CN113594841A - 可调谐激光器、其控制方法及包括该激光器的激光雷达 - Google Patents

可调谐激光器、其控制方法及包括该激光器的激光雷达 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可调谐激光器，包括：激励源，可输出激励；增益单元，所述增益单元位于所述激励源的下游并接收所述激励源的激励以产生受激辐射；第一反射镜和第二反射镜，其中所述第二反射镜为可部分透射的反射镜，其中所述第一反射镜和第二反射镜形成激光谐振腔，所述增益单元位于所述激光谐振腔中，在所述激光谐振腔中形成特定波长的激光振荡，所述激光谐振腔中产生的激光自所述第二反射镜出射，形成出射激光；FP标准具，所述FP标准具设置在所述激光谐振腔中以改变所述出射激光的波长。通过本发明的实施例，实现了激光器输出波长的快速且大范围可调谐，满足了车载激光雷达静态扫描的应用需求。

Description

可调谐激光器、其控制方法及包括该激光器的激光雷达
技术领域
本公开大致涉及光电技术领域，尤其涉及一种可调谐激光器、其控制方法及包括该激光器的激光雷达。
背景技术
激光器作为一种能发射激光的装置在近年来广泛应用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各个领域。其中可调谐激光器是指在一定范围内可以改变激光输出波长的激光器，这种激光器的用途更加广泛，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等。
现有激光器一般由三个部分组成：第一，增益介质。增益介质是激光器中产生受激辐射的物质，并且能实现能级跃迁。目前，激光器的增益介质已有数千种，激光波长由X光远至红外光。第二，激励源。激励源的作用是给增益介质以能量，即将原子由低能级激发到高能级的外界能量。激励源通常有光能源、热能源、电能源、化学能源等。第三，光学谐振腔，其是装在增益介质两端的一对反射率很高的反射镜，其中一个为全反射镜，另一个为部分反射镜。光学谐振腔的作用一是使增益介质的受激辐射连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。
激光器工作时的具体过程为：激励源供给增益介质能量，以使其中处于基态的粒子获得一定能量后被抽运到高能态，形成两个能级上的粒子数布居反转。增益介质产生的特定波长的荧光，或者外部入射的特定波长的种子光，使处于反转分布的增益介质产生受激辐射，产生的受激辐射到达两端的反射镜面时，将被再次反射回增益介质，从而继续诱发新的受激辐射。被进一步放大的受激辐射在谐振腔中来回反射，同时不断地诱发新的受激辐射，使之雪崩似地获得放大产生强烈的激光，并从部分反射镜一端输出。
现在市面上常用的可调谐激光器虽然调谐速度快，但由于其波长通常为连续可调，调谐范围较小，导致发出的激光光束色散后的扫描范围较小，不适用于车载激光雷达。而实现大范围可调谐的激光器一般则需要引入温度调节，由于温度调节速度较慢，无法满足车载激光雷达快速扫描的要求。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
本发明提出一种可调谐激光器，通过在激光器中加入FP标准具，调节FP标准具的不同透射峰和谐振腔的纵模相匹配，实现了激光器波长跳变，解决了现有技术中激光器波长连续可调调谐范围较小，导致激光光束色散后的扫描范围较小而不适用于车载激光雷达的问题。
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提出一种可调谐激光器，包括：
激励源，可输出激励；
增益单元，所述增益单元位于所述激励源的下游并接收所述激励源的激励以产生受激辐射；
