫描线230A'、230B'、230C'和230D'。
图6示出了示例性光源110，其包括种子激光二极管400和半导体光放大器(SOA)410。在特定实施例中，种子激光二极管400可以产生种子光405，并且种子光405可以被SOA410放大。种子光405(可以称为种子光信号、光种子或振荡器光)可以包括相对低功率的CW光或相对低能量的光脉冲。种子激光二极管400(可以称为种子激光器、种子二极管、种子、激光二极管或主振荡器)可以包括任何合适类型的激光二极管，例如法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光二极管、量子阱激光器、DBR激光器、DFB激光器、VCSEL或量子点激光二极管。例如，光源110可以包括DFB种子激光二极管400，该DFB种子激光二极管400产生具有单模横向光束剖面和准单纵模的种子光405。SOA 410可以被称为半导体放大器、半导体波导放大器、波导放大器、有源光波导、锥形放大器、锥形半导体放大器、锥形SOA、锥形波导放大器或功率放大器。种子激光二极管400和SOA 410的组合可以被称为主振荡器功率放大器(MOPA)或半导体MOPA。在MOPA中，种子激光器400可以充当产生振荡器光(例如，种子光信号405)的主振荡器，并且SOA 410可以充当放大种子光信号405的功率放大器。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括光源110、扫描仪120、接收器140或处理器(例如，控制器150)。光源110(其可以包括种子激光二极管400和SOA 410)可以发射光信号，并且扫描仪120可以将所发射的光信号引导到激光雷达系统100的能视域中。例如，光信号可以是由光源110发射的输出光束125的一部分，并且扫描仪120可以沿着位于激光雷达系统100的能视域内的扫描图案200扫描输出光束125。接收器140可以检测到由位于距激光雷达系统100的距离D处的目标130散射的所发射的光信号的一部分，并且控制器150可以确定从激光雷达系统100到目标130的距离。例如，所发射的光信号可以包括光脉冲，并且散射的光脉冲的一部分可以由接收器140检测。控制器150可以至少部分地基于所发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间确定距离D。例如，可以由表达式D＝c·T/2确定距离D，其中c是光速，T是往返时间。
在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可以包括种子激光二极管400和半导体光放大器(SOA)410。种子激光二极管400可以产生种子光405，并且SOA 410可以放大种子光405以产生放大的种子光信号(可以称为放大的种子光)。SOA 410可以包括半导体光波导，该半导体光波导从种子激光二极管400接收种子光405，并在种子光405传播通过光波导时放大种子光405。由光源110发射的光信号(例如，输出光束125)可以包括放大的种子光。例如，放大的种子光可以由SOA 410直接发射作为输出光束125。在图6的示例中，种子光405被SOA 410放大，并且放大的种子光被SOA 410发射作为输出光束125(例如，输出光束125可以被发射为被定向至扫描仪120的自由空间光束)。可替代地，如图7所示，在被发射作为输出光束125之前，来自SOA 410的放大的种子光406可以由第二放大器级(例如，光纤放大器500)进一步放大。放大的种子光406被光纤放大器500放大，然后发射作为输出光束125。
在特定实施例中，光源110可以包括电子驱动器600，该电子驱动器600(i)向种子激光器400供应电流，以及(ii)向SOA 410供应电流。在图6中，电子驱动器600将种子电流I1供应至种子激光二极管400以产生种子光405。供应至种子激光二极管400的种子电流I1可以是基本上恒定的DC电流，使得种子光405包括连续波(CW)光或具有基本恒定光功率的光。附加地或替代地，供应至种子激光二极管400的种子电流I1可以包括电流脉冲，并且种子光405可以包括由SOA 410放大的相应的光脉冲。例如，种子电流I1可以包括大约1mA、10mA、100mA、200mA、500mA的DC电流或任何其他合适的DC电流。作为另一示例，种子电流I1可以包括电流脉冲，其中每个电流脉冲使种子激光二极管400发射相应的光脉冲。供应至种子激光二极管400的电流脉冲可以具有大约10mA、100mA、200mA、500mA、1A、2A的幅度或任何其他幅度。作为另一示例，种子电流I1可以包括电流脉冲以及DC电流，并且种子光405可以包括由SOA410放大的相应的光脉冲。在这种情况下，DC电流可以是亚阈值量的电流，其本身不会导致种子激光二极管400产生大量输出光。例如，种子电流I1可以包括持续时间为5ns的300mA电流脉冲以及10mA的DC电流。
在图6中，电子驱动器600将SOA电流I2供应至SOA 410，并且SOA电流I2向传播通过SOA 410的波导的种子光405提供光学增益。SOA电流I2可以包括电流脉冲，其中每个电流脉冲使SOA 410放大种子光405的一部分以产生发射的光脉冲。SOA电流I2可以具有大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns的持续时间，或任何其他合适的持续时间。SOA电流I2可以具有大约1A、2A、5A、10A、20A、50A、100A、200A、500A、1000A的峰值幅度或任何其他合适的峰值电流。例如，供应至SOA 410的SOA电流I2可以包括一系列电流脉冲，每个电流脉冲的持续时间约为5-10ns，峰值电流约为25A。这一系列电流脉冲可能会导致包括相应的一系列光脉冲的输出光束125。每个发射的光脉冲的持续时间可以小于或等于相应电流脉冲的持续时间。例如，电子驱动器600可以以700kHz的重复频率向SOA 410供应5ns持续时间的电流脉冲。这可以导致输出光束125，其包括具有大约4ns的持续时间和700kHz的脉冲重复频率的发射的光脉冲。
图6所示的种子激光二极管400包括正面402和背面401。种子光405从正面402发射并且被引导到SOA 410的输入端411。正面402或背面401可以包括由半导体-空气界面形成的离散小面(例如，通过切割或抛光半导体结构以形成种子激光二极管400而形成的表面)。另外，正面402或背面401可以包括介电涂层，该介电涂层的反射率(在种子激光器工作波长处)在大约50％和大约99.9％之间。例如，可以在背面401上沉积高反射率介电涂层，以为背面401提供在种子光405的波长下90％至99.9％的反射率。
图6所示的SOA410包括输入端411和输出端412。输入端411或输出端412可以包括由半导体-空气界面形成的离散小面。另外，输入端411或输出端412可包括介电涂层(例如，防反射涂层，以减小输入端411或输出端412的反射率)。防反射(AR)涂层可以具有在种子激光器工作波长处的小于5％、2％、0.5％、0.1％或任何其他合适的反射率值的反射率。例如，输入端411可以具有反射率小于1％的AR涂层，该AR涂层减少了由输入端411反射的种子光405的量。类似地，输出端412可以具有减少由输出端412反射的放大的种子光的量的AR涂层。施加到输入端411或输出端412的AR涂层可以减少传播回种子激光二极管400的不想要的背反射种子光的量。附加地或可替代地，当不存在种子光405时，施加到输入端411或输出端412的AR涂层可以防止SOA 410充当激光器并发射相干光。
图7示出了示例性光源110，其包括种子激光二极管400、半导体光放大器(SOA)410和光纤放大器500。在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可以包括：(i)产生种子光405的种子激光二极管400，(ii)放大种子光405以产生放大的种子光406的SOA 410，以及(iii)光纤放大器500，进一步放大被放大的种子光406以产生包括进一步放大的种子光信号的输出光束125。在图7中，种子光405被SOA 410放大以产生放大的种子光406。然后，放大的种子光406被光纤放大器500进一步放大，并且光纤放大器500发射进一步放大的种子光信号作为输出光束125。输出光束125可以作为自由空间光束发射，该光束被引导至扫描仪120，该扫描仪120在能视域上扫描输出光束125。在图7中，输出光束125包括放大的种子光406，该种子光406由光纤放大器500进一步放大。例如，SOA 410可为种子光405提供30dB的光学增益，而光纤放大器500可以为放大的种子光406提供20dB的光学增益，从而导致种子光405的总增益为50dB。
SOA 410可以向种子光405提供任何合适量的光学增益，例如，大于或等于大约20dB、25dB、30dB、35dB、40dB或45dB的光学增益。类似地，光纤放大器500可以向放大的种子光406提供任何合适量的光学增益，例如，大于或等于大约10dB、15dB、20dB、25dB、30dB、35dB或40dB的光学增益。光放大器的以分贝(dB)为单位的光学增益(G)可以由表达式G＝10log(Xout/Xin)确定，其中Xout代表输出光功率或能量，Xin代表输入光功率或能量。例如，SOA 410可以接收具有大约0.1mW的平均功率(Pavg1)的种子光405，并产生具有大约50mW的平均功率(Pavg2)的放大的种子光406。SOA 410的光学增益以分贝为单位，可以从表达式G＝10log(Pavg2/Pavg1)确定，大约为27dB。作为另一示例，SOA 410可以接收具有大约20pJ的脉冲能量(Ein)的光脉冲的种子光405，并产生具有大约100nJ的脉冲能量(Eout)的放大的脉冲的放大的种子光406。SOA 410的光学增益大约为37dB，可以从表达式G＝10log(Eout/Ein)确定。作为另一示例，光纤放大器500可以接收具有大约0.5W的峰值功率(Pin)的光脉冲的放大的种子光406，并产生具有大约50W的峰值功率(Pout)的放大的输出脉冲。光纤放大器500的光学增益可以由表达式G＝10log(Pout/Pin)确定，大约为20dB。作为另一示例，种子光405的5pJ脉冲可以由SOA 410放大以产生放大的种子光406的5nJ脉冲，对应于30dB的增益。光纤放大器500可以进一步将5nJ的光脉冲放大20dB，以产生具有大约0.5μJ的能量的输出光脉冲(其是输出光束125的一部分)。
图8示出了示例性光纤放大器500。在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可以包括光纤放大器500，该光纤放大器500接收由SOA 410产生的放大的种子光信号406，并进一步放大该放大的种子光信号406以产生发射的光信号(例如，输出光束125)。光纤放大器500可以由透镜(例如，输出准直器570)终止，该透镜产生准直的自由空间输出光束125，该准直的自由空间输出光束125可以被引导至扫描仪120。在特定实施例中，光纤放大器500可以包括一个或多个泵浦激光器(510a，510b)、一个或多个泵浦WDM(520a，520b)、一个或多个光学增益光纤501、一个或多个光隔离器(530a，530b)、一个或多个耦合器(540a，540b)、一个或多个检测器(550a，550b)、一个或多个滤光片560、或一个或多个输出准直器570。另外，光纤放大器500可以包括一个或多个包层功率剥离器(图8中未示出)。
光纤放大器500可以包括由一个或多个泵浦激光二极管(例如，图8中的泵浦激光器510a或泵浦激光器510b)进行光泵浦(例如，提供能量)的光学增益光纤501。光泵浦的增益光纤501在放大的种子光406传播通过增益光纤501的同时为放大的种子光406提供光学增益。泵浦激光可以在与放大的种子光相同的方向上(同向传播)或在相反的方向上(反向传播)行进通过增益光纤501。将同向传播的泵浦激光提供到增益光纤501的泵浦激光二极管510a可以被称为输入泵浦激光器或同向传播泵浦激光器。向增益光纤501提供反向传播的泵浦激光的泵浦激光二极管510b可以被称为输出泵浦激光器或反向传播泵浦激光器。泵浦激光器510可以包括产生任何合适波长的光以向增益光纤501的增益材料提供光激发的激光二极管。例如，泵浦激光器510a或510b可以具有大约808nm、810nm、915nm、940nm、960nm、976nm或980nm的工作波长。作为另一示例，泵浦激光可以具有在大约900nm与大约1000nm之间的波长，并且种子光405和放大的种子光406可以具有在大约1400nm与大约1600nm之间的波长。作为另一示例，泵浦激光可以具有在大约900nm与大约1000nm之间的波长，并且种子光405和放大的种子光406可以具有在大约1000nm与大约1100nm之间的波长。可以向泵浦激光二极管510供应基本恒定的电流，使得泵浦激光器产生具有基本恒定的光功率的泵浦光。例如，泵浦激光器510可以产生具有大约1W、2W、5W、10W、20W的基本恒定的光功率或任何其他合适量的光功率的泵浦光。
增益光纤501的光纤芯可以掺杂有增益材料，该增益材料吸收泵浦激光，并在放大的种子光406沿着增益光纤501传播时向放大的种子光406提供光学增益。增益材料可以包括稀土离子，例如铒(Er3+)、镱(Yb3+)、钕(Nd3+)、镨(Pr3+)、钬(Ho3+)、铥(Tm3+)、镝(Dy3+)或任何其他合适的稀土元素或其任何合适的组合。例如，增益光纤501可以包括掺杂有铒或铒和镱的组合的纤芯。稀土掺杂剂吸收来自泵浦激光器的光，并被“泵浦”或促进为激发态，该激发态通过光子的受激发射为放大的种子光406提供光放大。处于激发态的稀土离子还可以通过自发发射来发射光子，从而导致增益光纤501产生放大的自发发射(ASE)光。
增益光纤501可以是单包层或多包层光纤，并且可以具有大约6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、12μm、20μm、25μm的纤芯直径或任何其他合适的纤芯直径。单包层增益光纤501可以包括被包层材料围绕的纤芯，并且泵浦光和放大的种子光406都可以基本上在增益光纤501的纤芯内传播。多包层增益光纤501可以包括纤芯、围绕纤芯的内包层、以及围绕内包层的一个或多个附加包层。放大的种子光406可以基本上在纤芯内传播，而泵浦光可以基本上在内包层和纤芯内传播。放大器500中的增益光纤501的长度可以是大约0.5m、1m、2m、4m、6m、10m、20m、或任何其他合适的增益光纤长度。
来自泵浦激光器510的泵浦激光可以通过泵浦波分复用器(WDM)520耦合到增益光纤501中。泵浦WDM 520(可以称为泵浦信号组合器、泵浦组合器、波长组合器、组合器、多路复用器、解复用器或WDM)可用于组合或分离泵浦光和由增益光纤501放大的光。在图8中，泵浦WDM 520a将放大的种子光406与来自泵浦激光器510a的光组合，并且组合的泵浦种子光耦合到光学增益光纤501的输入端。泵浦WDM 520b接收来自光学增益光纤501的输出端的进一步放大的种子光并将其发送到隔离器530b。另外，泵浦WDM 520b将来自泵浦激光器510b的反向传播的光耦合到光学增益光纤501的输出端。
