CN113671465A - 激光雷达的反射装置、激光雷达及探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达的发射装置，包括：激光发射单元，所述激光发射单元配置成可输出波长可跳变的激光；色散单元，所述色散单元设置在所述激光发射单元的光路下游，并配置成可接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；和一维扫描单元，所述一维扫描单元设置在所述色散单元的光路下游并接收来自所述色散单元的激光，以获得所述激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面。

Description

激光雷达的反射装置、激光雷达及探测方法
技术领域
本公开大致涉及光电技术领域，尤其涉及激光雷达的发射装置、包括该发射装置的激光雷达以及激光雷达的探测方法。
背景技术
近年来，自动驾驶技术发展迅速，激光雷达作为其距离感知的核心传感器，已不可或缺。目前车载激光雷达中实现扫描的方法主要有机械扫描、振镜扫描和相控阵三种方式。机械扫描由于使用了机械转动部件，可靠性低、速度慢。相控阵雷达虽然可以实现高速的扫描，但其目前仍处于实验研究阶段。基于二维振镜扫描的激光雷达在一定程度上实现高速和高分辨率的扫描。但在基于二维振镜扫描方案的激光雷达中(如FMCW雷达)，如果应用光纤，由于接收延迟角与探测距离和扫描角速度成正比，随着距离的提升，延迟角越来越大，扫描角速度越大，相同时间的延迟角也越大，延迟角使得回波在光纤端面处的光斑发生倾斜和偏移，进而导致接收效率的下降。目前的二维振镜扫描方案，由于振镜快轴频率高，扫描角速度快，所以即使转过较短的时间，经激光器发射再返回的光斑回到光纤的时候，也已经产生了偏离，并不能再高效率地进行回波的接收。另一方面，在振镜快速扫描的过程中，会造成严重的动态散斑调制，对于FMCW激光雷达，本质上削弱了回波和本振的互相干性，表现为信噪比的降低。本发明旨在解决上述问题。本发明的解决方案是在保证激光雷达系统高速扫描的前提下，降低扫描镜的频率(速度)，使得扫描镜在一次探测过程的偏转较小，回波光斑可以继续回到光纤中，实现高效率扫描并提升信噪比。
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
有鉴于现有技术的至少一个问题，本发明提供一种激光雷达的发射装置，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元配置成可输出波长可跳变的激光；
色散单元，所述色散单元设置在所述激光发射单元的光路下游，并配置成可接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；和
一维扫描单元，所述一维扫描单元设置在所述色散单元的光路下游并接收来自所述色散单元的激光，以获得所述激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面。
根据本发明的一个方面，所述色散单元包括光栅，所述波长可跳变的激光在所述光栅的-1级或+1级出射。
根据本发明的一个方面，所述一维扫描单元为一维振镜、摆镜或转镜。
根据本发明的一个方面，所述激光发射单元包括可调谐激光器，所述可调谐激光器包括：
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，所述激光发射单元还包括控制单元，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，所述激光发射单元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，所述激光发射单元包括多个激光器，所述多个激光器的波长各不相同。
根据本发明的一个方面，所述发射装置还包括激光器驱动单元，所述激光器驱动单元连接到所述激光发射单元，并配置成可驱动所述激光发射单元以一定时间顺序输出所述波长可跳变的激光。
本发明还提供一种激光雷达的发射装置，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元配置成可输出波长可跳变的激光；
色散单元，所述色散单元设置在所述激光发射单元的光路下游，并配置成可接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；和
旋转驱动单元，所述旋转驱动单元配置成可驱动所述激光发射单元与所述色散单元围绕旋转轴旋转，以获得来自所述色散单元的激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面，所述旋转轴平行于所述第一平面。
根据本发明的一个方面，所述激光发射单元包括可调谐激光器，所述可调谐激光器包括：
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，所述激光发射单元还包括控制单元，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，其中所述激光发射单元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。