第一反射镜和第二反射镜，其中所述第二反射镜为可部分透射的反射镜，其中所述第一反射镜和第二反射镜形成激光谐振腔，所述增益单元位于所述激光谐振腔中，在所述激光谐振腔中形成特定波长的激光振荡，所述激光谐振腔中产生的激光自所述第二反射镜出射，形成出射激光；
FP标准具，所述FP标准具设置在所述激光谐振腔中以调节所述出射激光的波长，
其中所述激光谐振腔具有多个纵模，所述FP标准具具有多个透射峰，所述增益单元配置成可改变所述激光谐振腔的纵模，使得其中一个透射峰与其中一个纵模基本匹配，并可改变建立所述匹配关系的透射峰，从而改变所述出射激光的波长。
根据本发明的一个方面，所述增益单元配置成可通过改变注入所述增益单元的电流以改变所述激光谐振腔的腔长，从而改变所述激光谐振腔的纵模。
根据本发明的一个方面，所述可调谐激光器还包括控制单元，所述控制单元与所述增益单元连接并向所述增益单元注入电流，所述控制单元配置成向所述增益单元注入电流以使得所述激光谐振腔的其中一个纵模与所述FP标准具的其中一个透射峰基本匹配，并且可向所述增益单元注入不同的电流以使得所述FP标准具的不同的透射峰与其中一个纵模基本匹配，从而改变所述出射激光的波长。
根据本发明的一个方面，所述FP标准具相对于所述第一反射镜和第二反射镜的法线倾斜地设置。
根据本发明的一个方面，所述可调谐激光器还包括可调谐滤光片，所述可调谐滤光片设置在所述激光谐振腔中以调节所述出射激光的波长范围。
根据本发明的一个方面，所述激励源包括可产生泵浦光或泵浦电流的泵浦单元，所述可调谐激光器还包括设置在所述增益单元与所述FP标准具之间的准直透镜，以将从所述增益单元出射的光束准直后入射到所述FP标准具。
本发明还提供一种可调谐激光器的控制方法，包括：
通过激励源产生激励；
通过增益单元接收所述激励以产生受激辐射，其中所述增益单元位于激光谐振腔中，所述激光谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，所述第二反射镜为可部分透射的反射镜，在所述激光谐振腔中形成特定波长的激光振荡，所述激光谐振腔中产生的激光自所述第二反射镜出射；
其中所述激光谐振腔具有多个纵模，所述激光谐振腔中设置有FP标准具，所述FP标准具具有多个透射峰；
通过所述增益单元改变所述激光谐振腔的纵模，使得其中一个透射峰与其中一个纵模基本匹配；
通过所述增益单元改变建立所述匹配关系的透射峰，改变所述出射激光的波长。
根据本发明的一个方面，所述改变激光谐振腔的纵模的步骤包括：改变注入所述增益单元的电流以改变所述激光谐振腔的腔长，从而改变所述激光谐振腔的纵模。
根据本发明的一个方面，所述通过增益单元改变建立匹配关系的透射峰以改变出射激光的波长的步骤包括：向所述增益单元注入不同的电流以使得所述FP标准具的不同的透射峰与其中一个纵模基本匹配，从而改变所述出射激光的波长。
根据本发明的一个方面，所述控制方法还包括通过设置在所述激光谐振腔中的可调谐滤光片以调节所述出射激光的波长范围。
根据本发明的一个方面，所述激励源包括可产生泵浦光或泵浦电流的泵浦单元，所述激光谐振腔中还设置有位于所述增益单元与所述FP标准具之间的准直透镜，以将从所述增益单元出射的光束准直后入射到所述FP标准具。
本发明还提供一种激光雷达，包括：
发射单元，所述发射单元包括如上所述的可调谐激光器，配置成发射探测激光束用于探测目标物；
接收单元，所述接收单元配置成可接收所述探测激光束在目标物上反射后的回波，并转换为电信号；
处理单元，所述处理单元与所述接收单元耦接，并根据所述电信号，计算所述目标物与激光雷达的距离。