光纤放大器500可包括位于放大器500的输入或输出侧的一个或多个滤光片560。滤光片560(其可包括吸收性滤光片、二向色滤光片、长通滤光片、短通滤光片、带通滤光片、陷波滤光片或光纤布拉格光栅)可以在特定的通带上透射光，并且基本上阻挡通带外的光。位于光纤放大器500的输入侧的滤光片560可以减少传播到增益光纤501中的光噪声量(例如，来自SOA 410的ASE)。在图8中，滤光片560位于放大器500的输出侧，并且可以减少伴随由放大器500产生的进一步放大的种子光的ASE的量。例如，图8中的滤光片560可以移除由增益光纤501产生的大于80％的ASE光。作为另一示例，图8中的滤光片560可以以种子激光二极管400的工作波长(例如1530nm)透射光，并且可以具有以工作波长为中心的5nm通带。滤光片560可以基本上衰减通带之外的波长的光(例如，具有大约1450-1525nm和1535-1650nm的波长的ASE光可以被阻挡到达输出准直器570)。
光纤放大器500可以包括一个或多个光隔离器530。隔离器530可以减少或衰减向后传播的光，该向后传播的光可能会使种子激光二极管400、SOA 410、泵浦激光器510a或510b、或增益光纤501不稳定或对其造成损害。图8中的隔离器530a和530b可以允许光沿隔离器中绘制的箭头方向通过，并阻挡沿相反方向传播的光。向后传播的光可以产生于来自增益光纤501的ASE光、来自泵浦激光器510b的反向传播的泵浦光、或来自光纤放大器500的一个或多个光学界面的光学反射。光隔离器530可以通过阻挡大多数向后传播的光(例如，通过使向后传播的光衰减大于或等于5dB、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB或任何其他合适的衰减值)来防止与向后传播的光相关联的不稳定或损害。图8中的隔离器530a可以防止由增益光纤501产生的ASE到达位于光纤放大器500之前的SOA 410或种子激光二极管400。隔离器530b可以防止背反射(例如，来自耦合器540b、检测器550b、滤光片560或输出准直器570)传播到增益光纤501或光纤放大器500的其他组件。
光纤放大器500可以包括一个或多个耦合器540和一个或多个检测器550。耦合器540可以分离出一部分光(例如，由耦合器540接收的光的大约0.1％、0.5％、1％、2％或5％)并将分离出的部分引导到检测器550。在图8中，输入耦合器540a可以分离出大约1％的放大的种子光406并将其发送到检测器550a，并且剩余的大约99％的放大的种子光406可以继续到达增益光纤501。在光纤放大器500的输出侧，输出耦合器540b分离出增益光纤501之后的一部分光，并将其发送到检测器550b。检测器550a可以测量进入放大器500的放大的种子光406，并且检测器550b可以测量放大之后的光。检测器550a或550b可用于监测光纤放大器500的性能或状况。例如，如果来自检测器550a或550b的电信号下降到特定阈值水平以下，则处理器或控制器150可确定放大器500存在问题(例如，输入的放大的种子光406中的光功率可能不足，泵浦激光器可能出现故障，或者放大器500中的其他组件之一可能出现故障)。响应于确定放大器500存在问题，处理器或控制器150可以关闭或禁用放大器500，关闭或禁用光源110，关闭或禁用激光雷达系统100，或发送放大器500、光源110或激光雷达系统100需要维修或修理的通知。
光纤放大器500可以包括一个或多个包层功率剥离器。可以使用包层功率剥离器(可以称为包层模式剥离器、包层光剥离器、泵浦光剥离器或泵浦剥离器)来衰减或移除来自多包层光纤的包层的光。例如，包层功率剥离器可以移除传播通过多包层增益光纤501的包层的残余的泵浦激光。残余泵浦光可以指的是在传播通过增益光纤501时没有被吸收的到达光学增益光纤501的一端的残留的泵浦光。在图8中，增益光纤501可以是多包层增益光纤，并且光纤放大器500可以包括一个或多个包层功率剥离器(图8中未示出)。例如，包层功率剥离器可以位于泵浦WDM 520b和隔离器530b之间，并且该功率剥离器可以将来自泵浦激光器510a的未被增益光纤501吸收的残余泵浦光移除。另外或可替代地，包层功率剥离器可以位于耦合器540a和泵浦WDM 520a之间，并且功率剥离器可以将来自泵浦激光器510b的残余泵浦光移除。当通过包层功率剥离器传播时，在多包层光纤的纤芯中传播的光(例如，放大的种子光406)可能不会被显著衰减。
在特定实施例中，光纤放大器500可以包括输入光纤，该输入光纤被配置为接收来自SOA 410的放大的种子光406。该输入光纤可以是光纤放大器的一部分，或者可以被耦合或接合到光纤放大器的一个组件。例如，来自SOA 410的放大的种子光406可以耦合到光纤中，该光纤被接合到隔离器530a的输入光纤。作为另一示例，来自SOA 410的放大的种子光406可以是自由空间光束，其使用一个或多个透镜耦合到光纤放大器500的输入光纤中。作为另一示例，光纤放大器500的输入光纤可以位于SOA 410的输出端412处或附近，以使放大的种子光406从SOA 410直接耦合到输入光纤中。
在特定实施例中，光纤放大器500的光学组件可以是自由空间组件、光纤耦合组件或自由空间和光纤耦合组件的组合。作为示例，图8中的每个光学组件可以是自由空间光学组件或光纤耦合光学组件。作为另一示例，放大的种子光406可以是自由空间光束，并且隔离器530a、耦合器540a和泵浦WDM 520a可以各自是自由空间光学组件。另外，来自泵浦激光器510a的泵浦光可以是自由空间光束，其由泵浦WDM 520a与放大的种子光406组合，并且组合的泵浦种子光可以形成经由一个或多个透镜耦合到增益光纤501中的自由空间光束。
在特定实施例中，在激光雷达系统100正在操作的特定时间间隔期间，激光雷达系统100的光源110可以被禁用。例如，扫描仪120可以将激光雷达系统100的能视域上的输出光束125扫描为一系列扫描线230，并且可以在一条扫描线的末端以及后续扫描线的起点之间的一段时间期间禁用光源110。参考图5，可以在扫描线230A的末端与扫描线230B的起点之间的一段时间期间禁用光源110。图5中的像素210a可以代表扫描线230A的最后一个像素，像素210b可以代表扫描线230B的第一个像素。在激光雷达系统100已经发射或接收了与像素210a相对应的光之后，可以禁用光源110，并且在发射与像素210b相对应的光之前，可以启用光源110。光源110可以被禁用任何合适的时间间隔，例如大约0.1ms、0.2ms、0.5ms、1ms、2ms或10ms。例如，扫描仪120可以以大约1ms的时间间隔沿着每条扫描线230扫描输出光束125，并且在连续的扫描线之间可以存在大约0.6ms的时间间隔。可以在扫描线被扫描的1ms时间间隔内启用光源110，并且可以在连续扫描线之间的0.6ms时间间隔的至少一部分期间内禁用光源110。
在特定实施例中，禁用光源110可以包括电子驱动器600减少供应给光源110的一个或多个组件的电流量。光源110的组件可以包括种子激光二极管400、SOA 410、光纤放大器500或泵浦激光二极管510。减少供应给组件的电流量可以包括将供应的电流减小到正常工作电流以下，将供应的电流设置为大约零安培，或关闭组件电源。例如，在正常操作期间，可以向种子激光二极管400供应100mA的种子电流I1的脉冲，并且禁用光源110可以包括通过不向种子激光二极管400发送任何电流脉冲来禁用种子激光二极管400(例如，种子激光二极管400断电或将供应的种子电流I1设置为零安培)。作为另一示例，在正常操作期间，供应给SOA 410的SOA电流I2可以包括20A电流脉冲，并且禁用光源110可以包括通过不向SOA410发送任何电流脉冲来禁用SOA 410。另外，在正常操作期间，SOA电流I2还可包括相对较低的DC偏置电流(例如，50mA的DC电流)，并且当光源110被禁用时，DC偏置电流可继续供应至SOA，或可以减少到大约零安培。作为另一示例，对于包括光纤放大器500的光源110，禁用光源110可以包括禁用光纤放大器500。禁用光纤放大器500可以包括减少供应给放大器500的一个或多个泵浦激光器510的电流。供应给泵浦激光二极管510的典型DC电流可能在2A和20A之间，并且可以通过将泵浦激光器电流减小到零安培、0.1A、0.2A、0.5A或任何其他合适量的减小的电流来暂时禁用放大器500。
如图3中所示，扫描仪120可以包括多面镜301，并且每条扫描线230可以对应于来自多面镜301的反射表面320之一的输出光束125的反射。在图3中，每条扫描线可以在窗口350的边缘351a处或附近开始，并且可以在窗口350的边缘351b处或附近处结束。在连续的扫描线之间周期性地禁用光源110可以减少光源110的功耗，这又可以改善激光雷达系统100的热性能，因为消耗的功率更少可能意味着产生的废热更少。另外，禁用光源110可以减少在激光雷达系统100内产生的内部散射光的量。如果没有周期性地禁用光源110，则在输出光束125到达窗口350的边缘351a之前，来自输出光束125的大部分光可以在激光雷达系统100内被散射。另外，在输出光束125扫描经过窗口350的边缘351b之后，大部分输出光束125可以在内部被散射。内部散射的光可能导致由APD 340接收的过多的光信号，这可能使APD 340或接收器140损坏或饱和。周期性地禁用光源110可以基本上减少或防止APD 340接收到过多的光信号的发生。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以是脉冲激光雷达系统，其中光源110发射具有具有以下光学特性中的一个或多个的光脉冲的输出光束125：在900nm和1700nm之间的波长；在0.01μJ和100μJ之间的脉冲能量；在80kHz和10MHz之间的脉冲重复频率；以及在1ns和100ns之间的脉冲持续时间。例如，图6或图7中的光源110可以发射具有光脉冲的输出光束125，该光脉冲具有大约1550nm的波长、大约0.5μJ的脉冲能量、大约600kHz的脉冲重复频率、以及大约5ns的脉冲持续时间。作为另一示例，光源110可以发射具有从大约1500nm到大约1510nm的波长的光脉冲。作为另一示例，光源110可以发射具有大约905nm、1400nm、1480nm、1505nm、1530nm、1550nm、1555nm、1600nm的波长或任何其他合适波长的光脉冲。作为另一示例，种子光405、放大的种子光406和输出光束125可各自具有近似相同的波长(例如，在1400nm与1600nm之间的波长)。作为另一示例，光源110可以发射具有在大约1000nm与大约1100nm之间的波长的输出光束125。在图6的示例中，种子激光二极管400可以产生具有光脉冲的种子光405，该光脉冲具有大约100pJ的脉冲能量，并且SOA 410可以放大脉冲以产生具有光脉冲的输出光束125，该光脉冲具有大约250nJ的脉冲能量。在图7的示例中，种子激光二极管400可以产生具有大约5pJ的脉冲能量的光脉冲，SOA 410可以放大种子激光器脉冲以产生具有大约5nJ的脉冲能量的光脉冲，并且光纤放大器500可以进一步放大脉冲以产生具有光脉冲的输出光束125，该光脉冲具有大约0.5μJ的脉冲能量。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以是FMCW激光雷达系统，其中光源110发射包括调频光的输出光束125。可以通过对供应给种子激光二极管400的电流I1或供应给SOA410的电流I2施加幅度调制来产生调频光。例如，种子电流I1可以包括产生种子光405的相应频率调制的电流调制分量。在图6中，可以通过SOA 410放大调频种子光405以产生调频输出光束125。在图7中，可以通过SOA 410放大调频种子光405，然后通过光纤放大器500进一步放大以产生调频输出光束125。可替代地，代替将电流调制分量施加到种子电流11，光源110可以包括位于种子激光二极管400和SOA 410之间的相位调制器，并且该相位调制器可以将相位调制施加到种子光405以产生被SOA 410放大的调频种子光。
在特定实施例中，激光雷达系统100的输出光束125可以具有在大约1400nm与大约1510nm之间的波长。例如，光源110可以包括种子激光二极管400，该种子激光二极管400产生具有在1400-1510nm波长范围内的波长的种子光405，并且SOA 410可以放大种子光405以产生具有1400-1510nm范围内的近似相同波长的放大的种子光406。种子激光二极管400可以包括组成GaxIn1-xAsyP1-y的镓(Ga)、铟(In)、砷化物(As)和磷化物(P)，其中x的值是从0.4到0.5并且y的值是从0.7到0.84。例如，种子激光二极管400可以附着到InP衬底或在InP衬底上生长，并且x的值可以为大约0.47，这可以在InP衬底和Ga0.47In0.53AsyP1-y种子激光二极管400之间提供近似的晶格匹配。作为另一示例，y的值可以为大约0.84，其可以对应于由种子激光二极管400产生的种子光405的大约1500-1510nm的波长。在特定实施例中，光源110可以包括种子激光二极管400，该种子激光二极管400产生具有在1500-1510nm波长范围内的波长的种子光405。例如，种子激光二极管400可以被配置为产生具有大约1505nm的波长的种子光405，并且输出光束125可以具有大约1505nm的相同波长。
图9示出了示例性光源110，其包括以两个不同的波长(分别为λ1和λ2)工作的两个种子激光二极管(400-1和400-2)。在特定实施例中，光源110可以包括两个或更多个种子激光二极管，其中每个种子激光二极管产生不同波长的光，并且输出光束125包括在两个或更多个波长中的每个波长的光信号。在图9中，种子激光二极管400-1产生波长为λ1的光，种子激光二极管400-2产生波长为λ2的光。波长组合器420将来自种子激光二极管400-1的波长为λ1的光与来自种子激光二极管400-2的波长为λ2的光组合，以产生种子光405。种子光405包括来自种子激光二极管400-1和种子激光二极管400-2的光，其被发送到SOA 410。种子光405被SOA 410放大以产生输出光束125，该输出光束125包括波长为λ1和λ2的放大的种子光。种子激光二极管400-1和400-2或SOA 410可以以脉冲方式(例如，供应有脉冲电流)操作以产生光脉冲，其中每个光脉冲的波长为λ1或λ2。例如，种子激光二极管400-1和400-2可以被交替地脉冲化，使得输出光束125包括在波长λ1和波长λ2之间交替的时间交错的光脉冲。激光雷达系统100可以包括具有两个检测器340的接收器140，两个检测器340被配置为使得一个检测器接收并检测波长为λ1的光，而另一个检测器接收并检测波长为λ2的光。作为另一示例，代替交替地对种子激光二极管400-1和400-2脉冲化，可以在大约相同的时间对两个种子激光二极管进行脉冲化。同时向种子激光二极管400-1和400-2两者施加电流脉冲可以产生具有光脉冲的输出光束125，其中每个光脉冲包括波长为λ1和波长为λ2的光。