本发明还提供一种激光雷达，包括：
如上所述的发射单元，所述发射单元配置成可发射出探测激光用于探测目标物；
接收单元，所述接收单元包括光电探测器，所述光电探测器配置成可接收所述探测激光在目标物上漫反射的回波，并转换为电信号；
信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元耦接，并根据所述电信号生成激光雷达的点云。
根据本发明的一个方面，所述接收单元还包括接收透镜和光纤，所述光纤的一个端面位于所述接收透镜的焦面，所述接收透镜将所述回波会聚到所述光纤的所述一个端面上并耦入所述光纤中，所述回波通过所述光纤另一端面出射并由所述光电探测器接收。
本发明还提供一种激光雷达的探测方法，包括：
驱动一激光发射单元，输出波长可跳变的激光；
通过一色散单元接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；通过设置在所述色散单元光路下游的一维扫描单元接收来自所述色散单元的激光，以获得所述激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面；和
通过光电探测器接收所述激光在目标物上反射的回波，并转换为电信号。
本发明还提供一种激光雷达的探测方法，包括：
驱动一激光发射单元，输出波长可跳变的激光；
通过一色散单元接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光在第一平面中沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；
驱动所述激光发射单元与所述色散单元围绕旋转轴旋转，以获得来自所述色散单元的激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面，所述旋转轴平行于所述第一平面；和
通过光电探测器接收所述激光在目标物上反射的回波，并转换为电信号。
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示出了根据本发明第一方面一个实施例的发射装置；
图2示出了根据本发明第一方面另一个实施例的发射装置；
图3示出了根据本发明第二方面一个实施例的可调谐激光器的示意图；
图4示出了根据本发明第二方面的激光腔纵模和F-P标准具的透射峰匹配图；
图5示出了根据本发明第二方面的可调谐激光器变型的示意图；
图6示出了根据本发明第二方面另一个实施例的可调谐激光器的示意图；
图7示出了根据本发明第二方面一个实施例的可调谐激光器的控制方法的流程图；
图8示出了根据本发明第三方面一个优选实施例的接收单元；
图9示出了根据本发明第三方面一个实施例的激光雷达的结构；
图10示出了现有激光雷达扫描得到的点云示意图；
图11示出了根据本发明第三方面的激光雷达扫描得到的点云示意图；
图12示出了根据本发明第三方面一个实施例的激光雷达的探测方法；和
图13示出了根据本发明第三方面另一个实施例的激光雷达的探测方法。
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。
第一方面
本发明的第一方面涉及一种发射装置，可用于激光雷达，下面参考图1详细描述。
如图1所示，发射装置10包括激光发射单元11、色散单元12以及一维扫描单元13。其中激光发射单元11配置成可输出波长可跳变的激光。所述色散单元12设置在所述激光发射单元11的光路下游，并配置成可接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描。所述一维扫描单元13设置在所述色散单元的光路下游并接收来自所述色散单元的激光，以获得所述激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面。当用在激光雷达中时，第一平面例如为竖直平面，第二平面例如为水平面，反之亦可。
所述激光发射单元11中可包括多个激光器，每个激光器对应的波长互不相同，从而激光发射单元11可按照预设的时间顺序输出波长可跳变的激光。另外的或者可替换的，激光发射单元11可包括可调谐的激光器，该激光器的输出波长可离散调谐，从而实现输出激光的波长的跳变。激光器的优选实施例将在下面的第二方面中进行描述。所述发射装置10还可包括激光器驱动单元，所述激光器驱动单元连接到所述激光发射单元11，并配置成可驱动所述激光发射单元以一定时间顺序输出所述波长可跳变的激光。
另外如图1所示，发射装置10优选还包括准直装置14，例如为凸透镜，其位于激光发射单元11与色散单元12之间。激光发射单元11位于准直装置14的焦平面上，从而可以将激光发射单元11发射出的激光束进行准直，然后入射到色散单元12上。
