CN113721251A - 一种带动态基准反馈的调频光源及其应用 - Google Patents

一种带动态基准反馈的调频光源及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113721251A
CN113721251A CN202111003457.4A CN202111003457A CN113721251A CN 113721251 A CN113721251 A CN 113721251A CN 202111003457 A CN202111003457 A CN 202111003457A CN 113721251 A CN113721251 A CN 113721251A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
frequency
light source
wavelength
reference signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111003457.4A
Other languages
English (en)
Inventor
黄锦熙
单子豪
巩少斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Opto Semiconductor Technology Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Opto Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Opto Semiconductor Technology Co Ltd filed Critical Hangzhou Opto Semiconductor Technology Co Ltd
Priority to CN202111003457.4A priority Critical patent/CN113721251A/zh
Publication of CN113721251A publication Critical patent/CN113721251A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带动态基准反馈的调频光源及其应用，该调频光源包括激光器、波长滤波器和积分电路；在光路上引入参考信号，参考信号与波长滤波器的输出信号进行比较，通过积分电路实现激光器输出波长的负反馈调节，最终实现频率调节。本发明可以实现完美的线性扫频，鲁棒性好。该调频光源具有极高的环境稳定性，在滤波器稳定的情况下，不仅可以彻底解决激光器自身的特性曲线偏移，还可以反馈锁定激光器的线宽，使得激光器工作在更稳定、高品质的状态，有利于提升FMCW、OFDR和OCT的测距距离和精度。该调频光源没有任何昂贵的检测器件和高频信号，成本和量产能力可以得到极大的保证。