波长组合器420可以是自由空间组合器、光纤组合器或集成光学组合器。例如，来自种子激光二极管400-1和400-2的光可以作为自由空间光束发射，并且波长组合器420可以是自由空间组合器(例如，具有透射波长为λ1的光并反射波长为λ2的光的二向色涂层的光学元件)。作为另一示例，种子激光二极管400-1和400-2可以是光纤耦合的装置，并且波长组合器420可以是将波长为λ1和λ2的光组合至单根光纤的光纤组合器。作为另一示例，种子激光二极管400-1和400-2可以是光子集成电路(PIC)的一部分，并且波长组合器420可以是集成光学组合器。PIC(可以称为平面光波电路(PLC)或集成光电装置)可以包括一起集成至单个装置中的两个或更多个光学装置或元件。例如，种子激光二极管400-1和400-2、组合器420和SOA 410可以集成在一起以形成PIC。来自种子激光二极管400-1和400-2的每一个的光可以经由集成到PIC中的光波导被发送到组合器420。波长组合器420可以被配置为将来自两个种子激光二极管400-1和400-2的光组合到耦合到SOA 410的单个输出波导中。
图10示出了示例性光源110，其包括两个种子激光二极管(400a和400b)、两个SOA(410a和410b)以及偏振组合器430。在特定实施例中，光源110可以包括两个种子激光二极管和两个SOA，并且可以使用偏振组合器430组合来自两个SOA的输出光。在图10的示例中，种子激光二极管400a产生种子光405a，其被SOA 410a放大以产生输出光束125a。类似地，种子激光二极管400b产生种子光405b，其被SOA 410b放大以产生输出光束125b。输出光束125a和125b可以是正交偏振的，并且光源110包括偏振组合器430，其将输出光束125a和125b组合以产生组合的输出光束125。偏振组合器430可以是自由空间偏振分束立方体，或偏振组合器430可以是经由保偏光纤接收输出光束125a和125b的光纤组件。在图10中，偏振组合器430可以是偏振分束立方体，其透射输出光束125a(其可以是水平偏振的)并且反射输出光束125b(其可以是垂直偏振的)，并且输出光束125包括来自输出光束125a和输出光束125b的组合光。
在图10中，输出光束125b穿过半波片440，其将偏振旋转90度，使得输出光束125b的偏振与输出光束125a的偏振正交。输出光束125b从反射镜450反射，并且正交偏振的输出光束125a和125b由偏振组合器430组合。在特定实施例中，代替使用半波片，可以将种子激光器400a和400b机械地布置为它们发射正交偏振光。例如，种子激光二极管400a可以相对于种子激光二极管400b以90度的定向安装，使得两个种子激光束405a和405b是正交偏振的。另外，SOA 410a可以相对于SOA 410b以90度的定向安装。利用这种机械布置，输出光束125a和125b可以是正交偏振的，并且光源110可以不包括用于使光束之一的偏振旋转的半波片。
在特定实施例中，SOA 410a和SOA 410b可以被同步地脉冲化，使得电流脉冲以相同的频率被供应给两个SOA，并且在两组电流脉冲之间具有特定的时间偏移。两组电流脉冲之间的时间偏移可以近似为零，使得电流脉冲在大约相同的时间被供应。可替代地，两组电流脉冲可以具有特定的非零时间偏移(例如，大约0.1ns、0.5ns、1ns、2ns或5ns的时间偏移)。输出光束125a和125b可各自包括由偏振组合器430组合并在时间上重叠以产生具有较高能量的光脉冲的输出光束125的光脉冲。例如，如果来自每个同步脉冲SOA的光脉冲具有0.3μJ的脉冲能量，则可以将这些光脉冲在空间上组合并在时间上重叠，以产生组合的输出光束125，该组合的输出光束125的光脉冲的脉冲能量约为0.6μJ。来自每个同步脉冲SOA的两个光脉冲可以具有大约相同的脉冲能量(例如，每个脉冲0.3μJ)，或者两个光脉冲可以具有不同的脉冲能量。通过向两个SOA供应不同幅度或持续时间的电流脉冲，可以产生具有不同脉冲能量的光脉冲。组合的输出光束125中的光脉冲可以具有任何合适的偏振(例如，线性、圆形或椭圆形)。可以基于(i)被组合的两个光脉冲的能量之比或(ii)两个光脉冲之间的时间偏移，将输出光束125中的光脉冲设置为特定的偏振态。例如，如果两个光脉冲具有大约相同的能量，则取决于两个脉冲之间的时间偏移，输出光束125可以是线性、圆形或椭圆偏振的。作为另一示例，如果两个光脉冲具有不同的脉冲能量，则取决于两个脉冲之间的时间偏移，输出光束125可以是线性或椭圆偏振的。
图11示出了示例性光源110，其中种子激光二极管400和半导体光放大器(SOA)410是单独的装置。在特定实施例中，种子光405可以由种子激光二极管400作为自由空间光束发射，并且光源110可以包括一个或多个耦合透镜610，其收集自由空间种子光405并将种子光405耦合至SOA 410的波导415。在图11中，种子激光二极管400和SOA 410是单独的分立装置，其中种子激光二极管和SOA 410被间隙隔开(而不是与结合或附接至SOA 410的输入端411的种子激光二极管400的正面402集成在一起)。种子光405从种子激光二极管400的正面402发射作为自由空间光束。位于种子激光二极管400和SOA 410之间的间隙中的耦合透镜610收集自由空间种子光405并将种子光405耦合到SOA 410中。种子光405通过以下方式耦合到SOA 410中：将种子光405聚焦到输入端411上并聚焦到SOA 410的波导415中。图11中的耦合透镜610是收集并聚焦种子光405的单个透镜。可替代地，光源110可以包括两个或更多个耦合透镜。例如，光源110可以包括第一透镜和第二透镜，第一透镜收集并准直来自种子激光二极管400的种子光405，第二透镜将准直的种子光405聚焦到波导415中。除了位于种子激光二极管400和SOA 410之间的间隙中的透镜610以外，光源110还可包括位于间隙中的自由空间光隔离器(图11中未示出)。例如，光隔离器可以位于定位于间隙中的两个透镜(例如，准直透镜和聚焦透镜)之间。光隔离器可以阻挡光(例如，从输入端411反射的种子光405或由SOA 410发射的ASE光)传播回种子激光二极管400。
图12示出了示例性光源110，其中种子激光二极管400和半导体光放大器(SOA)410被集成在一起。集成在一起的种子激光二极管400和SOA 410可以指的是将种子激光二极管400和SOA 410耦合在一起，从而在种子激光二极管400的正面402和SOA 410的输入端411之间没有空气间隙。集成的种子激光二极管400和SOA 410可以直接耦合在一起(如图12所示)，或者可以通过连接波导耦合在一起(如下所述)。在图12中，种子激光二极管400的正面402可以直接耦合或附接到SOA 410的输入端411，而在两个装置之间没有间隙。不具有由半导体-空气界面形成的离散小面，种子激光二极管400的正面402和SOA 410的输入端411可以直接连接在一起而无需半导体-空气界面。在特定实施例中，光源110可以包括集成在一起的种子激光二极管400和SOA 410。种子激光二极管400可以直接连接到SOA 410，使得种子光405从种子激光二极管400直接耦合到SOA 410的波导415中，而无需穿过空气间隙。例如，可以将正面402对接耦合或固定(例如，使用光学透明的粘合剂)到输入端411。可替代地，可以将种子激光二极管400和SOA 410一起制造，使得没有不同的或单独的正面402和输入端411(例如，正面402和输入端411可以合并在一起以在种子激光二极管400和SOA 410之间形成单个界面)。
在特定实施例中，光源110可以包括位于种子激光二极管400和SOA 410之间的连接波导。该连接波导可以耦合到种子激光二极管400的正面402以及SOA 410的输入端411，并且连接波导可以将种子光405从正面402传输到输入端411。其中种子激光二极管400和SOA 410集成在一起的光源110可以包括耦合至种子激光二极管400的正面402以及SOA 410的输入端411的连接波导。连接波导可以是无源波导(例如，不提供光学增益的波导)或模式匹配波导(例如，波导的横向尺寸改变以使得种子激光二极管400的光学模式以最小的光损耗耦合到SOA 410的光学模式)。连接波导可以被制造为附接到种子激光二极管400和SOA410的单独的组件，或者连接波导可以与种子激光二极管400和SOA 410一起被制造。
在特定实施例中，光源110可以包括设置在单个芯片或衬底上或之中的种子激光二极管400和SOA 410。设置在单个芯片或衬底上或之中的种子激光二极管400和SOA 410可以指分别独立制造然后附接到同一衬底(例如，使用环氧树脂或焊料)的种子激光二极管400和SOA 410。可替代地，可以将设置在单个芯片或衬底上或之中的种子激光二极管400和SOA 410一起制造在同一衬底上。例如，可以使用诸如光刻、薄膜沉积或蚀刻的半导体制造工艺在衬底上制造种子激光二极管400和SOA 410。种子激光二极管400、SOA 410和衬底一起可以被称为其中布置了种子激光二极管400和SOA 410的芯片。在特定实施例中，衬底可以是导电的或导热的，并且衬底可以具有近似等于种子激光器400和SOA 410的热膨胀系数(CTE)的CTE。例如，衬底可以包括磷化铟(InP)，种子激光二极管400和SOA 410可各自包括生长在InP衬底上的InGaAs或InGaAsP半导体结构。InP衬底可以是n掺杂的或p掺杂的，使得它是导电的，并且InP衬底的一部分可以用作种子激光二极管400和SOA 410的公共阳极或公共阴极。在图12中，种子激光二极管400包括种子激光器阳极403，并且SOA 410包括SOA阳极413。种子激光器阳极403和SOA阳极413位于种子激光器-SOA芯片的顶表面上，并且公共阴极414位于芯片的底面。
图13示出了示例性光源110，其中半导体光放大器(SOA)410包括锥形波导415。在特定实施例中，光源110可以包括SOA 410，其具有(i)具有基本上固定的宽度的波导415或(ii)具有逐渐变窄的宽度的波导415。例如，图11或图12中的波导415可以具有大约5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μm的基本上固定的波导宽度或任何其他合适的宽度。图13中的光源110包括具有锥形光波导415的锥形波导SOA 410，其中波导宽度从输入端411到输出端412均匀地增加。例如，锥形波导415在输入端411的宽度可以大约等于种子激光二极管400的波导的宽度(例如，输入端411可以具有大约1μm、2μm、5μm、10μm或50μm的宽度)。在SOA410的输出端412处，锥形波导415可以具有大约50μm、100μm、200μm、500μm、1mm的宽度或任何其他合适的宽度。作为另一示例，图13中的锥形波导415的宽度可以以均匀或线性的方式从输入端411处的大约20μm的宽度增加到输出端412处的大约250μm的宽度。对于在沿着锥形SOA波导415传播的同时被放大的种子光405，随着波导415的宽度增加，放大的种子光的光学模式的大小可以均匀地增加。放大的种子光的模式大小的均匀增加可以允许放大的种子光保持基本上单模横向光束剖面，并且最小化以不希望的高阶横模传播的放大的种子光的量。
在特定实施例中，SOA 410可以包括输入端411、输出端412以及从输入端411延伸到输出端412的波导415。种子光405可以在SOA 410的输入端411处被接收并且耦合至SOA波导415。接收的种子光405可以在沿着SOA波导415从输入端411传播到输出端412时被SOA410放大，并且放大的种子光可以从输出端412发射。施加到种子光405的光放大可以由供应给SOA 410的SOA电流I2提供。SOA电流I2可以在波导415中产生激发的载流子(例如，电子或空穴)，波导415通过光子的受激发射为种子光405提供光学增益。在特定实施例中，放大的种子光可以从SOA 410的输出端412发射作为自由空间输出光束125。在图11-13中，放大的种子光作为自由空间光束从输出端412发射，并且光源110包括输出透镜620，其收集并准直所发射的光以产生准直的自由空间输出光束125。输出透镜620可以包括单个透镜，或者输出透镜620可以是包括两个或更多个透镜(例如，快轴准直透镜和慢轴准直透镜)的透镜组件。从输出端412发射的自由空间输出光束125可以是多模光束或具有基本上单模横向光束剖面(例如，沿其两个横轴中的每一个的单模高斯形状)的光束。
在特定实施例中，SOA波导415可以指至少部分地由SOA 410的半导体材料形成的光波导。SOA 410可以包括任何合适的半导体材料，例如InP、InAs、InGaAs、InGaAsP、GaAs、AlGaAs或其任何合适的组合。SOA波导415可以包括具有比SOA的周围的半导体材料更高的折射率的半导体材料，使得SOA波导限制并引导耦合到波导415中的种子光405。波导415可以在种子光405传播通过SOA 410时限制或引导沿两个横向方向的种子光405。例如，可以基于(i)由波导415与周围材料之间的折射率差提供的折射率引导或者(ii)由主要位于波导415内的光学增益(以激发电子或空穴的形式)提供的增益引导来限制或引导种子光405。
SOA波导415可以被定向为基本正交于SOA 410的输入端411或输出端412。在图12的示例中，输入端411和输出端412是平行的，并且SOA波导415的纵轴与输入端411和输出端412正交。可替代地，SOA波导415可以相对于输入端411或输出端412成角度。例如，SOA波导415的纵轴可以与正交线成大约1°、2°、5°或任何其他合适的角度。作为另一示例，SOA波导415可以相对于输出端412与正交线成2°角倾斜，对应于相对于输出端412以88°定向的波导。相对于输入端411或输出端412成角度的SOA波导415可以减少或防止与背反射光相关联的不稳定或损害。例如，如果SOA波导415相对于输出端412成一定角度，则从输出端412反射的放大的种子光可以相对于波导415成一定角度被引导回去。大部分背反射光可以从SOA波导415引导出去，而不是通过SOA波导415传播回去并且可能传播到种子激光二极管400。
在特定实施例中，光源110可以包括具有任何合适的二极管长度的种子激光二极管400和具有任何合适的放大器长度的SOA 410。例如，图11、12或13中的种子激光二极管400可以具有大约100μm、200μm、500μm、1mm或2mm的二极管长度。作为另一示例，图11、12或13中的SOA 410可以具有大约1mm、2mm、3mm、5mm、10mm或20mm的放大器长度。作为另一示例，在图13中，种子激光二极管400可以是具有大约300μm的二极管长度的DFB激光器，并且SOA410可以具有大约4mm的放大器长度。
在特定实施例中，光源110可以包括滤光片，该滤光片透射放大的种子光并且基本上阻挡该滤光片的通带之外的光。例如，图11、12或13中的光源110可以包括位于SOA 410的输出端412处或之后的滤光片。滤光片(图11、12或13中未示出)可以与SOA 410的输出端412集成或附接到SOA 410的输出端412。例如，滤光片可以是沉积在输出端412上的介电涂层的一部分，或者滤光片可以是通过粘合剂或环氧树脂直接附接到输出端412的单独的光学元件。可替代地，滤光片可以是与输出端412相距一定距离的单独的光学元件(例如，滤光片可以位于距输出端412约0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm或任何其他合适的距离处)。位于SOA 410的输出端412处或之后的滤光片可以透射放大的种子光，并基本上阻挡由SOA 410产生的ASE光。例如，被SOA 410放大的种子光405可以具有大约1505nm的波长，并且SOA 410可以产生从大约1450nm到大约1600nm的ASE光。滤光片可以透射1505nm放大的种子光，并且阻挡小于约1500nm和大于1510nm的波长的大部分(例如，大于80％)的ASE光。
