CN113841065B - 返回路径中具有光学放大器的lidar设备 - Google Patents

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Abstract

光检测和测距(LIDAR)设备包括：光回路，其包括：激光源，其被配置为发射激光束；光束分离器，其可操作地耦接至激光源，光束分离器被配置为使朝向目标传播的激光束分离；第一光学放大器，其耦接至光束分离器，第一光学放大器被配置为在返回路径中接收从目标反射的返回激光束并放大返回激光束以输出放大的返回激光束；以及光学组件，其可操作地耦接至第一光学放大器，光学组件被配置为基于放大的返回激光束来输出电流。

Description

返回路径中具有光学放大器的LIDAR设备
相关申请
本申请要求于2019年3月18日提交的美国专利申请16/356,927的35U.S.C.119(e)下的权益，该美国专利申请的整体内容通过引用被并入至本文中。
技术领域
本发明通常涉及提供改善的信噪比的光检测和测距(LIDAR)设备。
背景技术
在理想情况下，一般地，通过发出更多光功率(即，更多光子)或者通过扩大收集路径中的孔径大小来增加从目标接收到的光子(光)的数目。然而，考虑到因人眼安全以及LIDAR设备的大小和成本的偏好造成的限制，这两种方法都不是可扩展的。
增大信噪比(SNR)的另一个方式是通过使用具有高增益和高响应度的光电检测器。然而，这样的检测器或传感器(例如，雪崩光电二极管)可能具有低饱和度光功率的特点，这可能在检测反射对象时致使LIDAR设备失去辨别力，从而降低传感器的动态范围。
发明内容
本发明包括但不限于以下示例实现。一些示例实现提供了光检测和测距(LIDAR)设备，其包括：光回路，包括：激光源，其被配置为发射激光束；光束分离器，其可操作地耦接至所述激光源，所述光束分离器被配置为使朝向目标传播的激光束分离。所述光回路还包括第一光学放大器，所述第一光学放大器可操作地耦接至所述光束分离器。所述第一光学放大器被配置为：在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及放大返回激光束以输出放大的返回激光束。所述光回路还包括光学组件，所述光学组件可操作地耦接至所述第一光学放大器，所述光学组件被配置为基于放大的返回激光束来输出电流。
根据本发明的另一个方面，用于光检测和测距(LIDAR)设备的光回路包括：激光源，其被配置为发射朝向目标传播的激光束；第一光学放大器，其可操作地耦接至所述激光源。所述第一光学放大器被配置为：在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及放大所述返回激光束以输出放大的返回激光束。所述光回路还包括光学组件，所述光学组件可操作地耦接至所述第一光学放大器，所述光学组件被配置为基于放大的返回激光束和本地振荡信号来输出电流。
根据本发明的又一个方面，一种方法包括：通过激光源发射激光束；通过光学放大器在返回路径中接收从目标反射的返回激光束；通过所述光学放大器放大所述返回激光束以输出放大的返回激光束；将放大的返回激光束与本地振荡信号的一部分混合；以及通过光学组件基于放大的返回激光束来输出电流。
通过阅读下面的详细描述和下面简要描述的附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得清楚。本发明包括本发明中所提出的两个、三个、四个或更多个特征或要素的任意组合，而无论这些特征或要素在这里所描述的特定示例实现中是否被明确组合或以其他方式叙述。本发明意在整体阅读，使得本发明在任意方面和示例实现中的任意可分离特征或要素都应被视为可组合的，除非本发明的上下文清楚地另有说明。
因此，将要理解，提供该简要概述仅是为了总结一些示例实现以便提供对本发明的某些方面的基本理解。因此，将要理解，上述示例实现仅是示例，并且不应被解释为以任意方式缩小本公开的范围或精神。通过以下结合附图的详细描述，其他示例实现、方面和优点将变得清楚，附图举例说明了一些所描述的示例实现的原理。
附图说明
图1示出根据本发明的典型实施例的LIDAR设备；
图2示出根据本发明的实施例的图1的LIDAR设备的光回路的方面；
图3示出根据本发明的另一个实施例的图1的LIDAR设备的光回路的方面；以及
图4是根据本发明的方面的操作LIDAR设备的方法的流程图。
具体实施例