本发明的实施例通过在激光器中加入FP标准具，建立FP标准具的透射峰和谐振腔纵模的匹配关系，得到基于模式跳变的可调谐激光器，实现了激光波长的快速调谐及大范围调谐，增大了激光器的调谐范围和激光光束扫描范围，满足了车载雷达静态扫描的应用需求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的可调谐激光器的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的激光腔纵模和F-P标准具的透射峰匹配图；
图3示出了根据图1所示的可调谐激光器变型的示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的另一可调谐激光器的示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的可调谐激光器的控制方法的流程图；和
图6示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的框图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明一个实施例的可调谐激光器的示意图。下面将结合图1对所述可调谐激光器100作详细说明。如图所示，所述可调谐激光器100包括激励源1、增益单元2、第一反射镜3、第二反射镜4和FP标准具5。其中所述激励源1配置为可输出激励，其作用是给增益单元2提供能量。激励通常包括光泵浦、电泵浦等，可以提供将增益单元2的原子由低能级激发到高能级的外界能量。所述增益单元2位于所述激励源1的下游并接收所述激励源1的激励(例如光/电激励)以产生受激辐射。所述增益单元2包括激光增益介质，用以实现粒子数翻转，以形成光放大。所述增益单元2中的激光增益介质与所述激光器所产生激光的波长相关。所述激光增益介质可以为砷化镓半导体、I nP基的半导体，中心波长例如为1550nm。
激励源1输出光/电激励供给能量给增益单元2，以使其中处于基态的粒子获得一定能量后被抽运到高能态，形成两个能级上的粒子数布居反转。增益单元2产生的特定波长的荧光或者外部入射的特定波长的种子光，使处于反转分布的增益单元产生受激辐射。所述第一反射镜3和第二反射镜4中的一个为可部分透射的反射镜，其透射比例相对较小，例如在2％-5％之间或者更低。根据本发明的一个优选实施例，其中所述第一反射镜3为全反射镜，即在激光谐振腔内入射到第一反射镜3上的光束被完全反射或者接近全部被反射；所述第二反射镜4为可部分透射的反射镜，透射率例如在2％-5％之间或者更低。所述第一反射镜3和第二反射镜4的反射面彼此相对，从而在其相对的空间内形成激光谐振腔，所述增益单元2位于所述激光谐振腔中，从而所述受激辐射在所述激光谐振腔中形成特定波长的激光振荡，所述激光谐振腔中产生的激光自所述第二反射镜出射，形成出射激光。具体的，产生的受激辐射到达第一反射镜3和第二反射镜4的反射镜面时，将被再次反射回增益单元，从而继续诱发新的受激辐射。被进一步放大的受激辐射在第一反射镜3和第二反射镜4之间形成的激光谐振腔中来回反射，同时不断地诱发新的受激辐射，使之雪崩似地获得放大，产生强烈的激光，所述强烈的激光最后从第二反射镜4的一端输出。所述激光谐振腔可使腔内的光子具有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性，其中形成振荡的激光的波长和谐振腔的长度相关，激光腔纵模是与激光腔长度相关的，用于描述激光频率。理论上激光谐振腔内可以产生无数个等间距频率的光，但由于增益介质只对特定频率的光产生最大增益，其他频率的光被抑制掉，所以激光器一般仅输出一个特定频率的激光。纵模是指频率而言的，也就是说假设激光器第一次选择第一纵模(也就是对应第一个波长λ1)来发射激光，则发出波长λ1的激光。