在特定实施例中，光源110可以包括直接耦合到SOA 410的输出端412的端盖。该端盖可以是无源光学组件，其被配置为在放大的种子光被发射作为输出光束125之前减少放大的种子光的强度。端盖可以包括不向放大的种子光提供光学增益的无源材料区域。端盖可以包括不包括波导结构的块状材料区域，或者端盖可以包括无源波导，该无源波导允许放大的种子光的光学模式的大小在传播通过端盖的同时增大。端盖可以包括附接到SOA410的输出端412的单独的光学组件。例如，端盖可以包括(例如，使用粘合剂或环氧树脂)附接到输出端412的一片块状透明玻璃或半导体材料。可替代地，可以将端盖与SOA 410一起制造。例如，端盖可以包括与SOA 410的材料类似的半导体材料区域，以及端盖和SOA 410可以在相同的半导体制造过程期间制造。端盖可以具有任何合适的长度，例如，大约0.2mm、0.5mm、1mm、2mm或5mm的长度。
在特定实施例中，端盖可以(i)从SOA 410的输出端412接收放大的种子光，并且(ii)通过端盖传送放大的种子光，以使得放大的种子光以降低的光强度从端部发射。至少部分由于放大的种子光的光学模式的发散，放大的种子光的光学模式的大小在传播通过端盖的同时可以增加(例如，可以沿横向方向扩展)。结果，从端盖发射的放大的种子光的强度可以小于从SOA 410接收到的放大的种子光的强度。与高光强度的光相关联的光学损坏可以在光从半导体装置发射时在半导体-空气界面处发生。将输出端412耦合到端盖并且减小放大的种子光在发射之前的强度，可以防止在SOA 410的输出端412或端盖的输出面处发生光学损坏。
在特定实施例中，光源110可以包括SOA 410，其具有位于SOA 410的输出端412处或附近的光栅630。图13中的光栅630可以是衍射光栅、布拉格光栅、体全息光栅或任何其他合适的光栅。光栅630可以与SOA 410的输出端412集成或附接到SOA 410的输出端412。例如，光栅630可以是沉积在输出端412上的介电涂层的一部分，或者光栅630可以是通过粘合剂或环氧树脂直接附接到输出端412的单独的光学元件。可替代地，光栅630可以是与输出端412相距一定距离的单独的光学元件(例如，光栅630可以位于距输出端412约0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm或任何其他合适的距离的位置)。
光栅630可以被配置为透射从SOA 410的输出端412发射的基本光学模式，并且使从SOA 410发射的一个或多个高阶横向光学模式有角度地偏转。基本光学模式可以具有沿其两个横轴中的每一个的基本上单模高斯形状，并且高阶横向光学模式可以沿一个或两个横轴具有多模形状。在SOA 410的输出端412处产生的放大光可以包括单横模光以及多模光。光栅630可以透射具有很少或没有角偏转的单模光，从而使单模光直接穿过光栅630。多模光可以相对于单模光以一定角度(例如，以大约1°、5°、10°的角度或任何其他合适的角度)有角度地偏转。使多模光远离单模光偏转可以允许多模光从由SOA 410产生的输出光束125中移除或在空间上进行过滤，从而使输出光束125为具有基本上单模横向光束剖面的自由空间光束。
图14示出了示例性光源110，其中种子激光二极管400和半导体光放大器(SOA)410位于外壳650内。在特定实施例中，光源110的全部或一部分可以位于外壳650内。例如，外壳650可包含种子激光二极管400、SOA 410和电子驱动器600。另外，外壳650可包含热电冷却器640(TEC)、一个或多个透镜620、或光纤660的输入部分661。在图14中，外壳650包含以下光源组件：种子激光二极管400；SOA 410；电子驱动器600；透镜620-1、620-2和620-3；以及光纤660的输入部分661。外壳650可以由金属、塑料、玻璃、陶瓷或任何其他合适的材料或其任何组合制成。例如，图14中的外壳650可以由导热材料(例如，铝或铜)制成，并且可以热耦合至耗散从TEC 640接收的热量的散热器。
在特定实施例中，外壳650可以是封闭的、密封的、气密的或水密的容器，其防止水蒸气、液态水、尘土、灰尘或其他污染物进入外壳650内部。例如，外壳650可以被封闭以防止灰尘进入外壳。封闭的外壳650可以防止灰尘落在输出端412上并在从输出端412发射光时被燃烧而损坏SOA 410的输出端412。封闭的外壳650可以指具有以下特征的外壳650：低于特定值的最大开口或间隙尺寸(例如，外壳各部分之间的最大间隙可以小于或等于大约200μm、100μm、20μm、5μm或1μm)。作为另一示例，外壳650可以被密封以防止水蒸气进入外壳。密封的外壳650可以防止当外壳650的温度下降时外壳650内部的光学表面(例如，输出端412)被在光学表面上冷凝的水蒸气损坏或退化。在图14中，光纤660的输入部分661可以被包含在外壳650内，并且输入部分661可以经由外壳650中的馈通662进入外壳650。例如，馈通662可以使用围绕输入部分661或将输入部分661保持在适当位置的O形环或环氧树脂封闭或密封。外壳650可以包括一个或多个附加馈通(在图14中未示出)，其允许电线或电缆进入外壳650(例如，为电子驱动器600提供功率或触发信号或为TEC 640提供功率的电缆)。
在特定实施例中，光源110可包括热耦合至种子激光二极管400和SOA 410的TEC640。在图14中，TEC 640可用于稳定与种子激光二极管400或SOA 410相关联的温度。例如，TEC 640可用于将种子激光二极管400或SOA 410的温度保持在特定温度设定点(例如25℃)或特定温度范围内(例如10℃和40℃之间)。附加地或可替代地，图14中的TEC 640可以用于移除由种子激光二极管400或SOA 410产生的热量。例如，SOA 410可以在操作期间生成热量，而TEC可以用于从光源110吸收至少一部分多余的热量以防止种子激光二极管400或SOA410的温度升高超过安全操作范围。在图14中，TEC 640可以位于外壳650内，并且种子激光二极管400和SOA 410可以附接到导热衬底(例如，连接板601)，导热衬底附接到TEC 640。可替代地，TEC 640可以位于外壳650的外部，并且由SOA 410产生的热量可以流过外壳650并流到TEC 640。在特定实施例中，光源110可以包括热耦合到电子驱动器600的TEC 640。电子驱动器600可以在操作期间生成热量，而TEC 640可以将热量从电子驱动器600吸走，以防止驱动器温度升高超过安全操作范围。例如，TEC 640可以热耦合到种子激光二极管400、SOA410和电子驱动器600，并且TEC 640可以被配置成稳定种子激光二极管400、SOA 410和电子驱动器600中的一个或多个的温度或移除由种子激光二极管400、SOA 410和电子驱动器600中的一个或多个产生的热量。
在特定实施例中，光源110可以包括以下组件：种子激光二极管400；SOA 410；电子驱动器600，其将种子电流I1供应给种子激光二极管400，并将SOA电流I2供应给SOA 410；光纤660的输入部分661；以及一个或多个输出透镜620，其将来自SOA 410的放大的种子光经由输入部分661耦合到光纤660。另外，光源110可以包括TEC 640，该TEC 640热耦合到种子激光二极管400、SOA 410或电子驱动器600。如图14所示，种子激光二极管400、SOA 410、电子驱动器600、输入部分661和输出透镜620可以设置在外壳650内。在图14中，放大的种子光从SOA 410发射并沿z轴朝向输入部分661传播。透镜620-1可以是快轴准直透镜，其沿y轴准直放大的种子光，并且透镜620-2可以是慢轴准直透镜，其沿x轴准直放大的种子光。透镜630-3可以使准直的光聚焦，使得其经由输入部分661的端面耦合到光纤660中。光纤可以是单模光纤或多模光纤。光纤660可以包括位于光纤660的与输入部分661的相对端处的输出部分663。光纤660的输出部分663可以由产生准直的自由空间输出光束125的透镜(例如，输出准直器)终止，准直的自由空间输出光束125可以被引导到扫描仪120。可替代地，光纤660的输出部分663可以耦合到光纤放大器500。光纤放大器500可以接收来自光纤660的放大的种子光，进一步放大该放大的种子光，然后产生可引导至扫描仪120的自由空间输出光束125。
在特定实施例中，光源110可以包括以下组件：种子激光二极管400；SOA 410；电子驱动器600，其将种子电流I1供应给种子激光二极管400，并将SOA电流I2供应给SOA 410；以及一个或多个输出透镜620，其收集放大的种子光并产生准直的自由空间输出光束125。另外，光源110可以包括TEC 640，该TEC 640热耦合到种子激光二极管400、SOA 410或电子驱动器600。可以将放大的种子光准直并作为自由空间输出光束125发射，而不是将放大的种子光耦合到光纤中(如图14所示)。输出透镜620可以被称为准直透镜，并且准直的自由空间输出光束125可以被引导到扫描仪120。输出透镜620可以包括一个透镜(例如，用于收集和准直放大的种子光的单个透镜)、两个透镜(例如，快轴准直透镜和慢轴准直透镜)、三个透镜或任何其他合适数量的透镜。种子激光二极管400、SOA 410、电子驱动器600和输出透镜620可以设置在外壳650内。
在特定实施例中，输出透镜620可以(i)收集由SOA 410发射的放大的种子光并将放大的种子光聚焦到光纤660中，或者(ii)收集由SOA 410发射的放大的种子光并准直放大的种子光以产生准直的自由空间输出光束125。输出透镜620可以包括单个透镜、两个透镜、三个透镜(如图14所示)或任何其他合适数量的透镜。输出透镜620可以被设计为优化透镜620的性能(例如，通过产生具有特定光束特性的自由空间输出光束，或通过最大化耦合到光纤660中的放大的种子光的量)。输出透镜设计可以包括作为输出透镜620的一部分的一个或多个透镜的数量、位置、类型(例如，球面透镜或非球面透镜)、材料或焦距。输出透镜620的设计可以基于从SOA 410发射的放大的种子光的光学特性(例如，发散或像散)。然而，从SOA 410发射的放大的种子光的发散或像散可以根据供应至SOA 410的电流I2的脉冲的幅度和持续时间而变化。在传统设计中，可以将输出透镜620设计为在非标准操作模式下使用SOA 410时(例如，当SOA 410提供有DC电流时，DC电流提供种子光405的CW放大)具有最佳性能。当针对SOA 410处于正常操作时出现的放大的种子光的特定光学特性优化透镜性能时，可以得到输出透镜620的改进设计。例如，可以基于当SOA 410被提供有具有与SOA 410的正常操作相对应的特定幅度和持续时间的电流脉冲时发射的放大的种子光的光学特性来设计输出透镜620。
图15示出了位于外壳650内的示例性光源110的一部分的侧视图。图15中的光源110包括包含在外壳650内的以下组件：种子激光二极管400、SOA 410、电子驱动器600、连接板601和TEC 640。输出光束125可以包括由SOA 410发射并引导至一个或多个输出透镜620(图15中未示出)的放大的种子光。将电子驱动器600封装在同一外壳650中并且紧邻种子激光二极管400和SOA 410可以在电子驱动器600与种子激光二极管400和SOA 410中的每一个之间提供低电感电连接。与SOA 410的低电感电连接可以允许电子驱动器600向SOA 410提供具有相对较大的幅度和相对较短的持续时间的SOA电流I2的脉冲。例如，电子驱动器600可以供应具有大约25A的脉冲幅度和大约4ns的脉冲持续时间的SOA电流I2的脉冲。作为另一示例，电子驱动器600可以供应具有大约500A的脉冲幅度和大约8ns的脉冲持续时间的SOA电流I2的脉冲。
在特定实施例中，电子驱动器600可以直接耦合到种子激光二极管400或SOA 410。例如，电子驱动器600可以直接连接到SOA 410的阳极或阴极。直接连接可以指以下电连接，其(i)提供相对低的电感或电容，或(ii)具有相对短的长度。可以通过一个或多个焊料凸块、一个或多个通孔602、或者一个或多个焊料凸块和一个或多个通孔602的组合来提供直接电连接。例如，在图15中，SOA阳极413可以通过一个或多个焊料凸块直接连接到电子驱动器600。另外，种子激光器阳极403可以通过一个或多个焊料凸块直接连接到电子驱动器600。焊料凸块可以是指附接至表面以形成焊料的“凸块”的小焊料球，并且可以通过“凸块接合”过程进行电连接。例如，可以将焊料凸块附接到电子驱动器600上的焊盘，并且可以将电子驱动器600放置为使焊料凸块与SOA阳极413接触。然后，电子驱动器600和SOA 410可以通过加热“凸块接合”(或焊接)在一起，以使焊料凸块回流，然后在电子驱动器600和SOA阳极413之间形成电连接。凸块接合连接可以形成具有相对较低的电感或电容的直接电连接。
在图15中，种子激光器阳极403和SOA阳极413各自直接连接到电子驱动器600。例如，电子驱动器600可以通过一个或多个凸块接合点电地和机械地连接到SOA阳极413。另外，电子驱动器600可以通过一个或多个凸块接合点电地和机械地连接到种子激光器阳极403。种子激光二极管400和SOA 410具有公共阴极414，该公共阴极通过通孔602电连接到电子驱动器600。通孔602可以包括导电材料，该导电材料提供从电子驱动器600到阴极414的通过连接板601的导电路径。例如，电子驱动器600可以凸块接合到通孔602的一端，阴极414可以凸块接合到通孔602的另一端。
在特定实施例中，电子驱动器600可以通过(i)电子驱动器600和SOA阳极413之间的第一低电感电连接和(ii)电子驱动器600和SOA阴极(例如，公共阴极414)之间的第二低电感电连接将SOA电流I2供应给SOA 410。通过第一电连接和第二电连接供应SOA电流I2可以包括向SOA阳极413供应电流脉冲，其中公共阴极414充当电流脉冲的电返回。第一低电感电连接和第二低电感电连接可各自包括一个或多个凸块接合点、一个或多个通孔602、或者一个或多个凸块接合点与一个或多个通孔602的组合。在图15中，可以通过一个或多个凸块接合点来提供电子驱动器600与SOA阳极413之间的低电感电连接。另外，电子驱动器600和阴极414之间的低电感电连接可以由通孔602、将通孔602的一端连接到电子驱动器600的一个或多个焊料凸块、以及将通孔602的另一端连接到阴极414的一个或多个焊料凸块提供。电子驱动器600和SOA阳极413之间的低电感电连接可以具有小于或等于10纳亨(nH)、5nH、2nH、1nH、500皮亨(pH)或250pH的电感。类似地，电子驱动器600和阴极414之间的低电感电连接可以具有小于或等于10nH、5nH、2nH、1nH、500pH或250pH的电感。