Description

一种带动态基准反馈的调频光源及其应用
技术领域
本发明属于激光雷达技术领域，特别涉及一种带动态基准反馈的调频光源及其应用。
背景技术
激光雷达是一种用激光探测和测距的传感器。它的原理是发射装置向目标发射出激光，通过接收装置测量返回激光的延迟和强度来测量目标的距离。
目前的激光雷达包括ToF激光雷达和FMCW激光雷达，其中ToF测距方式通过记录激光发射和接收的时间差，再乘以光速计算出距离。FMCW利用发射频率变化的连续波，利用频率差、多普勒效应，确定物理位置，测量物体速度。FMCW具有探测距离远、灵敏度高、抗干扰能力强、成本低、功耗低等优势。但目前技术门槛极高，对系统集成、信号处理算法方面要求严格，且外调制成本较高，还没有实现大规模量产。
连续调频波测距在激光雷达中具有非常好的前景，其恒定功率带来的电路稳定性，相干检测带来的完美抗噪性，以及可测速的特性，使得大家看好其取代脉冲飞行时间测距。通过改变激光器的电流，即可改变激光器的输出波长，实现调制控制。但是，激光的工作状态随温度，驱动和工龄的变化非常明显。波长、电流-频率调制效率会变，电流-频率线性度也不理想。简单的开环控制，一方面恶化激光器线宽，使得测距能力退化。另一方面，不完美的调频线性度，使得拍频展宽，降低测距精度和测距距离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带动态基准反馈的调频光源，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带动态基准反馈的调频光源，包括激光器、波长滤波器和积分电路；在光路上引入参考信号，所述参考信号与所述波长滤波器的输出信号进行比较，通过所述积分电路实现所述激光器输出波长的负反馈调节，最终实现频率调节。
进一步地，当所述参考信号与所述波长滤波器的输出信号的波长相同时，负反馈输出为零，波长能够稳定输出，通过调节所述参考信号实现对波长的同步调节。
进一步地，所述激光器为窄线宽激光器。
进一步地，所述积分电路包括积分器和偏置DAC。
进一步地，所述波长滤波器为非平衡马赫曾德干涉器、微环谐振器或带衰减的线性谐振光栅。
进一步地，所述参考信号与所述波长滤波器的输出信号通过差分放大器进行比较；将所述差分放大器的输出信号引入所述积分电路，通过负反馈调节激光器至所述差分放大器输出为零，实现激光器频率锁定，进一步调节参考信号，实现对激光器波长的同步调节。
本发明提供的带动态基准反馈的调频光源，可以应用于调频连续波激光雷达(FMCW)、光频域反射计(OFDR)、光学相干层析(OCT)等调频系统中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以实现完美的线性扫频，鲁棒性好。由于激光器的波长-电流特性很难精确获取，但波长滤波器的波长-输出特性却相对稳定。同时，该调频光源具有极高的环境稳定性。激光器的特性会随温度和老化改变，该调频光源在滤波器稳定的情况下，不仅可以彻底解决激光器自身的特性曲线偏移，还可以反馈锁定激光器的线宽，使得激光器工作在更稳定、高品质的状态，非常有利于提升FMCW、OFDR和OCT的测距距离和精度。最后，该调频光源没有任何昂贵的检测器件和高频信号，集成度也非常高，成本和量产能力可以得到极大的保证。
附图说明
图1是本发明中调频光源实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明提供一种带动态基准反馈的调频光源，包括激光器、波长滤波器和积分电路；在光路上引入参考信号，参考信号与波长滤波器的输出信号进行比较，通过积分电路实现激光器输出波长的负反馈调节，最终实现频率调节。当参考信号与波长滤波器的输出信号的波长相同时，负反馈输出为零，波长能够稳定输出，通过调节参考信号实现对波长的同步调节。
实施例
如图1所示，本实施例提供的一种带动态基准反馈的调频光源，包括激光器110、波长滤波器130、差分放大器150和积分电路160。激光器110为窄线宽激光器。积分电路160包括积分器和偏置DAC。
激光器110出射光分成两路，一路作为本征信号120，一路经过波长滤波器130选择波长，然后与参考信号140通过差分放大器150进行比较，通过积分电路160反馈回激光器110实现频率锁定。
波长滤波器130的实现方式包括但不限于非平衡马赫曾德干涉器、微环谐振器、带衰减的线性谐振光栅等。
非平衡马赫曾德干涉器：波长λ与信号输出P的对应关系为P＝A(1+cos(nL/λ))，A为激光器输出信号振幅，nL为非平衡马赫曾德干涉器的光程差。
微环谐振器：波长λ与信号输出P的对应关系为P＝A/(1+(λ/nL)2)。
带衰减的线性谐振光栅：不同波长在啁啾反射镜中的行程随着波长线性增加而减少，故信号输出P和波长λ也呈线性关系。
给定某一参考信号140，通过差分放大器150计算波长滤波器130的输出信号和参考信号140的差值，通过积分电路160的负反馈，便可控制激光器110的波长；直到波长经滤波器130的输出信号与参考信号140的差值为0时，积分电路160的输出将达到稳态，激光器110也达到稳态。当参考信号140不变时，激光器110的波长将稳定在对应特定值。所以在负反馈回路中，通过控制参考信号140即可控制并稳定激光器波长。对应的，按一定规律扫描参考信号140，即可实现波长的同步扫描。
另外，实施例可以封装集成化在同一块电路板上，减小体积便于安装，实现降本量产的目的。
以上所述，仅为较佳实施样例，本发明并不局限于上述实施方式，只要以相同手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内，其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (7)

1.一种带动态基准反馈的调频光源，其特征在于，包括激光器、波长滤波器和积分电路；在光路上引入参考信号，所述参考信号与所述波长滤波器的输出信号进行比较，通过所述积分电路实现所述激光器输出波长的负反馈调节，最终实现频率调节。
2.根据权利要求1所述的调频光源，其特征在于，当所述参考信号与所述波长滤波器的输出信号的波长相同时，负反馈输出为零，波长能够稳定输出，通过调节所述参考信号实现对波长的同步调节。
3.根据权利要求1所述的调频光源，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器。
4.根据权利要求1所述的调频光源，其特征在于，所述积分电路包括积分器和偏置DAC。
5.根据权利要求1所述的调频光源，其特征在于，所述波长滤波器为非平衡马赫曾德干涉器、微环谐振器或带衰减的线性谐振光栅。
6.根据权利要求1所述的调频光源，其特征在于，所述参考信号与所述波长滤波器的输出信号通过差分放大器进行比较；将所述差分放大器的输出信号引入所述积分电路，通过负反馈调节激光器至所述差分放大器输出为零，实现激光器频率锁定，进一步调节参考信号，实现对激光器波长的同步调节。
7.一种权利要求1-6任一项所述的带动态基准反馈的调频光源，其特征在于，所述调频光源可以应用于调频连续波激光雷达(FMCW)、光频域反射计(OFDR)、光学相干层析(OCT)等调频系统中。
CN202111003457.4A 2021-08-30 2021-08-30 一种带动态基准反馈的调频光源及其应用 Pending CN113721251A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111003457.4A CN113721251A (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种带动态基准反馈的调频光源及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111003457.4A CN113721251A (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种带动态基准反馈的调频光源及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113721251A true CN113721251A (zh) 2021-11-30