所述FP标准具5设置在所述激光谐振腔中以调节所述出射激光的波长。优选地，所述可调谐激光器100还包括准直透镜6。如上所述，从增益单元2出射的光束经过准直透镜6准直后入射至FP标准具5，经过FP标准具5透射后到达第二反射镜4并被第二反射镜反射。根据激光谐振的相位匹配条件，对应于特定的激光谐振腔的腔长，只有特定波长的激光才能在激光谐振腔中发生振荡并出射，形成出射激光。由于FP标准具5本身也存在周期性透射峰，因此只有激光谐振腔纵模与FP标准具5的透射峰基本完全匹配时，该模式才能获得最大增益输出。由此可以通过精确调节激光谐振腔的腔长，选择特定波长的激光输出。因此本发明中，FP标准具5相当于在激光谐振腔中又加入了一个频率(波长)选择的器件，FP标准具的透过率随频率(波长)呈周期性变化，在一定频率(波长)范围内具有多个透射峰，激光谐振腔中通常具有多个纵模，本发明中，增益单元2配置成可改变所述激光谐振腔的纵模(即改变纵模对应的频率)，使得其中一个透射峰与其中一个纵模基本匹配，并且通过改变建立所述匹配关系的透射峰，从而改变所述出射激光的频率波长，实现波长跳变。下面参考图2描述。
图2示出了根据本发明一个实施例的激光腔纵模和FP标准具的频率匹配图。如图所示，其中横坐标代表频率，纵坐标代表幅度大小，曲线W1代表激光谐振腔的纵模，曲线W2代表FP标准具的透射曲线。如图2所示，激光谐振腔具有多个纵模，例如是周期性的，FP标准具同样具有多个透射峰，也可以是周期性的。激光谐振腔纵模和FP标准具的透射峰重合时，其对应的频率也就是最后可以通过第二反射镜4发射出去的激光的频率，由此可知出射激光的波长。根据本发明的实施例，FP标准具的规格确定后，其在频谱上的透射峰即是确定的，而激光谐振腔的多个纵模则是可以在频谱上左右移动的，例如通过腔长的调节，而谐振腔腔长的调节例如可以通过增益单元2来实现，下文将具体描述。
第一时刻参见图2中第一幅图，其中，频率为20GHz的激光谐振腔纵模和F-P标准具的透射峰出现(中心)重合，此频率下的激光波长λ1被输出；需要说明的是，上图中是在中心波长(例如1550nm)的基础上进行的纵模选择，中心波长例如对应上图中的0GHz，根据波长频率关系C＝λf，该式中C为光速，f为输出激光频率，λ为输出激光波长，即可获得此时的激光波长λ1。第二时刻参见图2中第二幅图，增益单元2改变了激光谐振腔纵模，导致曲线W1左移，曲线W2保持不变，频率为40GHz的激光腔纵模和F-P标准具的透射峰重合，此频率下的激光波长λ2被输出；第二时刻参见图2中第三幅图，增益单元2继续改变激光谐振腔的纵模，使得曲线W1继续左移，曲线W2继续保持不变，频率为60GHz的激光谐振腔纵模和F-P标准具重合，此频率下的激光波长λ3被输出。由此可见，从第一时刻到第三时刻的整个过程实现了激光器发射的激光从波长λ1到波长λ2再到波长λ3的跳变调谐。传统的波长连续调谐对应地频率只在一个模式附近微小变动，而本发明模式的跳变则带来大范围地频率(波长)变化，上图示意性的示出了模式跳变，实际应用中跳模范围可以为0至1THz。
图3示出了根据图1所示的可调谐激光器变型的示意图。如图3所示，与图1示出的可调谐激光器100相比，所述可调谐激光器101除了包括可调谐激光器100的各个部件之外还包括控制单元7，所述控制单元7与所述增益单元2连接并向所述增益单元2注入电流，激光谐振腔的腔长可以通过注入增益单元2的电流改变，使得所述激光谐振腔的其中一个纵模与所述FP标准具的其中一个透射峰基本匹配。因此，本实施例中，控制单元7向增益单元2注入电流以使得激光谐振腔的其中一个纵模与所述FP标准具的其中一个透射峰基本匹配，并且可向所述增益单元注入不同的电流以使得所述FP标准具的不同的透射峰与其中一个纵模基本匹配，从而改变所述出射激光的波长。