在特定实施例中，可以至少部分地通过相对短的电连接长度来提供电子驱动器600与SOA 410的阳极或阴极之间的电连接的低电感。例如，电子驱动器600可以紧邻SOA410放置，其允许长度小于1mm、0.5mm、0.1mm、50μm、20μm或10μm的凸块接合连接。在图15中，电子驱动器600可以利用凸块接合点直接附接到种子激光二极管400和SOA 410，这为到种子激光器阳极403和SOA阳极413的低电感连接提供了相对短的长度。另外，将电子驱动器600连接到阴极414的图15中的通孔602可以提供长度小于20mm、10mm、5mm、2mm或1mm的低电感电连接。
在特定实施例中，电子驱动器600可以包括电容器和用于将电流I2的脉冲供应给SOA 410的开关。电子驱动器600可以在开关断开的情况下给电容器充电，然后电子驱动器600可以闭合开关以通过SOA 410释放电流脉冲。至少部分由于电子驱动器600和SOA 410之间的连接的低电感，电流脉冲可以具有相对较大的幅度和相对较短的持续时间。例如，供应给SOA 410的SOA电流I2的脉冲可具有大约1A、2A、5A、10A、20A、50A、100A、200A、500A或1000A的峰值电流。另外，SOA电流I2的脉冲可以具有大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns或100ns的持续时间。
在图15中，种子激光器阳极403和SOA阳极413位于种子激光器-SOA芯片的顶表面上，并且种子激光二极管400和SOA 410具有位于芯片的底面上的公共阴极414。公共阴极414可以指电连接到种子激光二极管400的阴极和SOA 410的阴极的导电触点。公共阴极414指示种子激光二极管400的阴极和SOA 410的阴极电连接在一起。在特定实施例中，种子激光二极管400和SOA 410可以被配置为三端子装置或四端子装置。图15中的种子激光二极管400和SOA 410表示在电子驱动器600和以下三个端子之间具有三个电连接的三端子装置：(i)种子激光器阳极403，(ii)SOA阳极413和(iii)公共阴极414。可替代地，三端子装置可以被配置有种子激光器阴极、SOA阴极和公共阳极。在图15的三端子装置中，种子激光器阳极403和SOA阳极413可以彼此电隔离，并且电子驱动器600可以通过向种子激光器阳极403和SOA阳极413供应单独的信号来驱动种子激光二极管400和SOA 410。种子激光二极管400和SOA 410可以被配置为具有两个单独的阳极(例如，种子激光器阳极403和SOA阳极413)和两个单独的阴极(例如，种子激光器阴极和SOA阴极)的四端子装置。在四端子装置中，种子激光器阳极403和SOA阳极413可以彼此电隔离。另外，代替具有公共阴极，四端子装置可以具有彼此电隔离的种子激光器阴极和SOA阴极。电子驱动器600可以单独地驱动两个装置中的每个装置的阳极和阴极。
在特定实施例中，连接板601可以包括一个或多个通孔602，并且可以为种子激光二极管400、SOA 410或电子驱动器600提供机械支撑。例如，图15中的种子激光二极管400、SOA 410、或者电子驱动器600可以(例如，通过环氧树脂或焊料)附接到连接板601，并且可以将连接板601的底面(例如，通过导热环氧树脂)附接到TEC 640的顶表面。连接板601可以由导热和电绝缘的材料制成，例如陶瓷材料(例如，氧化铝)或玻璃环氧树脂材料(例如，纤维增强的塑料，例如FR-4)。例如，连接板601可以由导热的、电绝缘的陶瓷材料制成，该陶瓷材料提供用于热量从种子激光二极管400、SOA 410或电子驱动器600流入TEC 640的热路径。
在特定实施例中，电子驱动器600可以将SOA电流I2供应给SOA 410，其中SOA电流I2包括电流脉冲。SOA电流I2的每个脉冲可以放大种子光405的一部分(例如，种子光405的光脉冲或CW种子光405的时间部分)，并且可以导致光脉冲被SOA 410发射。SOA 410可以被配置为在电流的两个连续脉冲之间的时间段期间光学吸收SOA波导415中存在的光。例如，在两个电流脉冲之间存在于SOA波导415中的种子光405基本上可以被SOA 410的半导体材料吸收。种子光405的光吸收过程可以包括种子光405的光子被位于SOA波导415的半导体结构中的电子吸收。在连续的电流脉冲之间在SOA 410中吸收光可以防止不想要的光(例如，来自种子激光二极管400的ASE光)从SOA 460泄漏并传播通过激光雷达系统100的其余部分。当没有电流供应给SOA 410时(例如，在连续的电流脉冲之间的时间段期间)，SOA 410可能不会提供光学增益，并且SOA波导415可以具有大于或等于大约10dB、20dB、30dB、40dB的光吸收或任何其他合适量的光吸收。例如，当没有电流供应给SOA 410时，SOA 410在种子光波长处的光吸收可以大于或等于20dB。如果在连续的电流脉冲之间将1mW的种子光405耦合到SOA波导415中，则≥20dB的光吸收可能会导致小于或等于10μW的种子光405从SOA 410的输出端412发射作为不想要的泄漏光。
在特定实施例中，电子驱动器600可以在两个连续电流脉冲之间的时间段期间将SOA阳极413电耦合到SOA阴极414。例如，对于两个连续电流脉冲之间的大部分或全部时间段τ，电子驱动器600可以将SOA 410的阳极413和阴极414电耦合。将SOA阳极413和阴极414电耦合可以包括电短路阳极直接到阴极，或通过特定电阻(例如，大约1Ω、10Ω或100Ω的电阻)将阳极和阴极电耦合。可替代地，将SOA阳极413和阴极414电耦合可以包括相对于阴极向阳极施加反向偏置电压(例如，大约-1V、-5V或-10V)，其中反向偏置电压的极性与与供应给SOA 410的SOA电流I2的脉冲相关联的正向偏置极性相反。
在特定实施例中，将SOA阳极413电耦合到SOA阴极414可以导致SOA 410的光吸收增加。例如，当SOA阳极413和阴极414电耦合时，SOA 410的光吸收(与未电耦合的阳极和阴极相比)可以增加大约3dB、5dB、10dB、15dB或20dB。当SOA阳极413和阴极414电耦合时，SOA410的光吸收可以大于或等于大约20dB、30dB、40dB或50dB。例如，当SOA电流I2为零并且阳极和阴极没有电耦合时，SOA 410的光吸收可以大于或等于20dB。当阳极和阴极电短路在一起时，光吸收可能会增加10dB，以大于或等于30dB。如果SOA 410的光吸收大于或等于30dB，则耦合到SOA波导415的输入端411的种子光405的小于或等于0.1％可以从输出端412发射作为不想要的泄漏光。例如，如果在连续的电流脉冲之间将1mW的种子光405耦合到SOA波导415中，则≥30dB的光吸收可能导致小于或等于1μW的种子光405从SOA 410的输出端412发射作为不想要的泄漏光。
在特定实施例中，在两个连续的电流脉冲之间的时间段期间光学吸收光(例如，种子光405)的SOA 410可能导致由SOA 410发射的光脉冲具有大于或等于40dB的时间消光比(TER)。可以从表达式TER＝10log(PMAX/PMIN)确定与光脉冲相关联的TER，其中PMAX表示光脉冲峰值处的最大功率，并且PMIN表示发射光脉冲之间的时间段期间的最小功率。在电流脉冲之间将SOA阳极413电耦合到SOA阴极414可能会导致PMIN的值减小(由于与将阳极耦合到阴极相关联的吸收增加)，这对应于TER的增加。由SOA 410作为输出光束125发射的光脉冲的TER可以大于或等于大约40dB、50dB或60dB。例如，发射的光脉冲可以具有20W的峰值功率，并且在发射的光脉冲之间的时间期间的光功率可以是0.2mW，其对应于50dB的TER。发射具有相对较高的TER的光脉冲的激光雷达系统100可以表现出改进的性能，因为在连续的光脉冲之间的时间段期间，由于存在不想要的泄漏光而导致的噪声可能更少。例如，在连续的光脉冲之间由种子激光二极管400发射的ASE光可以被SOA 410基本上吸收。
图16和图17各自示出了供应给种子激光二极管400和SOA 410的示例性电流(I1和I2)以及由种子激光二极管400和SOA 410产生的相应的光(L1和L2)。图16和17中的每个参数(I1、I2、L1和L2)相对于时间绘制。种子激光L1的曲线图可对应于相对于时间绘制的由种子激光二极管400产生的种子光405的功率。类似地，SOA光L2的曲线图可以对应于相对于时间绘制的由SOA 410发射的放大的种子光的功率。
在图16中，种子电流I1包括电流脉冲和基本恒定的DC偏置电流IDC。供应给种子激光二极管400的电流脉冲可以具有任何合适的幅度，例如，大约10mA、100mA、200mA、500mA、1A或2A的幅度。供应给种子激光二极管400的电流脉冲可以具有任何合适的持续时间，例如，大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns或100ns的持续时间。由种子激光二极管400产生的光脉冲可以具有任何合适的持续时间，例如大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns或100ns的持续时间。图16中的种子光L1包括光脉冲，其中每个种子光脉冲是由供应给种子激光器400的相应电流脉冲产生的。种子光L1可以被发送到SOA 410以进行放大。DC偏置电流IDC可以为零(以使得种子电流I1仅包括电流脉冲)，或者DC偏置电流IDC可以为任何合适的非零DC电流，例如1mA、10mA、100mA、200mA或500mA。DC偏置电流IDC可以具有低于用于发射激光的阈值电流或低于用于由种子激光器400发射特定量的ASE光的阈值电流的值。例如，DC电流IDC可以导致种子激光器400发射的ASE光的平均光功率小于或等于100μW、10μW、1μW、0.1μW或零瓦。在图17中，供应给种子激光器400的种子电流I1包括基本恒定的DC偏置电流IDC并且没有电流脉冲。DC电流IDC可以是任何合适的DC电流，例如10mA、100mA、200mA、500mA或1A。图17中的种子光L1可以包括CW光或具有基本恒定的光功率的光。种子光L1可以被发送到SOA 410，其放大种子光的时间部分以产生光脉冲。
在图16和17中的每一个图中，供应给SOA 410的SOA电流I2包括电流脉冲和基本恒定的DC电流IMIN。供应给SOA 410的电流脉冲可以具有任何合适的幅度，例如，大约1A、2A、5A、10A、20A、50A、100A、200A、500A或1000A的幅度。供应给SOA 410的电流脉冲可以具有任何合适的持续时间，例如，大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns或100ns的持续时间。由SOA 410发射的作为SOA光L2的光脉冲可以具有任何合适的持续时间，例如大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns或100ns的持续时间。DC偏置电流IMIN可以为零(因此SOA电流I2仅包括电流脉冲)，或者DC偏置电流IMIN可以是任何合适的非零DC电流，例如1mA、10mA、100mA、200mA或500mA。
在图16中，供应给种子激光二极管400的每个电流脉冲使种子激光二极管产生相应的种子光脉冲。供应给SOA 410的SOA电流I2的每个脉冲可以放大相应的种子光脉冲以产生发射的光脉冲。在特定实施例中，电子驱动器600可以同步地供应种子激光器电流脉冲I1和SOA电流脉冲I2，使得种子激光器电流脉冲的频率大约等于SOA电流脉冲的频率。在图16中，种子激光器脉冲I1具有与SOA脉冲I2相同的频率，并且该频率可以等于发射的光脉冲的脉冲重复频率。例如，种子激光器脉冲I1、SOA脉冲I2和发射的光脉冲可以具有大约相同的频率，例如，大约100kHz、200kHz、500kHz、750kHz、1MHz、2MHz、5MHz、10MHz的频率或任何其他合适的频率。作为另一示例，电子驱动器600可以以大约650kHz的频率供应种子激光器电流脉冲I1和SOA电流脉冲I2，并且由SOA 410发射的光脉冲可以具有大约650kHz的脉冲重复频率(其对应于大约1.54μs的脉冲周期τ)。
在特定实施例中，供应给SOA 410的SOA电流I2可包括(i)非零DC偏置电流IMIN和(ii)电流脉冲。SOA电流I2的脉冲可以在SOA 410中为种子光405提供光放大，并且SOA电流I2的每个脉冲可以导致SOA 410发射光脉冲。DC偏置电流IMIN可以是基本上恒定的非零DC电流。DC偏置电流IMIN可以具有小于或等于SOA 410产生特定量的ASE光的阈值电流的值。例如，DC电流IMIN可以小于或等于阈值电流，在该阈值电流下，SOA 410产生输出光束125，该输出光束具有平均光功率约为1mW、100μW、10μW、1μW、0.1μW或零瓦的ASE光。作为另一示例，DC电流IMIN可以大约为10mA，并且SOA 410可以在该电流下发射很少或没有可检测到的ASE光(例如，当被提供10mA的电流时，SOA 410可以发射大约零瓦的ASE光)。作为另一示例，DC电流IMIN可以为大约100mA，并且SOA 410可以在该电流下发射大约10μW的ASE光。在特定实施例中，将非零DC偏置电流IMIN施加到SOA 410可能导致SOA 410发射具有更高脉冲能量的光脉冲(与未施加偏置电流的SOA 410相比)。非零DC偏置电流IMIN可以提高SOA 410的效率，从而允许发射更高能量的光脉冲。例如，非零DC偏置电流IMIN可以使电流脉冲更迅速地克服SOA 410的光损耗(与没有偏置电流的SOA 410相比)，这可能导致发射的光脉冲具有更高的脉冲能量。
在图17中，供应给种子激光器400的种子激光器电流I1包括DC偏置电流IDC并且没有电流脉冲，并且由种子激光器400产生的种子激光L1包括CW光或具有基本恒定的光功率的光。另外，在图17中，供应给SOA 410的SOA电流I2包括电流脉冲，并且SOA电流I2的每个脉冲放大种子激光L1的一部分以产生由SOA 410发射的光脉冲。例如，SOA电流I2的每个脉冲可以放大种子激光L1的时间部分，其中种子激光L1的时间部分是指位于将SOA电流脉冲施加至SOA 410所处于的特定时间间隔内的种子光的一部分。作为另一示例，如果SOA电流I2包括具有6ns持续时间的20A电流脉冲，则对于每个电流脉冲，种子光L1的相应的6ns时间部分可以被放大，这可能导致发射持续时间约为6ns的光脉冲。
图18示出了供应给种子激光二极管400和SOA 410的电流脉冲之间的示例性时间偏移(Δt)。在特定实施例中，种子激光器电流脉冲I1的上升沿可以从相应的SOA电流脉冲I2的上升沿偏移特定时间间隔Δt。电流脉冲的上升沿之间的Δt的时间偏移可以对应于所得种子激光器光脉冲和SOA光脉冲的上升沿之间的类似的时间偏移。时间偏移Δt可以具有任何合适的值，例如0ns、0.1ns、0.5ns、1ns、2ns或5ns的值。例如，种子和SOA脉冲的上升沿可以大约同时发生，使得时间偏移Δt大约为零。作为另一示例，相对于种子激光器电流脉冲I1的上升沿，SOA电流脉冲I2的上升沿可以在时间上提前或延迟Δt。在图18中，SOA电流脉冲I2的上升沿相对于种子激光器电流脉冲I1的上升沿延迟了Δt(例如，SOA电流脉冲I2的上升沿在种子激光器电流脉冲I1的上升沿之后出现)。可替代地，SOA电流脉冲I2的上升沿可以相对于种子激光器电流脉冲I1的上升沿提前Δt(例如，SOA电流脉冲I2的上升沿可以在种子激光器电流脉冲I1的上升沿之前出现)。