所述色散单元12例如可以是任何类型的空间角色散器件，包括但不限于光栅、棱镜等，只要能够根据入射光波长的不同，使得对应的出射光的方向也不同即可。如图1示意性所示，激光发射单元11发出的激光经过准直装置14进行准直之后，入射到色散单元12上。根据激光波长的不同，经过色散单元12之后，对应的出射角也不同。如图1所示，当激光波长分别为λ1和λ2时，所对应的出射方向也不同。根据本发明的一个优选实施例，色散单元12为光栅，可以使用光栅的+1级或者-1级衍射的方向作为激光的出射方向。若激光发射单元11的可调谐激光器的中心波长为λ＝1550nm，激光器输出的激光经过准直装置14准直后，以入射角θ入射到光栅常数为d＝1201-1mm的高效率光栅上，根据光栅方程，光束的出射角γ满足：
Figure BDA0002476751360000091
其中m为衍射级次，本实例中用1级衍射，即m＝1。当激光发射单元11包括可离散调谐的激光器时，通过调节激光器注入电流，使激光器可按照预设的时间顺序输出波长可跳变(非连续)的激光。当入射角为63°时，输出激光频率变化范围为0(中心波长1550nm对应0Hz)至1THz，间隔为100GHz，根据上述光栅方程，经过光栅色散后出射角为76.06°至78.56°，变化范围2.5°，间隔0.25°。由于激光器电流调节响应非常快，因此可以实现快速的大范围光束静态扫描。在这个实施例中，每个波长的光束经过光栅后按照一定的角度出射，通过调节激光器的输出波长，实现在图1中竖直平面内的扫描。上述频率变化范围只是示意，通过调节激光器电流也可以实现例如间隔0.1°的扫描间隔。如何通过调节激光器注入电流实现输出波长可跳变的激光将在下文中详细说明。
根据本发明的一个优选实施例，所述一维扫描单元13为一维振镜、摆镜或转镜。激光雷达通常需要在两个维度上进行探测扫描，例如在竖直方向上具有一定的探测范围，例如60度的竖直视场，同时需要在水平方向上扫描，例如360度旋转扫描或者在小于360度的范围内来回往复扫描。本实施例中，色散单元12与一维扫描单元13分别实现其中一个维度上的扫描。根据本发明的一个优选实施例，色散单元12实现竖直平面内的扫描，同时扫描单元13实现水平方向或者水平面内的扫描。当然也可以进行相反的设置。
如图1所示，根据激光发射单元11出射的激光的波长的不同，从色散单元12出射的探测光束在竖直平面内的指向也不同。扫描单元13例如具有转轴OX，该转轴OX沿着竖直方向，即垂直于水平面，扫描单元13围绕其转轴旋转，可以将入射到其上的探测光束沿着水平面内不同的角度扫描反射出去。振镜、摆镜或转镜是常见的光学器件，其具体结构和控制在此不再赘述。
上述结构中，从可调谐激光器出射的激光在经过准直装置后以固定的入射角到达色散单元，由于色散单元的出射角与入射光的波长以及入射角相关，在相同的入射角下，调节激光器的输出波长，可以改变光束在空间的角度分布，实现了基于可调谐激光器结合色散单元的光束扫描方案。由于本发明采用了波长跳变(离散调谐)的激光器，从而实现了较大的静态扫描范围。目前波长连续调谐的激光器的波长调节范围在1nm以内，而上述1THz频率变化对应8nm左右的波长调节范围。
图1所示的激光雷达的发射装置中，采用一维扫描单元13例如振镜或转镜实现了在第二平面中的扫描。本发明不限于此，也可以使用其他的方式来实现第二平面中的扫描。图2示出了根据本发明一个优选实施例的发射装置20。其中除了激光发射单元11、色散单元12、准直装置14以外，还包括旋转驱动单元23。所述旋转驱动单元23配置成可驱动所述激光发射单元11与所述色散单元12围绕旋转轴X-X旋转，以获得来自所述色散单元12的激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面，所述旋转轴X-X平行于所述第一平面。本领域技术人员容易构思出旋转驱动单元23的各种实现方式。例如其可以包括旋转电机和转台，转台固定在旋转电机的输出轴上，从而可被旋转电机驱动旋转。激光发射单元11、色散单元12、准直装置14承载在所述转台上，从而可以随转台旋转而旋转。与图1实施例类似，色散单元12实现探测激光束在竖直平面内的扫描，实现激光雷达的竖直探测视场；旋转驱动单元23实现水平面内的扫描。
另外，本发明不限制水平面内的扫描范围，完全可以根据激光雷达的类型和需求而决定。例如如果需要扫描360度水平视场，那么采用能够360度旋转的旋转驱动单元23即可；如果需要60度的水平视场，那么使得旋转驱动单元23在60度的范围内来回摆动即可，这些都在本发明的保护范围内。另外，转速速度可以根据需要设定，例如可以选择匀速运动，或者遵循预设的运动曲线，例如遵循正弦运动曲线。
第二方面
本发明的第二方面涉及一种激光器，如下面所描述的激光器100、101以及200所示。本发明第二方面的激光器可用作上面第一方面中激光发射单元11的激光器，从而可产生波长可跳变(非连续)的激光。下面参考附图详细描述。
图3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3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、InP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4描述。
图4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4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4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4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4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5示出了根据图3所示的可调谐激光器变型的示意图。如图5所示，与图3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4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3和图5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6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3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7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3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。
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。
第三方面
本发明的第三方面涉及一种激光雷达，包括发射装置、接收单元以及信号处理单元。所述发射装置例如本发明第一方面所述的发射装置，所述发射装置配置成可发射出探测激光用于探测目标物。所述接收单元包括光电探测器，所述光电探测器配置成可接收所述探测激光在目标物上漫反射的回波，并转换为电信号。信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元耦接，并根据所述电信号生成激光雷达的点云。
图8中示出了根据本发明一个优选实施例的接收单元40，其中包括接收透镜41、光纤42以及光电探测器43。如图所示，所述光纤42的一个端面位于所述接收透镜41的焦平面上，从而所述接收透镜41将所述回波会聚到所述光纤42的端面上并耦入所述光纤中，回波通过所述光纤另一端面出射并由所述光电探测器43接收。
本发明的优选实施例中，同时结合了大范围可调谐的激光器、色散单元以及一维扫描单元或者旋转驱动单元。由于色散单元的色散能力有限，因此为了实现大视场的光束扫描，可以与能够大范围可调谐的激光器配合工作。当前基于电流调谐的连续调谐激光器虽然调谐速度快，但调谐范围较小，导致光束的扫描范围较小，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。为了解决以上问题，本方案提出的基于模式跳变的可调谐激光器可以同时实现快速及大范围可调谐，符合车载激光雷达静态扫描的应用需求。图9是一个典型的激光雷达601的结构，包括了如上所述的激光发射单元11、准直装置14、色散单元12、一维扫描单元13、接收单元18以及信号处理单元19。另外，所述激光雷达结构还包括第一耦合器15、第二耦合器17以及环形器16。其中，所述第一耦合器15和环形器16依次设置在所述激光发射单元11与准直装置14之间，第一耦合器15将来自激光发射单元11的激光按照预设比例分为两束，例如按照99：1的比例，其中绝大部分激光经过环形器16入射到所述准直装置14，并通过色散单元12和一维扫描单元13出射到激光雷达外部，用于目标物探测；一小部分激光被引导到第二耦合器17。所述一维扫描单元13同样可用于接收激光雷达的回波，回波经过一维扫描单元13、色散单元12、准直装置14以及环形器16，入射到所述第二耦合器17。第二耦合器17将所述回波与来自激光发射单元11的激光耦合后，使其入射到接收单元18。接收单元18包括APD、SPAD(s)、SiPM等类型的光电探测器，可以将入射的光信号转换为电信号。信号处理单元19与接收单元18耦接，接收该电信号并进行相应的处理，以获得目标物的距离及反射率等参数。上述激光发射单元11、第一耦合器15、第二耦合器17、环形器16和接收单元18之间通过光纤连接，环形器16出射端连接有光纤，探测激光自光纤端面出射经准直装置14准直后出射，激光雷达的回波经准直装置14会聚在光纤端面。
通过本发明的方案，能够显著降低激光雷达的一维扫描单元的横向扫描速度。下面详细描述。在激光雷达中，点频指的是相邻两个扫描点之间的时间间隔，现有方案和本发明的方案中都以点频20微秒为例说明。
现有的方案中，通常采用二维振镜，二维振镜包括互相垂直的快轴和慢轴。快轴摆动例如实现在水平面内的扫描，慢轴摆动实现在竖直平面内的扫描。通常快轴频率可达千Hz,慢轴频率为几十Hz。如图10,示出了一种扫描曲线，快轴通过三角波扫描，慢轴通过锯齿波扫描，扫描顺序为从左到右，从上往下，振镜快慢轴的二维扫描中，竖直方向的分辨率控制为0.1度，水平方向的分辨率控制为0.02度。
通过本发明优选实施例的方案，如图11所示，先在竖直方向上进行扫描，然后再进行横向扫描，即通过改变激光波长实现纵向扫描一列后，一维扫描单元(横向)偏转一定角度，再纵向扫描一列。图中水平方向的“机械扫描轴”，例如对应于图1中的摆镜或转镜的轴线OX，或者图2中的旋转轴X-X。现有方案中横向每两个点的角度间隔为0.02°，时间间隔为20微秒(即点频)，均是根据雷达系统需求固定的，现有方案中用振镜扫描时，横向每20us扫描一个点，逐条横线进行扫描。但是采用本申请的方法，先在纵向上用可调激光器按照一定时间顺序发射十个波长的激光束，通过色散单元扫描10个点(产生图中的一条略带倾斜的竖线)，然后可调谐激光器的波长回到初始波长，重新扫描10个点(产生相邻一条略带倾斜的竖线)。每个周期中，完成纵向扫描10个点的对应的横向角度间隔仍然为0.02°(即水平方向相邻两个点之间所对应的角度间隔仍然为0.02°)，相邻的扫描点之间的时间间隔(即点频仍然为20us)，因而完成扫描10个点的时间是200us，即图中水平方向相邻的两个点之间的时间间隔为200us，扫描速度变慢。以十个波长为例，竖向扫描10个点的时间有限制，20us扫描一个点，每个点的检测时间是固定的。所以扫描10个点就需要200us。也就是说横向扫描0.02°的角度，现有的方案需要20us，而通过本发明实施例的方案则需要200us，因此横向扫描的角速度变为原来的十分之一，但依然可以实现和原方案相同的视场扫描效果(包括分辨率、帧率)。如果是13个波长，就是竖向13个点，水平方向相邻的两个点之间的时间间隔为260us。下表列出了现有方案与本发明方案的比较。
横向分辨率 横向两点时间间隔 横向角速度
现有方案 0.02° 20us 0.02°/20us
本发明实施例 0.02° 200us 0.02°/200us
本发明第一方面的发射装置对于采用光纤进行接收的激光雷达是极为有利的。在基于二维振镜扫描方案的激光雷达中，如果应用光纤来接收的话，接收延迟角与探测距离和扫描角速度成正比，随着距离的提升，延迟角越来越大，扫描角速度越大，相同时间的延迟角也越大，延迟角使得回波在光纤端面处的光斑发生倾斜和偏移，进而导致接收效率的下降。目前的二维振镜扫描方案，由于振镜快轴频率高，扫描角速度快，所以即使转过较短的时间，经激光器发射再返回的光斑回到光纤的时候，也已经产生了偏离，并不能再高效率的进行回波的接收。另一方面，在振镜快速扫描的过程中，会造成严重的动态散斑调制，对于FMCW激光雷达，本质上削弱了回波和本振的互相干性，表现为导致信噪比的降低。本发明中，如上文所述，在保证激光雷达系统高速扫描的前提下，降低扫描镜的频率(速度)，使得扫描镜在一次探测过程的偏转较小，回波光斑可以继续回到光纤中，实现高效率扫描并提升信噪比，提高接收效率。
本发明的构思可以应用在有振镜和光纤传送激光的任何构架的激光雷达系统中，而不局限于FMCW激光雷达系统中。
相比现有使用二维振镜扫描方案，快轴频率高带来的光斑偏移问题，本申请方案的扫描器件的角速度可以降低一个数量级，造成的接收效率下降几乎可以忽略不计。同时由于实现了慢速扫描，极大削弱了动态散斑效应，可以提升系统的信噪比。更进一步，由于动态散斑效应的降低，可以在不影响视场和角分辨率的前提下增大接收口径，从而增大探测距离。
如图12所示，本发明还涉及一种激光雷达的探测方法700，包括：
在步骤S701，驱动一激光发射单元，输出波长可跳变的激光；
在步骤S702，通过一色散单元接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；
在步骤S703，通过设置在所述色散单元光路下游的一维扫描单元接收来自所述色散单元的激光，以获得所述激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面；和
在步骤S704，通过光电探测器接收所述激光在目标物上反射的回波，并转换为电信号。
所述探测方法例如可通过如上所述的激光雷达实施。
如图13所示，本发明还涉及一种激光雷达的探测方法800，包括：
在步骤S801，驱动一激光发射单元，输出波长可跳变的激光；
在步骤S802，通过一色散单元接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；
在步骤S803，驱动所述激光发射单元与所述色散单元围绕旋转轴旋转，以获得来自所述色散单元的激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面，所述旋转轴平行于所述第一平面；和
在步骤S804，通过光电探测器接收所述激光在目标物上反射的回波，并转换为电信号。
所述探测方法通过如上所述的激光雷达实施。
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 (19)

1.一种激光雷达的发射装置，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元配置成可输出波长可跳变的激光；
色散单元，所述色散单元设置在所述激光发射单元的光路下游，并配置成可接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；和
一维扫描单元，所述一维扫描单元设置在所述色散单元的光路下游并接收来自所述色散单元的激光，以获得所述激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面。