由上可知，通过精确匹配激光谐振腔的纵模与FP标准具5的透射峰，可以在特定波长范围内实现离散的可调谐激光，其中所述激光谐振腔的纵模发生变化时，输出的激光波长也会因此发生变化。通过改变所述控制单元7对增益单元2的注入电流，可以改变所述激光谐振腔的腔长，从而改变所述激光谐振腔的纵模。具体地，根据需要对增益单元2改变很小的注入电流，使激光谐振腔的纵模在图2中产生微小的平移，从而改变与激光器谐振腔模匹配的FP标准具5的透射峰，即可使激光器的输出波长产生间隔为FP标准具的自由光谱区整数倍的变化。对于FP标准具5，其自由光谱区可以很容易达到100GHz，因此利用FP标准具5，可以在很小的电流改变范围内实现调谐范围为几纳米的激光器，且激光器的输出波长可以实现离散变化。与传统的利用电流注入实现波长变化的激光器相比，本发明的实施例可以有效提高激光器的可调谐范围。而与利用部件(温度调节)实现可调谐的激光器相比，本发明的实施例通过改变激光器的注入电流进行波长调谐，可以实现快速且数字控制的波长改变，因此非常适用于需要大视场较高频率扫描的激光雷达系统。
另外优选的，如图1和图3所示，所述可调谐激光器100和101中的FP标准具5相对于第一反射镜3和第二反射镜4的法线倾斜地设置。所述FP标准具5需要利用透射峰对激光谐振腔内的模式进行选择，为避免第一反射镜3、第二反射镜4与FP标准具5的端面形成额外的谐振腔而导致对波长调谐造成干扰，将FP标准具5设置成与第一反射镜3和第二反射镜4不平行，即相对于所述第一反射镜3和第二反射镜4的法线倾斜，倾斜的角度根据波长调谐的需要进行调节。
图4示出了根据本发明一个实施例的另一可调谐激光器的示意图。如图所示，与图1示出的可调谐激光器100的结构相比，所述可调谐激光器200还包括可调谐滤光片8，所述可调谐滤光片8设置在所述激光谐振腔中以调节所述出射激光的波长范围，其可以进行快速切换，进一步增加激光器的调谐范围。优选地，可调谐滤光片8位于FP标准具5与所述第二反射镜4之间。
根据本发明的一个方面，所述可调谐激光器100或101的激励源1包括可产生泵浦光的泵浦单元。其中所述泵浦单元例如为泵浦半导体激光二极管，其可以产生泵浦光并入射到增益单元2中以使增益单元2内的激光增益介质实现粒子数翻转。增益单元产生的特定波长的荧光，或者外部入射的特定波长的种子光，使处于反转分布的增益介质产生受激辐射，激光得以雪崩似的放大与增强。除此之外，如上所述的通过注入电流至半导体激光器芯片也可以实现对增益单元2的激励。
图5示出了根据本发明一个实施例的可调谐激光器的控制方法的流程图。所述控制方法500可用于控制以上所述可调谐激光器100、可调谐激光器101和可调谐激光器200以调节其输出激光的波长使其实现离散变化，如图所示，所述控制方法500的步骤包括：
在步骤S501：通过激励源产生激励。所述激励源包括光泵浦、电泵浦等，如图1所示的，激励源1产生并输出激励供给增益单元2能量。
在步骤S502：通过增益单元接收所述激励以产生受激辐射，其中所述增益单元位于激光谐振腔中，所述激光谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，所述第二反射镜为可部分透射的反射镜，在所述激光谐振腔中形成特定波长的激光振荡，所述激光谐振腔中产生的激光自所述第二反射镜出射，激光谐振腔具有多个纵模，所述激光谐振腔中设置有FP标准具，所述FP标准具具有多个透射峰。其中第一反射镜和第二反射镜在其相对的空间内形成激光谐振腔，设置在其中且接收到光/电激励的增益单元中处于基态的粒子获得一定能量后被抽运到高能态，形成两个能级上的粒子数布居反转。增益单元产生的特定波长的荧光，或者外部入射的特定波长的种子光，使处于反转分布的增益单元产生受激辐射。