在特定实施例中，种子激光器电流脉冲I1的脉冲持续时间(Δτ1)小于、大于或近似等于相应SOA电流脉冲I2的脉冲持续时间(Δτ2)。例如，两个脉冲持续时间Δτ1和Δτ2可以各自近似等于5ns。在图18的示例中，种子激光器电流脉冲I1可以具有6ns的脉冲持续时间Δτ1，并且相应的SOA电流脉冲I2可以具有5.5ns的较短的脉冲持续时间Δτ2。作为另一示例，种子激光器电流脉冲I1可以具有4ns的脉冲持续时间Δτ1，并且相应的SOA电流脉冲I2可以具有5ns的更长的脉冲持续时间Δτ2。
图19和20各自示出了具有不同光学特性的两个示例性脉冲群。在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可以发射包括光脉冲群的输出光束125。光脉冲群可以被称为脉冲群、脉冲序列或编码的脉冲序列。每个脉冲群可以包括具有特定光学特性的两个或更多个光脉冲。脉冲群的光学特性可以包括以下中的一个或多个：脉冲群中的光脉冲的数量；脉冲群中的一对连续光脉冲之间的时间间隔(例如，t1或t2)；脉冲群中的光脉冲的一个或多个能量；以及脉冲群中的光脉冲的一个或多个波长。
在图19中，脉冲群1和2各自包括四个光脉冲，并且两个脉冲群之间的脉冲能量模式不同。例如，每个脉冲可以具有较高的脉冲能量(例如，1.0μW)或较低的脉冲能量(例如，0.4μW)。在脉冲群1中，第一和第三脉冲具有较高的脉冲能量，并且第二和第四脉冲具有较低的脉冲能量(其对应于高-低-高-低的脉冲能量模式)。在脉冲群2中，第一、第二和第四脉冲具有较高的脉冲能量，并且第三脉冲具有较低的脉冲能量(其对应于高-高-低-高的脉冲能量模式)。
在特定实施例中，由SOA 410发射的光脉冲的脉冲能量可以至少部分地对应于供给至SOA 410的电流的相关联脉冲的幅度或持续时间。由电子驱动器600供给至SOA 410的电流脉冲的幅度或持续时间可以被选择以使得相应的发射光脉冲具有特定的脉冲能量。具有较大幅度或较长持续时间的电流脉冲可能导致产生较高能量的光脉冲。例如，在图19中，可以通过向SOA 410供应幅度为100A的5ns电流脉冲来产生较低能量的光脉冲，并且可以通过向SOA 410供应具有200A幅度的5ns的电流脉冲来产生较高能量的光脉冲。作为另一示例，图19中的较低能量的光脉冲可以通过向SOA 410供应具有200A幅度的4ns电流脉冲来产生，并且可以通过具有200A幅度的10ns电流脉冲来产生较高能量的光脉冲。可以通过改变供应给SOA 410的电流脉冲的幅度和持续时间两者来调节光脉冲的脉冲能量。例如，在图19中，可以通过向SOA 410供应具有150A幅度的4ns电流脉冲来产生较低能量的光脉冲，并且可以通过具有200A幅度的8ns电流脉冲来产生较高能量的光脉冲。
在图20中，脉冲群3和4各自包括三个光脉冲，并且在两个脉冲群之间，连续光脉冲之间的脉冲间时间间隔t1和t2是不同的。脉冲间时间间隔t1和t2可以各自具有任何合适的值，例如大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns或50ns的值。例如，时间间隔t1可以为大约16ns，并且时间间隔t2可以为大约8ns。可以通过以电流脉冲之间的相应时间间隔向种子激光器400或SOA 410供应电流脉冲来选择脉冲群中的光脉冲之间的脉冲间时间间隔。例如，可以通过向SOA 410供应以16ns时间间隔分离的三个电流脉冲来产生脉冲群3，并且可以通过向SOA 410供应以8ns时间间隔分离的三个电流脉冲来产生脉冲群4。
在特定实施例中，可以通过将电流脉冲供应给种子激光二极管400和SOA 410两者来产生脉冲群。可替代地，可以通过将DC电流供应给种子激光二极管400并仅向SOA 410供应电流脉冲来产生脉冲群。在特定实施例中，可以通过向种子激光器400或SOA 410供应相应数量的电流脉冲来选择脉冲群中的光脉冲的数量。例如，脉冲群1和2可以各自通过向SOA410供应四个电流脉冲来产生。类似地，脉冲群3和4可以各自通过向SOA 410供应三个电流脉冲来产生。脉冲群可以包括任何合适数量的光脉冲，例如，2、3、4、5、10或20个光脉冲。在特定实施例中，脉冲群中的光脉冲可以包括具有两个或更多个不同波长的脉冲。例如，类似于图9中所示的光源110可以用于为脉冲群中的每个光脉冲选择两个波长之一。
在图19和20中，对应于连续脉冲群之间的时间的脉冲周期τ可以是任何合适的时间间隔，例如，大约100ns、200ns、500ns、1μs、2μs、5μs或10μs的时间间隔。由光源110发射的每个脉冲群可用于对到远程目标130的距离进行一次测量。例如，到远程目标130的距离可以基于所发射的脉冲群从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返飞行时间来确定。此外，脉冲群的光学特性可以用作签名或标识符，以使得接收到的光信号可以被(i)确定为是与发射脉冲群之一相关联的有效的接收到的光信号，或者(ii)确定为与特定发射脉冲群相关联。
在特定实施例中，激光雷达系统100的接收器140或处理器150可以确定接收到的光信号是否与发射的光信号相关联。例如，光源110可以发射脉冲群，其中每个发射的脉冲群具有一个或多个特定的光学特性。每个脉冲群可以具有相同的光学特性，或者脉冲群可以在两个或更多个不同的光学特性之间交替。接收器140可以检测到接收到的光信号，并且基于接收到的光信号的光学特性是否与发射的脉冲群的相应光学特性之一匹配，接收器140或处理器150可以确定接收到的光信号是否是与发射的脉冲群相关联的有效的接收到的光信号。有效的接收到的光信号可以指的是包括来自脉冲群之一的光的光信号，该脉冲群由光源110发射并且由远程目标130散射。如果接收到的光信号的光学特性与发射的脉冲群的光学特性之一匹配，接收到的光信号可以被确定为有效的接收到的光信号。例如，如果接收到的光信号与发射的脉冲群的特定脉冲能量模式匹配，则可以将接收到的光信号确定为与发射的脉冲群相关联的有效的接收到的光信号。如果接收到的光信号与发射的脉冲群的光学特性不匹配，则可以将接收到的光信号确定为无效或干扰的光信号。无效或干扰的光信号可以包括从激光雷达系统100外部的光源(例如，从其他激光雷达系统)发送的光，并且无效或干扰的光信号可能被激光雷达系统100丢弃或忽略。
在特定实施例中，光源100可以发射第一脉冲群和第二脉冲群，其中第一和第二脉冲群具有一个或多个不同的光学特性。例如，两个脉冲群可以具有不同数量的脉冲、不同的脉冲间时间间隔、不同的脉冲能量模式、不同的波长或其任何合适的组合。在图19的示例中，脉冲群1和脉冲群2具有不同的脉冲能量模式。在图20的示例中，脉冲群3和脉冲群4具有不同的脉冲间时间间隔。第一脉冲群和第二脉冲群的不同光学特性可用于(i)确定接收到的光信号是否是与发射的脉冲群之一相关联的有效的接收到的光信号，或者(ii)确定接收到的光信号是否与发射的脉冲群中的特定脉冲群相关联。如果接收到的光信号具有与发射的脉冲群的光学特性之一匹配的光学特性，则可以将接收到的光信号确定为有效的接收到的光信号。另外地或可替代地，脉冲群(具有两个或更多个不同的光学特性)可以允许激光雷达系统100将接收到的光信号与特定的发射脉冲群相关联。例如，如果接收到的光信号具有与第一脉冲群(而不是第二脉冲群)匹配的光学特性，则可以确定接收到的光信号与第一脉冲群相关联(例如，接收到的光信号包括来自第一脉冲群的散射光)并且不与第二脉冲群相关联。类似地，如果接收到的光信号具有与第二脉冲群匹配的光学特性，则可以确定接收到的光信号与第二脉冲群相关联并且不与第一脉冲群相关联。
图21示出了用于确定从激光雷达系统100到目标130的距离的示例性方法2100。该方法2100可以由具有光源110的激光雷达系统100来实现，该光源110包括种子激光二极管400和半导体光放大器(SOA)410。激光雷达系统100可以是脉冲激光雷达系统，其中所发射的光信号包括一个或多个光脉冲，或者激光雷达系统100可以是调频连续波(FMCW)激光雷达系统，其中所发射的光信号包括调频光。方法2100可以在步骤2110开始，在步骤2110，激光雷达系统100的光源110发射光信号(例如，输出光束125)。发射光信号可以包括：(i)种子激光二极管400产生种子光信号，以及(ii)SOA 410放大种子光信号。所发射的光信号可以包括放大的种子光信号。例如，SOA 410可以发射放大的种子光信号以直接产生所发射的光信号作为输出光束125。可替代地，放大的种子光信号可以由光纤放大器500进一步放大，并且光纤放大器可以发射进一步放大的种子光信号，以产生发射的光信号作为输出光束125。在步骤2120，可以将所发射的光信号引导至激光雷达系统100的能视域中。例如，包括一个或多个扫描镜的扫描仪120可以在能视域上扫描发射的光信号。在步骤2130，可以检测由与激光雷达系统相距一定距离的目标130散射的所发射的光信号的一部分。例如，包括一个或多个检测器的接收器140可以检测由目标130散射的所发射的光脉冲的一部分。在步骤2140，可以确定从激光雷达系统100到目标130的距离，在此处方法2100可以结束。例如，处理器或控制器150可以至少部分地基于所发射的光信号的至少一部分从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间来确定距离D。距离D可以由表达式D＝c·T/2确定，其中c是光速，以及T是往返时间。
以下段落描述了具有包括种子激光二极管400和SOA 410的光源110的激光雷达系统100的各种示例性实施例。
一种激光雷达系统，包括：被配置为发射光信号的光源，所述光源包括：被配置为产生种子光信号的种子激光二极管；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号以产生放大的种子光信号，其中，所发射的光信号包括放大的种子光信号；扫描仪，被配置为将所发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域中；接收器，被配置为检测由与激光雷达系统相距一定距离的目标散射的所发射的光信号的一部分；以及处理器，其被配置为至少部分地基于所发射的光信号的至少一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的距离。
激光雷达系统，其中，所发射的光信号具有在1500nm和1510nm之间的波长。
激光雷达系统，其中，所发射的光信号具有在1000nm和1100nm之间的波长。
激光雷达系统，其中，光源进一步包括一个或多个耦合透镜，其中，种子激光二极管和SOA是单独的装置，并且种子光信号是通过一个或多个耦合透镜耦合到SOA的波导的自由空间光束。
激光雷达系统，其中，光源进一步包括滤光片，该滤光片被配置为透射放大的种子光信号并阻挡由SOA产生的放大的自发发射(ASE)光。
激光雷达系统，其中，SOA包括输入端、输出端和从输入端延伸到输出端的波导，其中SOA波导相对于输入端和输出端成角度。
激光雷达系统，其中，所述SOA被配置为以大于20dB的光学增益来放大种子光信号。
激光雷达系统，其中，放大的种子光信号是具有单模横向光束剖面的自由空间光束。
激光雷达系统，其中，所述光源还包括位于所述SOA的输出端处或附近的光栅，其中，所述光栅被配置为：透射放大的种子光信号的基本光学模式；以及有角度地偏转所放大的种子光信号的一个或多个高阶横向光学模式。
激光雷达系统，还包括电子驱动器，该电子驱动器被配置为向种子激光二极管供应电流并且向SOA供应电流，其中该电子驱动器通过包括一个或多个焊料凸块或一个或多个通孔的电连接耦合至SOA。
激光雷达系统，其中，电连接具有小于10纳亨(nH)的电感。
激光雷达系统，还包括电子驱动器，该电子驱动器被配置为向种子激光二极管供应电流并且向SOA供应电流，其中：供应给SOA的电流包括电流脉冲，每个电流脉冲对应于由SOA发射的光脉冲；并且所述SOA还被配置为在两个连续的电流脉冲之间的时间段期间光学地吸收种子激光。
激光雷达系统，其中被配置为在两个连续的电流脉冲之间的时间段期间光学地吸收种子激光的SOA对应于具有大于40dB的时间消光比(TER)的由SOA发射的光脉冲。
激光雷达系统，其中，所述光源还包括光纤放大器，所述光纤放大器包括：被配置为产生泵浦激光的一个或多个泵浦激光二极管；以及光学增益光纤，其被配置为通过该光学增益光纤的增益材料吸收泵浦激光的至少一部分，并且在放大的种子光信号沿着光学增益光纤传播时由增益材料进一步放大所述放大的种子光信号。
激光雷达系统，其中，增益光纤是包括纤芯、内包层和一个或多个附加包层的多包层增益光纤，其中，纤芯被配置为引导放大的种子光信号，以及内包层被配置为引导泵浦激光。
激光雷达系统，其中：种子激光二极管是第一种子激光二极管，并且种子光信号是第一种子光信号；SOA是第一SOA，并且放大的种子光信号是第一放大的种子光信号；第一放大的种子光信号包括具有第一偏振的光；并且所述光源还包括：第二种子激光二极管，被配置为产生第二种子光信号；第二SOA，被配置为放大第二种子光信号以产生具有与第一偏振正交的第二偏振的第二放大的种子光信号；以及偏振组合器，被配置为组合第一和第二放大的种子光信号，以产生包括具有第一偏振和第二偏振的光的组合光信号，其中，所发射的光信号包括组合光信号。
激光雷达系统，其中，激光雷达系统是车辆的一部分，车辆包括高级驾驶员辅助系统(ADAS)，ADAS被配置为辅助车辆驾驶员操作车辆，其中，激光雷达系统被配置为向ADAS提供有关车辆的周围环境的信息。
激光雷达系统，其中，激光雷达系统是包括自动驾驶车辆驱动系统的自动驾驶车辆的一部分，该自动驾驶车辆驱动系统被配置为将自动驾驶车辆通过周围环境朝目的地引导，其中，激光雷达系统被配置为向自动驾驶车辆驱动系统提供有关周围环境的信息。
一种激光雷达系统，包括：被配置为发射光信号的光源，该光源包括：被配置为产生种子光信号的种子激光二极管；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号以产生发射的光信号；扫描仪，被配置为将所发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域中；接收器，被配置为检测由与激光雷达系统相距一定距离的目标散射的所发射的光信号的一部分；以及处理器，被配置为至少部分地基于所发射的光信号从激光雷达系统行进至目标并返回激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。
一种激光雷达系统，包括：被配置为发射光信号的光源，所述光源包括：被配置为产生种子光信号的种子激光二极管；半导体光放大器(SOA)，被配置为放大种子光信号以产生放大的种子光信号；以及光纤放大器，被配置为进一步放大所放大的种子光信号以产生发射的光信号；扫描仪，被配置为将所发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域中；接收器，被配置为检测由与激光雷达系统相距一定距离的目标散射的所发射的光信号的一部分；以及处理器，被配置为至少部分地基于所发射的光信号从激光雷达系统行进到目标并返回激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。