频率调制连续波(FMCW)光检测和测距(LIDAR)系统或设备(诸如，相干LIDAR系统)将具有两个不同延迟的光相干混合，从而产生差拍射频(RF)信号。在具有低反射率的目标或对象远离LIDAR系统的情况下，LIDAR系统接收到的来自目标的反射目标信号可能没有足够的能量以供LIDAR系统充分检测目标。在信噪比(SNR)增大情况下，LIDAR系统的感测性能得以改善。例如，在捕获到的从目标反射的光子的数目增加的情况下，感测到的信号增大。本发明描述了在维持低噪声水平的同时相干放大光学目标信号的有源方法。这个方法稳健、集成光学兼容，并且适于大量制造。本发明描述了利用从目标接收的光子的相干放大的相干LIDAR系统架构。该方法显著改善了差拍RF信号的SNR，从而使得具有较低反射率的物体以更长的距离被检测到。本发明的方面通过在无需朝目标发送更多光功率或者无需增大收集孔径/效率的情况下增加捕获到的光子的数目来改善LIDAR系统的SNR。此外，该方法与光学集成回路兼容，并且可以以小尺寸实现。
图1示出根据本发明的典型实施例的LIDAR设备100。LIDAR设备100包括多个组件中的一个或多个，但也可包括与图1中所示元件相比更少或者附加的组件。LIDAR设备100可在诸如但不限于运输、制造、计量、医疗和安全系统等的任何感测市场中实现。例如，在汽车工业中，描述的光束传递系统成为能够辅助针对自动驾驶辅助系统或自动驾驶运载工具的空间感知的频率调制连续波(FMCW)装置的前端。如图所示，LIDAR设备100包括光回路101。光回路101可包括有源光学组件和无源光学组件的组合。有源光学组件可生成、放大或检测光学信号等。在一些示例中，有源光回路包括不同波长的激光器、一个或多个光学放大器或者一个或多个光学检测器等。
无源光回路可包括用于承载光学信号的一个或多个光纤，并且将光学信号路由并操纵至有源光回路的适当输入/输出端口。无源光回路还可包括诸如抽头、波分复用器、分离器/组合器、偏振分束器、准直器等的一个或多个光纤组件。在一些实施例中，如以下进一步讨论的，无源光回路可包括用于变换偏振态并使用PBS将接收到的偏振光引导至光学检测器的组件。
光学扫描器102包括一个或多个扫描镜，该一个或多个扫描镜可沿相应的正交轴旋转以使光学信号转向，从而根据扫描模式扫描环境。例如，可通过一个或多个电流计来使扫描镜旋转。光学扫描器102还将入射至环境中的任何对象上的光收集成返回至光回路101的无源光回路组件的返回激光束。例如，可通过偏振分束器将返回激光束引导至光学检测器。除了镜和电流计之外，光学扫描系统还可包括诸如四分之一波片、透镜和抗反射涂层窗等的组件。
为了控制和支持光回路101和光学扫描器102，LIDAR设备100包括LIDAR控制系统110。LIDAR控制系统110可用作LIDAR设备100的处理装置。在一些实施例中，LIDAR控制系统110可包括诸如数字信号处理器等的信号处理单元112。LIDAR控制系统110被配置为输出用于控制光学驱动器103的数字控制信号。在一些实施例中，可通过信号转换单元106将数字控制信号转换为模拟信号。例如，信号转换单元106可包括数字-模拟转换器。光学驱动器103可随后向光回路101的有源组件提供驱动信号以驱动诸如激光器等的光源和放大器。在一些实施例中，可设置多个光学驱动器103和信号转换单元106来驱动多个光源。
LIDAR控制系统112还被配置为输出用于光学扫描器102的数字控制信号。运动控制系统105可基于从LIDAR控制系统110接收的控制信号来控制光学扫描器102的电流计。例如，数字-模拟转换器可将来自LIDAR控制系统110的坐标定线信息转换为可由光学扫描器102中的电流计解释的信号。在一些实施例中，运动控制系统105还可将与光学扫描器102的组件的位置或操作有关的信息返回至LIDAR控制系统110。例如，模拟-数字转换器可转而将与电流计位置有关的信息转换为可由LIDAR控制系统110解释的信号。
LIDAR控制系统110还被配置为分析进入的数字信号。就这点而言，LIDAR设备100包括用于测量由光回路101接收到的一个或多个光束的光学接收器104。例如，基准光束接收器可测量来自有源光回路的基准光束的振幅，并且模拟-数字转换器将来自基准接收器的信号转换为可由LIDAR控制系统110解释的信号。目标接收器测量以拍频、调制光学信号的形式承载与目标的距离和速度有关的信息的光学信号。反射光束可与来自本地振荡器的第二信号混合。光学接收器104可包括高速模拟-数字转换器以将来自目标接收器的信号转换为可由LIDAR控制系统110解释的信号。