在步骤S503：通过所述增益单元改变所述激光谐振腔的纵模，使得其中一个透射峰与其中一个纵模基本匹配。当一个透射峰与其中一个纵模基本匹配时，该透射峰对应的频率的激光将出射。如上所述，根据激光谐振的相位匹配条件，对特定的激光器腔长，只有特定波长的激光才能出射。即当FP标准具本身的周期性透射峰与激光腔纵模完全匹配时，经过匹配的激光波长由部分反射镜的那一端出射，该模式获得最大增益输出。
在步骤S504：通过所述增益单元改变建立所述匹配关系的透射峰，改变所述出射激光的波长。通过改变形成所述匹配关系的透射峰，即在步骤S504中与激光谐振腔中纵模匹配的透射峰与步骤S503中与激光谐振腔中纵模匹配的透射峰不同，进而可改变出射激光的频率(波长)，从而实现输出激光波长的跳变。
如上所述的控制方法还包括：改变注入所述增益单元的电流以改变所述激光谐振腔的腔长，从而改变所述激光谐振腔的纵模。由此可以通过控制增益单元的注入电流精确调节激光器腔长，根据激光谐振腔的纵模与FP标准具周期性透射峰的匹配，选择对特定波长的激光输出。
如上所述的控制方法，其中所述通过增益单元改变建立匹配关系的透射峰以改变出射激光的波长的步骤包括：向所述增益单元注入不同的电流以使得所述FP标准具的不同的透射峰与其中一个纵模基本匹配，从而改变所述出射激光的波长。
如上所述的控制方法还包括：通过设置在所述激光谐振腔中的可调谐滤光片以调节所述出射激光的波长范围。所述可调谐滤光片可以进行快速切换，进一步增加激光器的调谐范围。
如上所述的控制方法，其中所述激励源包括可产生泵浦光或泵浦电流的泵浦单元。如上所述，所述泵浦单元使增益单元内的激光增益介质实现粒子数翻转，产生受激辐射。
本发明还涉及一种激光雷达，具体地，图6示出了根据本发明一个实施例的激光雷达600的框图。如图所示，所述激光雷达600包括发射单元610、接收单元620和处理单元630。其中所述发射单元610包括一个或多个如上所述的可调谐激光器100、可调谐激光器101或可调谐激光器200，配置成发射探测激光束用于探测目标物OB。所述接收单元620配置成可接收所述探测激光束在目标物OB上反射后的回波，并转换为电信号。所述处理单元630与所述接收单元620耦接，并根据所述电信号，计算所述目标物OB和激光雷达600的距离。所述激光雷达600在工作时，其发射单元610内部的可调谐激光器100、可调谐激光器101或可调谐激光器200向周围环境发射激光束L1，其中所述激光束L1的波长可通过改变增益单元2的注入电流而改变，以此实现波长可调谐。需要调整的波长可以根据激光雷达600预设的扫描范围与分辨率反向地计算得出。所述射出的激光束L1投射在目标物OB上，引起散射，一部分激光束被反射回来形成回波L1’并经过会聚由所述接收单元620接收，并将其转换为电信号。所述处理单元630对所述电信号进行分析计算，得出目标物OB与激光雷达600之间的距离。
根据本发明一个实施例，根据激光雷达在空间的扫描角度及色散元件参数来决定相对应激光器的波长。因此如果给定激光雷达需要扫描的范围与分辨率、色散元件参数，可反向决定雷达各个角度对应所需要的波长，从而控制各个激光器。
本发明通过在激光器中加入FP标准具使可调谐激光器的输出波长实现离散变化。通过本发明的实施例，不仅可以有效提高激光器的可调谐范围，而且可以实现快速且数字控制的波长改变。由于可以实现快速且大范围的波长调谐，因此本发明的可调谐激光器非常适用于需要大视场角高频率扫描的激光雷达系统，应用也更加广泛。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种可调谐激光器，包括：
激励源，可输出激励；
增益单元，所述增益单元位于所述激励源的下游并接收所述激励源的激励以产生受激辐射；