图22示出了示例性计算机系统2200。在特定实施例中，一个或多个计算机系统2200可以执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。在特定实施例中，一个或多个计算机系统2200可以提供本文描述或示出的功能。在特定实施例中，在一个或多个计算机系统2200上运行的软件可以执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤，或者可以提供本文描述或示出的功能。特定实施例可以包括一个或多个计算机系统2200的一个或多个部分。在特定实施例中，计算机系统可以被称为处理器、控制器、计算装置、计算系统、计算机、通用计算机、或数据处理设备。在本文中，在适当的情况下，对计算机系统的引用可以包括一个或多个计算机系统。
计算机系统2200可以采取任何合适的物理形式。作为示例，计算机系统2200可以是嵌入式计算机系统、片上系统(SOC)、单板计算机系统(SBC)、台式计算机系统、膝上型或笔记本计算机系统、大型机、计算机系统的网络、服务器、平板计算机系统、或这些中的两个或更多个的任何合适的组合。作为另一示例，计算机系统2200的全部或一部分可以与各种装置组合、耦合或集成到各种装置中，装置包括但不限于照相机、便携式摄像机、个人数字助理(PDA)、移动电话、智能手机、电子阅读装置(例如电子阅读器)、游戏机、智能手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机显示器、车辆显示器(例如，里程表显示器或仪表板显示器)、车辆导航系统、激光雷达系统、ADAS、自动驾驶车辆、自动驾驶车辆驱动系统、驾驶舱控制器、照相机视图显示器(例如，车辆中后视照相机的显示器)、眼镜、或头戴式显示器。在适当的情况下，计算机系统2200可以包括一个或多个计算机系统2200；单一的或分布式的；跨越多个位置；跨多台机器；跨多个数据中心；或驻留在云中，该云可以包括一个或多个网络中的一个或多个云组件。在适当的情况下，一个或多个计算机系统2200可以在没有实质性的空间或时间限制的情况下执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。作为示例，一个或多个计算机系统2200可以实时地或以批处理模式执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。一个或多个计算机系统2200可以在适当的情况下在不同的时间或在不同的位置执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。
如在图22的示例中所示，计算机系统2200可以包括处理器2210、存储器2220、存储装置2230、输入/输出(I/O)接口2240、通信接口2250或总线2260。计算机系统2200可以包括任何合适布置中的任何合适数量的任何合适组件。
在特定实施例中，处理器2210可以包括用于执行诸如构成计算机程序的那些的指令的硬件。作为示例，为了执行指令，处理器2210可以从内部寄存器、内部高速缓存、存储器2220或存储装置2230中检索(或获取)指令；解码并执行它们；然后将一个或多个结果写入内部寄存器、内部高速缓存、存储器2220或存储装置2230。在特定实施例中，处理器2210可包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部高速缓存。在适当的情况下，处理器2210可以包括任何合适数量的任何合适的内部高速缓存。作为示例，处理器2210可以包括一个或多个指令高速缓存、一个或多个数据高速缓存或一个或多个转译后备缓冲器(TLB)。指令高速缓存中的指令可以是存储器2220或存储装置2230中的指令的副本，并且指令高速缓存可以加速处理器2210对那些指令的检索。数据高速缓存中的数据可以是存储器2220或存储装置2230中用于指令的数据的副本，指令在处理器2210处执行以进行操作；在处理器2210处执行的先前指令的结果，以供在处理器2210处执行的后续指令进行访问或写入存储器2220或存储装置2230；或其他合适的数据。数据高速缓存可以加速处理器2210的读取或写入操作。TLB可以加速处理器2210的虚拟地址转换。在特定实施例中，处理器2210可以包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部寄存器。在适当的情况下，处理器2210可包括任何合适数量的任何合适的内部寄存器。在适当的情况下，处理器2210可以包括一个或多个算术逻辑单元(ALU)；可以是多核处理器；或可以包括一个或多个处理器2210。
在特定实施例中，存储器2220可以包括主存储器，该主存储器用于存储供处理器2210执行的指令或供处理器2210对其进行操作的数据。作为示例，计算机系统2200可以将指令从存储装置2230或另一源(例如，另一计算机系统2200)加载到存储器2220。处理器2210然后可以将指令从存储器2220加载到内部寄存器或内部高速缓存。为了执行指令，处理器2210可以从内部寄存器或内部高速缓存检索指令并对其进行解码。在指令执行期间或之后，处理器2210可以将一个或多个结果(可以是中间或最终结果)写入内部寄存器或内部高速缓存。然后，处理器2210可以将那些结果中的一个或多个写入存储器2220。一个或多个存储器总线(可以各自包括地址总线和数据总线)可以将处理器2210耦合到存储器2220。总线2260可以包括一个或多个存储器总线。在特定实施例中，一个或多个存储器管理单元(MMU)可驻留在处理器2210与存储器2220之间，并促进对由处理器2210所请求的存储器2220的访问。在特定实施例中，存储器2220可包括随机存取存储器(RAM)。在适当的情况下，该RAM可以是易失性存储器。在适当的情况下，该RAM可以是动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM)。在适当的情况下，存储器2220可包括一个或多个存储器2220。
在特定实施例中，存储装置2230可以包括用于数据或指令的大容量存储装置。作为示例，存储装置2230可以包括硬盘驱动器(HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(USB)驱动器或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储装置2230可以包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在适当的情况下，存储装置2230可以在计算机系统2200的内部或外部。在特定实施例中，存储装置2230可以是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储装置2230可以包括只读存储器(ROM)。在适当的情况下，该ROM可以是掩模ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦PROM(EPROM)、电可擦PROM(EEPROM)、闪存、或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储装置2230可包括一个或多个存储控制单元，以促进处理器2210与存储装置2230之间的通信。在适当的情况下，存储装置2230可以包括一个或多个存储装置2230。
在特定实施例中，I/O接口2240可以包括硬件、软件或两者，其提供用于在计算机系统2200与一个或多个I/O装置之间进行通信的一个或多个接口。在适当的情况下，计算机系统2200可以包括这些I/O装置中的一个或多个。这些I/O装置中的一个或多个可以实现人与计算机系统2200之间的通信。作为示例，I/O装置可以包括键盘、小键盘、麦克风、监视器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、照相机、触控笔、平板电脑、触摸屏、轨迹球、另一个合适的I/O装置、或这些中的两个或更多个的任何合适组合。I/O装置可以包括一个或多个传感器。在适当的情况下，I/O接口2240可以包括一个或多个装置或软件驱动器，其使得处理器2210能够驱动这些I/O装置中的一个或多个。在适当的情况下，I/O接口2240可以包括一个或多个I/O接口2240。
在特定实施例中，通信接口2250可以包括硬件、软件或两者，其提供用于在计算机系统2200与一个或多个其他计算机系统2200或一个或多个网络之间的通信(例如，基于分组的通信)的一个或多个接口。作为示例，通信接口2250可以包括用于与以太网或其他基于有线的网络或无线NIC(WNIC)进行通信的网络接口控制器(NIC)或网络适配器；用于与诸如WI-FI网络之类的无线网络通信的无线适配器；或用于使用光纤通信或自由空间光通信进行通信的光发射器(例如激光器或发光二极管)或光接收器(例如光电检测器)。计算机系统2200可以与自组织网络、个人局域网(PAN)、车载网络(IVN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、或互联网的一个或多个部分或这些中的两个或更多个的组合通信。这些网络中的一个或多个的一个或多个部分可以是有线或无线的。作为示例，计算机系统2200可以与无线PAN(WPAN)(例如蓝牙WPAN)、WI-FI网络、微波存取全球互通(WiMAX)网络、蜂窝电话网络(例如全球移动通信系统(GSM)网络)或其他合适的无线网络、或这些中的两个或更多个的组合通信。作为另一示例，计算机系统2200可以使用基于100吉比特以太网(100GbE)、10吉比特以太网(10GbE)或同步光网络(SONET)的光纤通信进行通信。在适当的情况下，计算机系统2200可以包括用于这些网络中的任何一个的任何合适的通信接口2250。在适当的情况下，通信接口2250可以包括一个或多个通信接口2250。
在特定实施例中，总线2260可以包括硬件、软件或计算机系统2200的彼此耦合的组件。作为示例，总线2260可以包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、控制器局域网(CAN)总线、增强型工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HYPERTRANSPORT)(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无线带宽(INFINIBAND)互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微通道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCIe)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会本地总线(VLB)或另一种合适的总线、或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，总线2260可以包括一个或多个总线2260。
在特定实施例中，结合本文公开的实施方式描述的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或硬件和软件的任何合适的组合。在特定实施例中，计算机软件(其可以被称为软件、计算机可执行代码、计算机代码、计算机程序、计算机指令或指令)可以用于执行本文描述或示出的各种功能，并且计算机软件可以被配置为由计算机系统2200的操作执行或控制计算机系统2200的操作。作为示例，计算机软件可以包括被配置为由处理器2210执行的指令。在特定实施例中，由于硬件和软件的互换性，各种示意性逻辑块、模块、电路或算法步骤已经总体上根据功能进行了描述。这种功能是以硬件、软件还是硬件和软件的组合来实现可能取决于对整个系统施加的特定的应用程序或设计约束。
在特定实施例中，计算装置可以用于实现本文公开的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤。作为示例，本文公开的模块、电路、系统、方法或算法的全部或一部分可以由通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA、任何其他合适的可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何合适的组合实现或执行。通用处理器可以是微处理器，或者是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算装置的组合(例如，DSP和微处理器的组合)、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。
在特定实施例中，本文描述的主题的一个或多个实施方式可以被实现为一个或多个计算机程序(例如，在计算机可读非暂时性存储介质上编码或存储的计算机程序指令的一个或多个模块)。作为示例，本文公开的方法或算法的步骤可以在可以驻留在计算机可读非暂时性存储介质上的处理器可执行的软件模块中实现。在特定实施例中，计算机可读非暂时性存储介质可以包括可以用于存储或传输计算机软件并且可以由计算机系统访问的任何合适的存储介质。在适当的情况下，在此，计算机可读非暂时性存储介质或媒介可以包括一个或多个基于半导体的或其他集成电路(IC)(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用IC(ASIC))、硬盘驱动器(HDD)、混合硬盘驱动器(HHD)、光碟(例如、光盘(CD)、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘或激光光盘)、光盘驱动器(ODD)、磁光盘、磁光驱动器、软盘、软盘驱动器(FDD)、磁带、闪存、固态驱动器(SSD)、RAM、RAM驱动器、ROM、安全数字卡或驱动器、任何其他合适的计算机可读非暂时性存储介质、或这些中的两个或更多个的任何合适的组合。在适当的情况下，计算机可读非暂时性存储介质可以是易失性、非易失性、或易失性和非易失性的组合。
在特定实施例中，本文在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合和实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地在多个实施方式中或以任何合适的子组合来实现。而且，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初是这样要求保护的，但是在某些情况下，可以从该组合中切除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且可以将所要求保护的组合指向子组合或子组合的变型。