在一些应用中，LIDAR设备100可附加地包括被配置为拍摄环境的图像的一个或多个摄像装置108、被配置为提供系统的地理位置的全球定位系统109、或其它传感器输入。LIDAR设备100还可包括图像处理系统114。图像处理系统114可被配置为接收图像和地理位置，并且将图像和位置或者与此相关的信息发送至LIDAR控制系统110或连接至LIDAR设备100的其它系统。
在根据一些示例的操作中，LIDAR设备100被配置为使用非简并激光源来同时测量跨两个维度的距离和速度。该能力允许对周围环境的范围、速度、方位和高度的实时的长距离测量。在一些示例实现中，系统将多个调制激光束指向相同目标。
在一些示例中，扫描处理开始于光学驱动器103和LIDAR控制系统110。LIDAR控制系统110指示光学驱动器103独立地调制一个或多个激光器，并且这些调制信号通过无源光回路传播至准直器。准直器将光引导至光学扫描系统，该光学扫描系统用于经由运动控制子系统所定义的预编程模式来扫描环境。光回路还包括用于在光离开光回路101时对光的偏振进行变换的四分之一波片。偏振光的一部分还可被反射回到光回路101。例如，透镜化或准直化系统可具有固有反射特性或者反射涂层以将光的一部分反射回到光回路101。
从环境反射回的光学信号穿过光回路101至接收器。因为光被偏振，所以该光可连同被反射回光回路101的偏振光的一部分一起被偏振分束器反射。因此，反射光被反射至单独的光学接收器，而非返回至与光源相同的光纤或者波导。这些信号相互干涉并生成组合信号。从目标返回的各光束信号产生时移波形。两个波形之间的时间相位差生成在光学接收器(光电检测器)上测量的拍频。组合信号可随后被反射至光学接收器104。以下进一步描述用于使光束偏振并将光束引导至光学接收器104的光回路101的结构。
使用ADC将来自光学接收器104的模拟信号转换为数字信号。数字信号随后被发送至LIDAR控制系统110。信号处理单元112可随后接收数字信号并解释它们。在一些实施例中，信号处理单元112还接收来自运动控制系统105和电流计的位置数据以及来自图像处理系统114的图像数据。信号处理单元112可随后生成具有与当光学扫描器102扫描附加点时环境中的点的距离和速度有关的信息的3D点云。信号处理单元112还可将3D点云数据与图像数据叠加以确定周围区域中的对象的速度和距离。系统还处理星基导航定位数据以提供精确的全球定位。
图2示出根据本发明的实施例的图1的LIDAR设备的光回路的方面。诸如图2中所示的光回路200等的光回路可以是图1中所示的光回路101的一部分。图2中的光回路200被示出为光束传递系统的侧视图。光回路200包括被配置为发射激光束的激光源202、可操作地耦接(例如，光学耦接)至激光源202的光束分离器(例如，如图所示的分束器)204以及被配置为将朝向目标214传播的激光束分离的光束分离器208。光回路200还包括可操作地耦接至光束分离器(例如，如图所示的偏振分束器)208的第一光学放大器216以及可操作地耦接至第一光学放大器216的光学组件224，该第一光学放大器216被配置为在返回路径中接收从目标214反射的返回激光束并放大返回激光束以输出放大的返回激光束。光学组件224被配置为基于放大的返回激光束来输出电流iPD。激光源202可适当地包括频率调制(FM)激光器。激光源202可发射具有不同波长的一个或多个激光并且可适当地包括单模或者多模光纤。
继续参考图2，光回路200还包括全部处于激光束的传输或发送路径中的分束器204、第二光学放大器206、用于使光准直的透镜210、以及偏振波片(PWP)212。在一个实施例中，偏振波片212可以是四分之一波片。四分之一波片可将偏振变换为圆偏振态。在另一个实施例中，偏振波片212可以是半波片。半波片可以使线性偏振光的偏振方向移位。在一个实施例中，分束器204可适当地包括抽头光纤分束器。光束分离器208、透镜210和PWP 212可适当地形成准直光学器件。第二光学放大器206处于朝向目标214传播的激光束的传输路径中，并且第二光学放大器206可操作地耦接在激光源202和光束分离器208之间。分束器204可操作地耦接在激光源202和第一光学放大器216之间，并且分束器204被配置为输出被作为光学组件224的输入而接收到的本地振荡信号(LO)。根据本发明的方面，第一光学放大器216可以是半导体光学放大器(SOA)。可替代地，根据本发明的另一个方面，第一光学放大器216可以是光纤光学放大器。根据本发明的方面，光束分离器208可以是如图2所示的偏振分束器(PBS)。可替代地，根据本发明的另一个方面，分束器208可以是如图3所示的环形器。