第一反射镜和第二反射镜，其中所述第二反射镜为可部分透射的反射镜，其中所述第一反射镜和第二反射镜形成激光谐振腔，所述增益单元位于所述激光谐振腔中，在所述激光谐振腔中形成特定波长的激光振荡，所述激光谐振腔中产生的激光自所述第二反射镜出射，形成出射激光；
FP标准具，所述FP标准具设置在所述激光谐振腔中以调节所述出射激光的波长，
其中所述激光谐振腔具有多个纵模，所述FP标准具具有多个透射峰，所述增益单元配置成可改变所述激光谐振腔的纵模，使得其中一个透射峰与其中一个纵模基本匹配，并可改变建立所述匹配关系的透射峰，从而改变所述出射激光的波长。
2.如权利要求1所述的可调谐激光器，其中所述增益单元配置成可通过改变注入所述增益单元的电流以改变所述激光谐振腔的腔长，从而改变所述激光谐振腔的纵模。
3.如权利要求2所述的可调谐激光器，还包括控制单元，所述控制单元与所述增益单元连接并向所述增益单元注入电流，所述控制单元配置成向所述增益单元注入电流以使得所述激光谐振腔的其中一个纵模与所述FP标准具的其中一个透射峰基本匹配，并且可向所述增益单元注入不同的电流以使得所述FP标准具的不同的透射峰与其中一个纵模基本匹配，从而改变所述出射激光的波长。
4.如权利要求1-3中任一项所述的可调谐激光器，其中所述FP标准具相对于所述第一反射镜和第二反射镜的法线倾斜地设置。
5.如权利要求1-3中任一项所述的可调谐激光器，还包括可调谐滤光片，所述可调谐滤光片设置在所述激光谐振腔中以调节所述出射激光的波长范围。
6.如权利要求1-3中任一项所述的可调谐激光器，其中所述激励源包括可产生泵浦光或泵浦电流的泵浦单元，所述可调谐激光器还包括设置在所述增益单元与所述FP标准具之间的准直透镜，以将从所述增益单元出射的光束准直后入射到所述FP标准具。
7.一种可调谐激光器的控制方法，包括：
通过激励源产生激励；
通过增益单元接收所述激励以产生受激辐射，其中所述增益单元位于激光谐振腔中，所述激光谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，所述第二反射镜为可部分透射的反射镜，在所述激光谐振腔中形成特定波长的激光振荡，所述激光谐振腔中产生的激光自所述第二反射镜出射；其中所述激光谐振腔具有多个纵模，所述激光谐振腔中设置有FP标准具，所述FP标准具具有多个透射峰；
通过所述增益单元改变所述激光谐振腔的纵模，使得其中一个透射峰与其中一个纵模基本匹配；
通过所述增益单元改变建立所述匹配关系的透射峰，改变所述出射激光的波长。
8.如权利要求7所述的控制方法，其中所述改变激光谐振腔的纵模的步骤包括：改变注入所述增益单元的电流以改变所述激光谐振腔的腔长，从而改变所述激光谐振腔的纵模。
9.如权利要求7所述的控制方法，其中所述通过增益单元改变建立匹配关系的透射峰以改变出射激光的波长的步骤包括：向所述增益单元注入不同的电流以使得所述FP标准具的不同的透射峰与其中一个纵模基本匹配，从而改变所述出射激光的波长。
10.如权利要求7-9中任一项所述的控制方法，还包括通过设置在所述激光谐振腔中的可调谐滤光片以调节所述出射激光的波长范围。
11.如权利要求7-9中任一项所述的控制方法，其中所述激励源包括可产生泵浦光或泵浦电流的泵浦单元，所述激光谐振腔中还设置有位于所述增益单元与所述FP标准具之间的准直透镜，以将从所述增益单元出射的光束准直后入射到所述FP标准具。
12.一种激光雷达，包括：
发射单元，所述发射单元包括如权利要求1-6所述的可调谐激光器，配置成发射探测激光束用于探测目标物；
接收单元，所述接收单元配置成可接收所述探测激光束在目标物上反射后的回波，并转换为电信号；
处理单元，所述处理单元与所述接收单元耦接，并根据所述电信号，计算所述目标物与激光雷达的距离。
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