尽管操作可以在附图中被描绘为以特定顺序发生，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或以先后顺序执行这样的操作，或者执行所有操作。此外，附图可以以流程图或顺序图的形式示意性地描绘一个或多个示例性过程或方法。然而，未描绘的其他操作可以合并在示意性示出的示例性过程或方法中。例如，可以在任何所示操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个附加操作。此外，在适当的情况下，可以重复图中描绘的一个或多个操作。另外，可以以任何合适的顺序来执行图中描绘的操作。此外，尽管本文中将特定组件、装置或系统描述为执行特定操作，但是可以使用任何合适的组件、装置或系统的任何合适的组合来执行任何合适的操作或操作的组合。在某些情况下，可以执行多任务或并行处理操作。此外，在此描述的实施方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应当理解的是，所描述的程序组件和系统可以一起集成在单个软件产品中或打包成多个软件产品。
已经结合附图描述了各种实施例。然而，应当理解，附图不一定按比例绘制。作为示例，附图中描绘的距离或角度是说明性的，并且不一定与所示出的装置的实际尺寸或布局具有确切的关系。
本公开的范围涵盖本领域普通技术人员将理解的对本文描述或示出的示例性实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。本公开的范围不限于本文描述或示出的示例性实施例。此外，尽管本公开将本文的各个实施例描述或示出为包括特定的组件、元件、功能、操作或步骤，但是这些实施例中的任何一个可以包括本领域普通技术人员将理解的在本文中任何地方描述或示出的组件、元件、功能、操作或步骤的任何组合或任一个的置换。
本文所使用的术语“或”将被解释为包括性的或意指任何一个或任何组合，除非另外明确指出或通过上下文另外指出。因此，在本文中，表述“A或B”表示“A、B或A和B两者”。作为另一示例，本文中的“A、B或C”表示以下中至少之一：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C。如果元件、装置、步骤或操作的组合以某种方式固有地互斥，则会出现该定义的例外。
如本文所使用的，近似词，诸如但不限于，“大约”、“基本上”或“约”，是指这样的条件：当这样修改时，理解为不一定是绝对的或完美的，而是将被认为足够接近本领域普通技术人员保证将条件指定为存在的条件。说明书可以变化的程度将取决于可以进行多大的改变，并且本领域的普通技术人员仍然可以将修改的特征识别为具有未修改的特征所需的特性或能力。一般而言，但以前面的讨论为准，此处通过近似词(例如“大约”)修饰的数值可能与设定值相差±0.5％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±10％、±12％或±15％。
如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”、“第三”等可以用作它们之前的名词的标签，并且这些术语不一定暗示着特定的顺序(例如，特定的空间、时间或逻辑顺序)。作为示例，可以将系统描述为确定“第一结果”和“第二结果”，并且术语“第一”和“第二”可能不一定暗示在第二结果之前确定第一结果。
如本文所使用的，术语“基于”和“至少部分地基于”可用于描述或呈现影响确定的一个或多个因素，并且这些术语可能不排除可能影响确定的其他因素。确定可以仅基于所呈现的那些因素，或者可以至少部分地基于那些因素。短语“基于B确定A”表示B是影响A的确定的因素。在某些情况下，其他因素也可能有助于A的确定。在其他情况下，可以仅基于B确定A。

Claims (30)

1.一种激光雷达系统，包括：
被配置为发射光信号的光源，所述光源包括：
种子激光二极管，被配置为产生种子光信号；以及
半导体光放大器(SOA)，被配置为放大所述种子光信号以产生放大的种子光信号，其中，所发射的光信号包括所述放大的种子光信号；
扫描仪，被配置为将所发射的光信号引导到所述激光雷达系统的能视域中；
接收器，被配置为检测由与所述激光雷达系统相距一定距离的目标散射的所发射的光信号的一部分；以及
处理器，被配置为至少部分地基于所发射的光信号的至少一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的距离。
2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括电子驱动器，所述电子驱动器被配置为将电流供应给所述种子激光二极管并且将电流供应给所述SOA。
3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中，供应给所述SOA的电流包括：
直流(DC)偏置电流，其中所述直流偏置电流小于或等于所述SOA产生特定量的放大的自发发射光的电流阈值；以及
电流脉冲，被配置为针对所述种子光信号在所述SOA中提供光放大，其中所发射的光信号包括光脉冲，并且每个电流脉冲对应于由所述光源发射的光脉冲之一。
4.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中：
供应给所述种子激光二极管的电流包括电流脉冲，其中所述种子光信号包括种子光脉冲，其中每个种子光脉冲由相应的种子激光器电流脉冲产生；
供应给所述SOA的电流包括电流脉冲，其中每个SOA电流脉冲被配置为放大相应的种子光脉冲以产生所发射的光脉冲；以及
所述电子驱动器被配置为同步地供应所述种子激光器电流脉冲和所述SOA电流脉冲，其中，所述种子激光器电流脉冲的频率大约等于所述SOA电流脉冲的频率。
5.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其中，每个种子激光器电流脉冲的上升沿从相应的SOA电流脉冲的上升沿偏移特定的时间间隔。
6.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中：
供应给所述种子激光二极管的电流包括直流(DC)偏置电流，其中所述种子光信号包括具有基本恒定的光功率的光；以及
供应给所述SOA的电流包括电流脉冲，其中每个SOA电流脉冲被配置为放大所述种子光信号的一部分以产生所发射的光脉冲。
7.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中：
供应给所述SOA的电流包括供应给所述SOA的阳极或阴极的电流脉冲；以及
所述电子驱动器还被配置为在两个连续的电流脉冲之间的时间段期间将所述阳极电耦合至所述阴极，以使得所述SOA的光吸收在所述时间段期间增加。
8.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中，所述电子驱动器被配置为经由(i)所述电子驱动器与所述SOA的阳极之间的第一低电感电连接以及(ii)所述电子驱动器与所述SOA的阴极之间的第二低电感电连接向所述SOA供应电流。
9.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中，所述SOA的阳极或阴极直接连接至所述电子驱动器。
10.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中：
将所发射的光信号引导到所述激光雷达系统的能视域中包括在所述能视域上将所发射的光信号扫描为一系列扫描线；以及
所述电子驱动器还被配置为在一条扫描线的末端与随后的扫描线的起点之间的一部分时间期间禁用所述SOA，其中，禁用所述SOA包括减少供应给所述SOA的电流。
11.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中：
所述光源还包括：
电子驱动器，被配置为向所述种子激光二极管和所述SOA供应电流；以及
一个或多个透镜，被配置为将所述放大的种子光信号经由光纤的输入部分耦合到所述光纤中；以及
所述种子激光二极管、所述SOA、所述电子驱动器、所述一个或多个透镜以及所述光纤的输入部分设置在外壳内。
12.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其中，所述光纤包括在透镜处终止的输出部分，所述透镜被配置为产生所发射的光信号作为被引导到所述扫描仪的准直的自由空间光束。
13.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其中，所述光纤耦合到光纤放大器，所述光纤放大器被配置为从所述光纤接收所述放大的种子光信号，并且进一步放大所述放大的种子光信号以产生所发射的光信号。
14.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中：
所述光源还包括：
电子驱动器，被配置为向所述种子激光二极管和所述SOA供应电流；以及
一个或多个准直透镜，被配置为收集所述放大的种子光信号并产生所发射的光信号作为被引导到所述扫描仪的准直的自由空间光束；以及
所述种子激光二极管、所述SOA、所述电子驱动器和所述准直透镜设置在外壳内。
15.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括热耦合至所述种子激光二极管和所述SOA的热电冷却器(TEC)，其中，所述TEC被配置为(i)稳定与所述种子激光二极管或所述SOA相关联的温度或(ii)移除由所述种子激光二极管或所述SOA产生的热量。
16.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述种子激光二极管和所述SOA被集成在一起并且被设置在单个芯片或衬底上或之中。
17.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述SOA包括输入端、输出端以及从所述输入端延伸到所述输出端的波导，其中，所述SOA被配置为：
在所述输入端处接收所述种子光信号；
当所述种子光信号沿着SOA波导从所述输入端传播到所述输出端时，放大所述种子光信号；以及
从所述输出端发射所述放大的种子光信号。
18.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述SOA包括设置在所述SOA的输入端和输出端之间的锥形波导，其中，所述锥形波导的宽度从所述输入端向所述输出端增大，并且所述放大的种子光信号从所述输出端发射。
19.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述光源还包括直接耦合到所述SOA的输出端的端盖，其中，所述端盖被配置为：
从所述SOA接收所述放大的种子光信号；以及
通过所述端盖传送所述放大的种子光信号，以使得所述放大的种子光信号以小于从所述SOA接收的所述放大的种子光信号的光强度的光强度从所述端盖发射。
20.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述光源还包括光纤放大器，所述光纤放大器被配置为：
接收由所述SOA产生的放大的种子光信号；
进一步放大所述放大的种子光信号以产生所发射的光信号；以及
将所发射的光信号作为准直的自由空间光束引导到所述扫描仪。
21.根据权利要求20所述的激光雷达系统，其中：
将所发射的光信号引导到所述激光雷达系统的能视域中包括在所述能视域上将所发射的光信号扫描为一系列扫描线；以及
所述处理器还被配置为在一条扫描线的末端与随后的扫描线的起点之间的一部分时间期间禁用所述光纤放大器，其中，禁用所述光纤放大器包括减少供应给所述光纤放大器的一个或多个泵浦激光二极管的电流量。
22.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所发射的光信号包括光脉冲群，所述光脉冲群包括具有特定光学特性的多个光脉冲，所述光学特性包括以下中的一个或多个：光脉冲的数量；一对连续的光脉冲之间的时间间隔；所述光脉冲的一个或多个能量；以及所述光脉冲的一个或多个波长。
23.根据权利要求22所述的激光雷达系统，其中：
所述一对连续的光脉冲之间的时间间隔对应于供应给所述种子激光二极管或所述SOA的相关联的电流脉冲之间的时间间隔；以及
所述光脉冲的脉冲能量至少部分地对应于供应给所述SOA的相关联的电流脉冲的幅度或持续时间。
24.根据权利要求22所述的激光雷达系统，其中，所发射的光信号是第一光脉冲群，并且所述光源还被配置为在所述第一光脉冲群之后发射第二光脉冲群，其中，所述第二光脉冲脉冲群包括具有与所述第一光脉冲群的相应光学特性不同的一个或多个光学特性的多个光脉冲。
25.根据权利要求22所述的激光雷达系统，其中，所述接收器或处理器还被配置为基于接收到的光信号的一个或多个光学特性是否匹配所发射的光信号的相应光学特性来确定所述接收到的光信号是否与所发射的光信号相关联。
26.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述激光雷达系统是脉冲激光雷达系统，其中，所发射的光信号是多个所发射的光脉冲之一，所发射的光脉冲具有：
在900纳米和1700纳米之间的波长；
在0.01μJ和100μJ之间的脉冲能量；
在80kHz和10MHz之间的脉冲重复频率；以及
在1ns和100ns之间的脉冲持续时间。
27.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中：
所述种子激光二极管包括组成GaxIn1-xAsyP1-y的镓(Ga)、铟(In)、砷化物(As)和磷化物(P)，其中x的值是从0.4到0.5并且y的值是从0.7到0.84；以及
所述种子光信号和所发射的光信号具有在1400纳米和1510纳米之间的波长。
28.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述激光雷达系统是调频连续波(FMCW)激光雷达系统，其中，所发射的光信号包括调频光。
29.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述光源被配置为发射多个光信号，每个光信号包括第一波长的光或第二波长的光，其中：
所述种子激光二极管是被配置为产生所述第一波长的种子光的第一种子激光二极管；
所述光源还包括被配置为产生所述第二波长的种子光的第二种子激光二极管；以及
所述SOA被配置为放大所述第一波长和所述第二波长的种子光。
30.一种方法，包括：
由激光雷达系统的光源发射光信号，包括：
由激光雷达系统的光源的种子激光二极管产生种子光信号；以及
由所述光源的半导体光放大器(SOA)对所述种子光信号进行放大，以产生放大的种子光信号，其中，所发射的光信号包括所述放大的种子光信号；
由所述激光雷达系统的扫描仪将所发射的光信号引导到所述激光雷达系统的能视域中；
由所述激光雷达系统的接收器检测由与所述激光雷达系统相距一定距离的目标散射的所发射的光信号的一部分；以及
由所述激光雷达系统的处理器至少部分地基于所发射的光信号的至少一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的距离。
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