继续参考图2，光学组件224包括可操作地耦接至第一光学放大器216的输出的光束组合器218以及可操作地耦接至光束组合器218的光电检测器220，该光束组合器218被配置为接收本地振荡信号(LO)。光学组件224还包括可操作地耦接至光电检测器220的放大器222，其中放大器222被配置为输出电流iPD。在一个实施例中，光束组合器218可适当地包括50/50光纤光束组合器，并且放大器222可适当地包括跨阻放大器(TIA)。在一个实施例中，可将光束组合器218从返回路径中省略，从而能够从透镜系统210处的反射中提取本地振荡器路径。
图3示出根据本发明的另一个实施例的图1的LIDAR设备的光回路的方面。诸如图3中所示的光回路300等的光回路可以是图1中所示的光回路101的一部分。光回路300包括激光源302、分束器304、光学放大器306、在本实施例中作为环形器的光束分离器308、透镜310、目标314、光学放大器316和光学组件324。光学组件324包括分束器318、光电检测器320和用于输出电流iPD的放大器322。图3中所示的实施例与图2中所示的实施例不同之处在于：在图3中，使用环形器308代替偏振分束器，并且不与透镜310配合使用偏振波片来向目标314发送激光束Psend。除此之外，图3中所示的实施例与图2中所示的实施例大体相同。
再次继续参考图2，激光源202发射激光束，该激光束在经历了经由分束器204、第二光学放大器206、光束分离器208、透镜210和PWP 212的处理后朝向诸如目标214等的目标前进。激光束被目标反射并在如图2所示的返回路径(“收集路径”)中被接收。诸如第一光学放大器216等的光学放大器(OA)通过受激发射将从目标接收的光子(“反射/返回激光束”)放大。通过OA生成的倍增光子具有与从目标接收的光子相同的相位。为了定量研究增益的影响，可使用表示FMCW LIDAR系统中的线性频率斜面(linear frequency ramp)的数学式。通过以下给出由FMCW LIDAR系统发出的光功率的标准化电场：
其中，Asend是离开LIDAR的功率的电场振幅，γ是频率调制的斜率，ω0是载波频率，以及φ0是恒定初始相位。通过以下给出由透镜系统收集并由OA放大的来自目标的反射功率：
其中，R是对象(“目标”)的反射率，η是收集效率(由透镜系统确定)，以及G是OA增益。
FMCW LIDAR系统将从目标接收的功率与本地振荡功率(LO)相混合，其中本地振荡功率(LO)具有以下电场：
其中，ALO是LO光功率的振幅。在这种情况下，通过以下给出由于在光电检测器(PD)处的混合而引起的标准化光电流：
其中，K和分别是PD的增益和响应度。这里，PASE是OA的放大的自发发射功率。在式1(e1)中，振荡项/>是RF信号，并且DC项确定散粒噪声。在一个方面中，在散粒噪声受限区域内操作LIDAR系统以实现最大SNR。在这种情况下，可使用时间平均化信号来计算SNR：
其中，q是元电荷，以及BW是检测带宽。对于LIDAR系统，接收信号功率比LO和ASE功率小得多(即，PLO和PASE>>PSend)。通过下式近似计算使用OA的SNR增益：
因此，如式3(e3)所示，使用OA的FMCW LIDAR系统的SNR可在PLO与PASE相当的情况下得以改善。例如，对于PLO～PASE以及各功率水平约为1mW且OA增益G可高达20dB的商业FMCW激光器而言，可以实现17dB的SNR增益。
注意，式2(e2)指示还可以通过增大TIA增益(K)、PD的响应度收集效率(η)或者发送光功率(PSend)以及通过减小检测带宽(BW)(即，增加检测平均时间)来提高SNR。然而，在实现期望的动态范围和带宽的同时增大TIA增益存在限制。根据本发明的方面，还可以使用雪崩光电二极管(APD)来增大检测器的响应度。可通过扩大收集孔径来增大收集效率；然而，优先保持LIDAR系统的紧凑性。为了保证眼睛安全的要求，发送光功率应保持低于特定功率。通常不能减小检测带宽，因为这样将增加系统延迟并减慢传感器反应。在一个实施例中，图2和图3中分别示出的光回路200和300可各自被包括在光子芯片或集成电路中。
图4示出根据公开的一些方面的用于操作LIDAR设备的方法400的示例流程图。在一些实施例中，可通过参考以上图1-3描述的系统和设备的一个或多个组件执行流程图400。
参考图4，方法400示出各种实施例所使用的示例功能。尽管在方法400中公开了具体的功能块(“块”)，但是这样的块是示例。即，实施例很好地适用于执行各种其它块或者方法400中叙述的块的变形。应当理解，可以以与所呈现的顺序不同的顺序执行方法400中的块，并且可以不执行方法400中的全部块。流程图400包括：在块402中，通过激光源发射激光束。流程图400还包括：在块404中，通过光学放大器在返回路径中接收从目标反射的返回激光束(来自目标的反射激光束)，以及在块406中，通过光学放大器来放大返回激光束以输出放大的返回激光束。流程图400还包括：在块408中，将放大的返回激光束与本地振荡信号的一部分混合，以及在块410中，光学组件基于放大的返回激光束输出电流。在实施例中，流程图400还可包括：通过光学组件处理具有放大的返回激光束的本地振荡信号以输出电流，以及在使朝向目标传播的激光束分离之前通过另一个光学放大器放大激光束。
为了提供对本发明的几个实施例的更好的理解，先前说明书陈述了诸如具体系统、组件、方法等的示例的许多具体细节。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在无需这些具体细节的情况下实行本发明的至少一些实施例。在其它情况下，为了避免不必要地模糊本发明，并未详细描述公知的组件或方法，或者仅以简单的框图形式呈现这些公知的组件或方法。因此，陈述的具体细节仅仅是示例性的。特定实施例可以与这些示例性细节不同，并且仍然被认为在本发明的范围之内。
遍及本说明书中参考“一个实施例”或者“实施例”意思是与包括在至少一个实施例中的实施例相结合描述的特定特征、结构或特性。由此，在遍及本说明书中各种位置出现用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不必然需要全部引用相同实施例。此外，术语“或者”旨在表示包括性的“或者”而非排他性的“或者”。
尽管以特定顺序示出和描述本文中的方法的操作，但是可改变各方法的操作的顺序，使得可以以相反的顺序执行某些操作，或者使得可以至少部分地与其它操作同时地执行某个操作。在另一个实施例中，不同操作的指令或子操作可以是间断或交替的方式。
本发明的示出实现的(包括说明书摘要中描述的)以上说明并不旨在穷举或将发明限制于公开的确切形式。尽管出于说明性目的而在本文中描述了发明的具体实现和示例，但是本领域技术人员将理解在发明的范围内的各种等同变型是可能的。本文中使用的词语“示例”或“示例性”旨在作为示例、实例或例示。本文中作为“示例”或“示例性”描述的任何方面或设计不必然被看作相比于其它方面或设计更优选或更有优势。相反，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体方式呈现概念。如本申请中使用的，术语“或者”旨在表示包括性的“或者”而非排他性的“或者”。即，除非另有规定或从上下文中清楚，否则“X包括A或B”旨在表示任何固有包括性的排列。即，如果X包括A；X包括B；或者X包括A和B两者，则在任何上述实例中均满足“X包括A或B”。此外，除非另有规定或者从上下文清楚指向单数形式，否则本申请和所附权利要求中使用的冠词“a”和“an”应当通常被看作表示“一个或多个”。此外，除非如此描述，否则全文中的术语“实施例”或者“一个实施例”或者“实现”或者“一个实现”的使用并不旨在表示相同实施例或者实现。此外，本文中使用的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等被作为标记来使用以区分不同元件，并且不必然地具有按照它们的数字编号的顺序的含义。

Claims (18)

1.一种光检测和测距设备即LIDAR设备，包括：
光回路，包括：
激光源，其被配置为发射激光束；
第一光束分离器，其可操作地耦接至所述激光源，所述第一光束分离器被配置为将所述激光束分离成本地振荡信号和朝向目标传播的传输光束；
第一光学放大器，其可操作地耦接至所述第一光束分离器，所述第一光学放大器被配置为：
在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及
放大返回激光束以输出放大的返回激光束，其中，所述本地振荡信号的功率水平与所述第一光学放大器的放大的自发发射功率相当以提高所述LIDAR设备的信噪比增益；以及
光学检测器，其可操作地耦接至所述第一光学放大器，所述光学检测器被配置为基于放大的返回激光束和所述本地振荡信号来输出电流。
2.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，所述第一光学放大器包括半导体光学放大器。
3.根据权利要求1所述的LIDAR设备，所述光学检测器包括：
光束组合器，其可操作地耦接至所述第一光学放大器的输出，所述光束组合器被配置为接收本地振荡信号；
光电检测器，其可操作地耦接至所述光束组合器；以及
放大器，其可操作地耦接至所述光电检测器，所述放大器被配置为输出电流。
4.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，还包括第二光束分离器，其中，所述第一光学放大器在所述返回路径中位于所述第二光束分离器之后。
5.根据权利要求4所述的LIDAR设备，其中，所述第二光束分离器包括环形器或偏振分束器。
6.根据权利要求4所述的LIDAR设备，所述光回路包括处于朝向所述目标传播的激光束的传输路径中的第二光学放大器，所述第二光学放大器可操作地耦接在所述激光源和所述第二光束分离器之间。
7.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，所述光回路包括在光子芯片中。
8.一种用于光检测和测距设备即LIDAR设备的光回路，所述光回路包括：
激光源，其被配置为发射朝向目标传播的激光束；
第一光束分离器，其可操作地耦接至所述激光源，所述第一光束分离器将所述激光束分离成本地振荡信号和朝向目标传播的传输光束；
第一光学放大器，其可操作地耦接至所述激光源，所述第一光学放大器被配置为：
在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及
放大所述返回激光束以输出放大的返回激光束，其中，所述本地振荡信号的功率水平与所述第一光学放大器的放大的自发发射功率相当以提高所述LIDAR设备的信噪比增益；以及
光学检测器，其可操作地耦接至所述第一光学放大器，所述光学检测器被配置为基于放大的返回激光束和所述本地振荡信号来输出电流。
9.根据权利要求8所述的光回路，其中，所述第一光学放大器包括半导体光学放大器。
10.根据权利要求8所述的光回路，其中，所述光学检测器包括：
光束组合器，其可操作地耦接至所述第一光学放大器的输出，所述光束组合器被配置为接收所述本地振荡信号：
光电检测器，其可操作地耦接至所述光束组合器；以及
放大器，其可操作地耦接至所述光电检测器，所述放大器被配置为输出电流。
11.根据权利要求8所述的光回路，还包括在所述返回路径中的第二光束分离器。
12.根据权利要求11所述的光回路，其中，所述第二光束分离器包括环形器或偏振分束器。
13.根据权利要求11所述的光回路，还包括：
第二光学放大器，其处于朝向所述目标传播的传输光束的传输路径中，所述第二光学放大器可操作地耦接在所述激光源和所述第二光束分离器之间。
14.一种用于光检测和测距的方法，包括：
通过激光源发射激光束；
通过光束分离器将所述激光束分离成本地振荡信号和朝向目标传播的传输光束；
通过光学放大器在返回路径中接收从目标反射的返回激光束；
通过所述光学放大器放大所述返回激光束以输出放大的返回激光束，其中，所述本地振荡信号的功率水平与所述光学放大器的放大的自发发射功率相当以提高LIDAR设备的信噪比增益；
将放大的返回激光束与本地振荡信号的一部分混合；以及
通过光学检测器基于放大的返回激光束和所述本地振荡信号来输出电流。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过另一光学放大器放大激光束，其中，使朝向所述目标传播的激光束分离是响应于通过所述另一光学放大器放大该激光束。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光学放大器包括半导体光学放大器。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光学放大器包括光纤光学放大器。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，利用偏振分束器将所述返回激光束引导至所述光学放大器。
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