2.如权利要求1所述的发射装置，其中所述色散单元包括光栅，所述波长可跳变的激光在所述光栅的-1级或+1级出射。
3.如权利要求1所述的发射装置，其中所述一维扫描单元为一维振镜、摆镜或转镜。
4.如权利要求1-3中任一项所述的发射装置，其中所述激光发射单元包括可调谐激光器，所述可调谐激光器包括：
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。
5.如权利要求4所述的发射装置，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。
6.如权利要求5所述的发射装置，其中所述激光发射单元还包括控制单元，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。
7.如权利要求4所述的发射装置，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。
8.如权利要求4所述的发射装置，其中所述激光发射单元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。
9.如权利要求1-3中任一项所述的发射装置，其中所述激光发射单元包括多个激光器，所述多个激光器的波长各不相同。
10.如权利要求1-3中任一项所述的发射装置，还包括激光器驱动单元，所述激光器驱动单元连接到所述激光发射单元，并配置成可驱动所述激光发射单元以一定时间顺序输出所述波长可跳变的激光。
11.一种激光雷达的发射装置，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元配置成可输出波长可跳变的激光；
色散单元，所述色散单元设置在所述激光发射单元的光路下游，并配置成可接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；和
旋转驱动单元，所述旋转驱动单元配置成可驱动所述激光发射单元与所述色散单元围绕旋转轴旋转，以获得来自所述色散单元的激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面，所述旋转轴平行于所述第一平面。
12.如权利要求11所述的发射装置，其中所述激光发射单元包括可调谐激光器，所述可调谐激光器包括：
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。
13.如权利要求12所述的发射装置，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。
14.如权利要求13所述的发射装置，其中所述激光发射单元还包括控制单元，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。
15.如权利要求12所述的发射装置，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，其中所述激光发射单元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。
16.一种激光雷达，包括：
如权利要求1-15中任一项所述的发射装置，所述发射装置配置成可发射出探测激光用于探测目标物；
接收单元，所述接收单元包括光电探测器，所述光电探测器配置成可接收所述探测激光在目标物上漫反射的回波，并转换为电信号；
信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元耦接，并根据所述电信号生成激光雷达的点云。
17.如权利要求16所述的激光雷达，其中所述接收单元还包括接收透镜和光纤，所述光纤的一个端面位于所述接收透镜的焦面，所述接收透镜将所述回波会聚到所述光纤的所述一个端面上并耦入所述光纤中，所述回波通过所述光纤另一端面出射并由所述光电探测器接收。
18.一种激光雷达的探测方法，包括：
驱动一激光发射单元，输出波长可跳变的激光；
通过一色散单元接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；
通过设置在所述色散单元光路下游的一维扫描单元接收来自所述色散单元的激光，以获得所述激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面；和
通过光电探测器接收所述激光在目标物上反射的回波，并转换为电信号。
19.一种激光雷达的探测方法，包括：
驱动一激光发射单元，输出波长可跳变的激光；
通过一色散单元接收所述激光，并根据所述激光波长的不同，使所述激光在第一平面中沿着不同的方向出射，以获得所述激光在第一平面中的扫描；
驱动所述激光发射单元与所述色散单元围绕旋转轴旋转，以获得来自所述色散单元的激光在第二平面中的扫描，其中所述第一平面垂直于所述第二平面，所述旋转轴平行于所述第一平面；和
通过光电探测器接收所述激光在目标物上反射的回波，并转换为电信号。
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