Family

ID=78678986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111003457.4A Pending CN113721251A (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种带动态基准反馈的调频光源及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113721251A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116679310A (zh) * 2023-07-20 2023-09-01 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 Fmcw激光测量装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07154022A (ja) * 1993-11-29 1995-06-16 Fujitsu Ltd 波長安定化制御方式
DE19633569A1 (de) * 1996-08-21 1998-02-26 Inst Physikalische Hochtech Ev Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Wellenlänge monochromatischer Lichtquellen
CN111404006A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 北京理工大学 一种基于相位连续扫频光纤激光器的噪声抑制方法
CN111562564A (zh) * 2020-05-25 2020-08-21 浙江光珀智能科技有限公司 一种调频连续波激光测距非线性校正装置及方法
CN112083401A (zh) * 2020-09-16 2020-12-15 浙江光珀智能科技有限公司 一种调频连续波激光雷达非线性校正装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07154022A (ja) * 1993-11-29 1995-06-16 Fujitsu Ltd 波長安定化制御方式
DE19633569A1 (de) * 1996-08-21 1998-02-26 Inst Physikalische Hochtech Ev Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Wellenlänge monochromatischer Lichtquellen
CN111404006A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 北京理工大学 一种基于相位连续扫频光纤激光器的噪声抑制方法
CN111562564A (zh) * 2020-05-25 2020-08-21 浙江光珀智能科技有限公司 一种调频连续波激光测距非线性校正装置及方法
CN112083401A (zh) * 2020-09-16 2020-12-15 浙江光珀智能科技有限公司 一种调频连续波激光雷达非线性校正装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116679310A (zh) * 2023-07-20 2023-09-01 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 Fmcw激光测量装置
CN116679310B (zh) * 2023-07-20 2023-11-03 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 Fmcw激光测量装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0640846B1 (en) Optical measuring apparatus
Palojarvi et al. Integrated time-of-flight laser radar
US4240745A (en) Imagery with constant range lines
US11448732B2 (en) Frequency modulated scanning LIDAR with 360 degrees field of view
CN105576478A (zh) 快速扫频的傅里叶域锁模光电振荡器
US11098998B2 (en) Apparatus and method for optical angle modulation measurement by a delayed self-heterodyne method
CN109116371B (zh) 基于双波长半导体激光器的多普勒测速雷达
US11294040B1 (en) Time-of-interference light detection and ranging apparatus
US6133993A (en) Length and velocity measurement apparatus
CN109884655B (zh) 基于光注入半导体激光器的光载调频连续波激光测距系统
CN112526538A (zh) 基于fdml的调频连续波激光雷达捕获系统及方法
CN114924281A (zh) 一种基于h13c14n气体池的调频连续波同时测距和测速方法及系统
Olyaee et al. Comparison of TOF, FMCW and phase-shift laser range-finding methods by simulation and measurement
CN113721251A (zh) 一种带动态基准反馈的调频光源及其应用
US5260762A (en) Device for non-contact measurement of speed, displacement travel and/or distance
JP2011523787A (ja) 自己混合干渉に基づく原子周波数取得装置
KR20230170078A (ko) Fmcw 라이다 장치용 광원
US5267011A (en) Laser doppler frequency control
CN112083401B (zh) 一种调频连续波激光雷达非线性校正装置及方法
CN211825682U (zh) 一种基于fp腔干涉仪的光域扫频装置
Varavin et al. Autodyne Gunn-diode transceiver with internal signal detection for short-range linear FM radar sensor
Slotwinski et al. Utilizing GaAlAs laser diodes as a source for frequency modulated continuous wave (FMCW) coherent laser radars
US4236819A (en) Imagery with constant range lines
CN115308715A (zh) 一种稀疏调制测风雷达的方法和系统
JPH1062549A (ja) 距離測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination