CN114552362A - 一种用于激光雷达的激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于激光雷达的激光器，包括连续激光器、激光脉冲调制模块和放大模块。放大模块包括光学耦合隔离模块和N个光学放大器，第N级光学放大器用于将输入的信号放大后输出，并将接收到的反向回波信号进行放大。光学耦合隔离模块设置在第N个光学放大器之前；光学耦合隔离模块使来自连续激光器出射方向的发射信号传输到第N个光学放大器，并将从第N个光学放大器返回的反向回波信号隔离并输出。本发明在不提高现有成本的情况下将回反光放大了指数倍量级后再进行探测和信号提取，能大大提高回波信号的强度，从而提取更微弱的光学信号，从而大大提高激光雷达的探测范围。

Description

一种用于激光雷达的激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种用于激光雷达的激光器。

背景技术

激光雷达是一种主动的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光具有高亮度、高方向性、高相干性、高峰值功率的特点。因此，激光雷达具有高角分辨率、高的距离分辨率、高时间分辨率、高测量精度、远探测距离、多目标探测、强抗干扰的优点。通过以激光为信息载体，激光雷达可以用振幅、频率、相位、偏振来搭载信息。因此，其不仅可以精确测距，还可以精确测量频移、角度、姿态、退偏振。继微波雷达之后，激光雷达将辐射源的频率提高到了光频率，比毫米波高出四个数量级，这使之能够探测微小自然目标，如大气中的气溶胶和分子。随着激光技术和光电子学技术的发展，激光雷达已成为重要遥感探测手段。

然而，本发明的发明人经过研究发现，当使用激光雷达进行大气探测时，由于大气粒子的后向散射信号非常微弱，对激光雷达的发射功率要求很高，而微弱的后向散射信号又导致激光雷达的信噪比偏低，为信号有效提取带来了一系列问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于激光雷达的激光器。

本发明是这样实现的：

一种用于激光雷达的激光器，包括连续激光器、激光脉冲调制模块和放大模块；其中：

连续激光器用于输出预定波长的连续的激光信号；所述连续激光器的输出端与激光脉冲调制模块的输入端连接；

激光脉冲调制模块用于将输入的连续激光信号调制为脉冲信号；

放大模块用于将激光脉冲调制模块输出的信号进行放大；

所述放大模块包括光学耦合隔离模块和N个光学放大器；

每个光学放大器均用于对输入的信号进行放大；第N级光学放大器用于将输入的信号放大后输出，并将接收到的反向回波信号进行放大；其中，N为整数，N≥1；

所述光学耦合隔离模块设置在激光脉冲调制模块与第N个光学放大器之间；所述N个光学放大器和所述光学耦合隔离模块通过光纤依次连接；所述光学耦合隔离模块用于使来自连续激光器出射方向的发射信号传输到第N个光学放大器，并将从第N个光学放大器返回的反向回波信号隔离并输出。

进一步的，还包括第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器包括输入端和两个输出端，所述第一光纤耦合器用于将输入的信号按照预设的比例分束并通过两个输出端分别输出；所述第一光纤耦合器的输入端与连续激光器的输出端连接，其中一个输出端与激光脉冲调制模块的输入端连接。

激光器模块用于相干激光雷达，所述第一光纤耦合器的另一输出端用于作为信号光与光学耦合隔离模块输出的回波信号拍频；第N级光学放大器用于与激光雷达的望远镜连接。

光纤耦合器（coupler）又称为光纤分束器（splitter），有多个输入端和输出端，能够实现光束的分束和耦合。

进一步的，N≥2；所述光学耦合隔离模块设置在第N级光学放大器和第N-1级光学放大器之间。

进一步的，所述光学耦合隔离模块为光纤环形器，所述光纤环形器包括输入端、收发端和输出端，所述光纤环形器的输入端与激光脉冲调制模块或靠近激光脉冲调制模块一侧的光学放大器连接；所述光纤环形器的收发端与远离激光脉冲调制模块一侧的光学放大器连接，用于将输入的信号输出到远离激光脉冲调制模块一侧的光学放大器，所述光纤环形器的输出端用于输出接收到的反向回波信号。

进一步的，N=3，所述放大模块包括3个光学放大器，分别为第1级光学放大器、第2级光学放大器和第3级光学放大器；所述光学耦合隔离模块为光纤环形器，所述光纤环形器的输入端与第2级光学放大器连接；所述光纤环形器的收发端与第3级光学放大器连接，用于将输入的信号输出到第3级光学放大器，所述光纤环形器的输出端用于输出接收到的反向回波信号。

进一步的，连续激光器为光纤激光器，所述光学放大器为与激光波长对应的稀土元素掺杂的光纤放大器；所述光学放大器为掺铒光纤放大器、掺镱光纤放大器、铒镱共掺双包层光纤放大器中的一种或几种；所述脉冲调制模块为声光调制器、电光调制器或磁光调制器。

进一步的，所述光学放大器的放大倍数为100倍~10000倍之间；前N-1级光学放大器的放大倍数为100倍，第N级光学放大器的放大倍数为1000倍。

进一步的，被探测介质为激光能够传输的介质，包括水、空气、气溶胶、真空、光纤中的一种或几种。

进一步的，所述光学耦合隔离模块包括隔离器和第二光纤耦合器，隔离器和第二光纤耦合器通过光纤连接，其中：

所述隔离器设置在靠近激光脉冲调制模块的一侧，用于使来自连续激光器出射方向的发射信号通过，并隔离反向回波信号；隔离器的输入端与激光脉冲调制模块或光学放大器连接，输出端与第二光纤耦合器连接；

所述第二光纤耦合器为2*1型光纤耦合器，包括两个输入端和一个输出端；其中一个输入端与隔离器连接，输出端与光学放大器连接，另一输入端用于输出反向回波信号。

综上所述，本发明提供了一种用于激光雷达的激光器，包括连续激光器、激光脉冲调制模块和放大模块。每个光学放大器均用于对输入的信号进行放大；第N级光学放大器用于将输入的信号放大后输出，并将接收到的反向回波信号进行放大。 光学耦合隔离模块设置在第N个光学放大器之前；N个光学放大器和光学耦合隔离模块通过光纤依次连接；光学耦合隔离模块用于使来自连续激光器出射方向的发射信号传输到第N个光学放大器，并将从第N个光学放大器返回的反向回波信号隔离并输出。

本发明的光学耦合隔离模块（如环形器）设置在最后一级光学放大器之前，大大降低了环形器需要承受的最高功率，从而大大降低环形器的成本。

本发明的出射光无需通过环形器尾纤直接输出，可以有效提高放大器的非线性阈值，可以通过增加泵浦进一步提升脉冲峰值功率，提高探测距离。

本发明在不提高现有成本的情况下将回反光放大了指数倍量级后再进行探测和信号提取，能够大幅提高探测距离。现有技术中，提高探测距离和信噪比，通常采用的方式是增加出射激光的功率。本发明在对回波信号分析之前首先对回波信号进行光学放大，故能大大提高回波信号的强度，从而提取更微弱的光学信号，从而大大提高激光雷达的探测范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的用于激光雷达的激光器的结构框图；

图2为本发明实施例提供的用于激光雷达的激光器的又一结构框图；

图3为本发明实施例提供的用于激光雷达的激光器的另一结构框图；

图4为本发明实施例提供的用于激光雷达的激光器的再一结构框图。

具体实施方式

下面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，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例：图1为本发明实施例提供的一种用于激光雷达的激光器的结构框图。如图1所示，一种用于激光雷达的激光器，包括连续激光器1、激光脉冲调制模块2和放大模块；其中：

连续激光器1用于输出预定波长的连续的激光信号；所述连续激光器1的输出端与激光脉冲调制模块2的输入端连接；

激光脉冲调制模块2用于将输入的连续激光信号调制为脉冲信号；

放大模块用于将激光脉冲调制模块2输出的信号进行放大；

所述放大模块包括光学耦合隔离模块3和N个光学放大器。

每个光学放大器均用于对输入的信号进行放大；第N级光学放大器用于将输入的信号放大后输出，并将接收到的反向回波信号进行放大；其中，N为整数，N≥1；

所述光学耦合隔离模块3设置在激光脉冲调制模块2与第N个光学放大器之间；所述N个光学放大器和所述光学耦合隔离模块3通过光纤依次连接；所述光学耦合隔离模块3用于使来自连续激光器1出射方向的发射信号传输到第N个光学放大器，并将从第N个光学放大器返回的反向回波信号隔离并输出。

本发明所述的前后位置指，定义激光发射方向为正向，则沿着激光发射方向位置依次从前向后。N个光学放大器沿着激光发射方向分别为第1级光学放大器、第2级光学放大器、...第N级光学放大器。

连续激光器1也称为种子激光器、种子光源，能够提供预定波长的连续的激光信号。

可选的，激光脉冲调制模块2为声光调制器、电光调制器或磁光调制器，所述声光调制器还用于将输入的激光信号产生预设的频移。

声光调制器（AOM）模块具有特定频移量，本发明中以频移量为80MHz为例。激光器的主控电路板通过控制输入声光调制器模块的射频信号来控制声光的开关及开通门限宽度从而将连续激光截断成一定宽度（如几纳秒）的脉冲激光，此时开启时间将被记录为时序基准。

当然，电光调制器或磁光调制器及机械调制器等均可将连续的激光信号转化为脉冲光信号，只要能实现将输入的连续的激光信号调制为脉冲光信号输出功能，均适用于本发明。

在一个优选的实施例中，连续激光器1产生的波长优选为光通信C-Band 波段（1520nm至1570nm），以及L-Band 波段（即1570nm至1610nm）。在C-Band波段和L-Band波段，除了大气分子瑞利信号的影响可忽略外，由于光通信器件的高速发展和成熟，光器件稳定可靠，并且该波段的人眼安全系数高，可在城市、机场、气象站等人口密集的场地运行，可实现小型化，便捷式、人眼安全探测。而现有技术中，大气测量广泛采用的近红外波短波波段无法实现全光纤集成，系统庞大，不紧凑。

所述连续激光器1为光纤激光器；所述光学放大器为光纤器件；所述连续激光器1、激光脉冲调制模块2、放大模块、光学耦合隔离模块3之间均采用光纤连接。

被探测介质为激光能够传输的介质，包括水、空气、气溶胶、真空、光纤中的一种或几种。

在一个实施例中，所述连续激光器1的发射波长为0.9微米~2.5微米；所述连续激光器1输出的激光光谱线宽小于15kHz；所述激光脉冲调制模块24输出的脉冲宽度为0.1纳秒-2000纳秒。

连续激光器1为光纤激光器时，所述光学放大器为与激光波长对应的稀土元素掺杂的光纤放大器。所述光学放大器为掺铒光纤放大器、掺镱光纤放大器、铒镱共掺双包层光纤放大器中的一种或几种。例如，光学放大器为掺杂铒或者同时掺杂铒镱稀土元素的光纤放大模块。

在一个实施例中，所述光学放大器的放大倍数为100倍~10000倍之间，即20dB~40dB。优选的，前N-1级光学放大器的放大倍数为100倍，第N级光学放大器的放大倍数为1000倍。

在一个实施例中，光纤环形器31输入输出尾纤长度之和为0.8米~1.5米，例如，光纤环形器31输入输出尾纤长度共1米。

发明中以中心波长为1548nm，光谱线宽小于15kHz，相对强度噪声小于-140dB/Hz为例。

在一个实施例中，每个所述光学放大器输出的激光光谱线宽是傅里叶变换的极限，说明本发明技术可以达到非常好的光束质量。每个光学放大器输出的激光单脉冲能量为0.1微焦~2000微焦。

特别的，在弱信号检测的应用场景中（如大气探测），每个光学放大模块输出的激光单脉冲能量为0.1微焦~150微焦。

在一个实施例中，N≥2；所述光学耦合隔离模块3设置在第N级光学放大器和第N-1级光学放大器之间。即，所示光学耦合隔离模块3与最后一级光学放大器连接。由于回波信号非常微弱，而光学放大器对于微弱信号的放大能力通常会增强，因此，将光学耦合隔离模块3设置在第N级光学放大器和第N-1级光学放大器之间时，对回波信号仅仅进行一次放大，由于回反光非常微弱，并不耗用过多的泵浦能量，能够在放大回波信号的同时不影响正常正向放大信号。且，由于小信号的放大倍数大于大信号，将光学耦合隔离模块3设置在第N级光学放大器和第N-1级光学放大器之间，回波信号的放大倍数效应也最强。

在一个实施例中，如图2所示，所述光学耦合隔离模块3为光纤环形器31，光纤环形器31也简称为环形器。所述光纤环形器31包括输入端、收发端和输出端，所述光纤环形器31的输入端与激光脉冲调制模块2或靠近激光脉冲调制模块2一侧的光学放大器连接；所述光纤环形器31的收发端与远离激光脉冲调制模块2一侧的光学放大器连接，用于将输入的信号输出到远离激光脉冲调制模块2一侧的光学放大器，所述光纤环形器31的输出端用于输出接收到的反向回波信号。

在一个实施例中，N=3，所述放大模块包括3个光学放大器，分别为第1级光学放大器、第2级光学放大器和第3级光学放大器；所述光学耦合隔离模块3为光纤环形器31，所述光纤环形器31的输入端与第2级光学放大器连接；所述光纤环形器31的收发端与第3级光学放大器连接，用于将输入的信号输出到第3级光学放大器，所述光纤环形器31的输出端用于输出接收到的反向回波信号。

在一个实施例中，所述光学耦合隔离模块3包括隔离器32和第二光纤耦合器33，隔离器32和第二光纤耦合器33通过光纤连接，其中：

所述隔离器32设置在靠近激光脉冲调制模块2的一侧，用于使来自连续激光器1出射方向的发射信号通过，并隔离反向回波信号；隔离器32的输入端与激光脉冲调制模块2或光学放大器连接，输出端与第二光纤耦合器33连接；

所述第二光纤耦合器33为2*1型第二光纤耦合器33，包括两个输入端和一个输出端；其中一个输入端与隔离器32连接，输出端与光学放大器连接，另一输入端用于输出反向回波信号。

本发明将环形器和第N级放大模块互换位置，并且根据前后放大级的输出输入光纤的型号来修改匹配，那么出射光输出返回后，将进入第N级放大模块中进行反向放大，并通过环形器输出，此时就将回反光放大了指数倍量级后再进行探测和信号提取。本发明的主要目的是在不提高现有成本的情况下大大的增加探测距离。由于回反光非常微弱，并不耗用过多的泵浦能量，故在反向放大时候不影响正常正向放大信号。

本发明的光学耦合隔离模块3，以环形器为例，环形器设置在最后一级光学放大器之前，大大降低了环形器需要承受的最高功率，从而大大降低环形器的成本。举例来说，若最后一级的放大倍数为100倍（20dB），则环形器的最高承受功率可从2瓦降到只需承受20mw左右的功率，使环形器的成本降低一半左右。

本发明的出射光无需通过环形器尾纤直接输出，可以有效提高放大器的非线性阈值，可以通过增加泵浦进一步提升脉冲峰值功率，提高探测距离。

本发明在不提高现有成本的情况下将回反光放大了指数倍量级后再进行探测和信号提取，能够大幅提高探测距离。现有技术中，提高探测距离和信噪比，通常采用的方式是增加出射激光的功率。本发明在对回波信号分析之前首先对回波信号进行光学放大，故能大大提高回波信号的强度，从而提取更微弱的光学信号，从而大大提高激光雷达的探测范围。

在一个实施例中，本发明的激光器模块用于相干激光雷达。

相干激光雷达由光源发射保偏脉冲激光与大气相互作用产生的回波信号与本地的系统本振光产生差频信号，同时测量被放大的差频信号即可相对容易的得到待测大气参数如径向风速。光源部分包括一个脉冲的高功率激光器（出射光）和一个窄线宽的连续波激光器（本振光），出射光中的小部分用于和本振光混频，大部分被发射至大气中，然后被空气中气溶胶或大气分子散射产生回波信号，回波信号被望远镜4接收后与本振光混频；探测部分包括两个探测器，一个用来探测出射光的频率f₀ 和本振光频率f_LO的混频信号，另一个用来探测回波信号f₀+△f和本振光f_LO的混频信号。

如图3所示，在相干激光雷达的应用场景中，进一步的，还包括第一光纤耦合器5，所述第一光纤耦合器5包括输入端和两个输出端，所述第一光纤耦合器5用于将输入的信号按照预设的比例分束并通过两个输出端分别输出；所述第一光纤耦合器5的输入端与连续激光器1的输出端连接，其中一个输出端与激光脉冲调制模块2的输入端连接。

所述第一光纤耦合器5的另一输出端用于作为信号光与光学耦合隔离模块3输出的回波信号拍频；所述在第N级光学放大器用于与激光雷达的望远镜4连接。

示例的所述的声光调制器模块，是一种具有特定频移的声光调制器模块，本发明中以频移量为80MHz为例。通过控制输入声光调制器模块的射频信号来控制声光的开关及开通门限宽度从而将连续激光截断成纳秒脉冲激光。

下面，将从一个具体的应用场景中，即相干激光雷达的应用场景，就本发明的原理和实现方式进行详细阐述，以N为3为例。

如图3 所示，根据本发明实施例的一种用于激光雷达的激光器，运行于1.5μm波长附近，用于相干激光雷达，为窄线宽纳秒脉冲光纤激光器。

如上图，发射波长在1.5μm的连续激光器1（CW）激光种子源，为整个系统提供原始信号光。连续激光器1产生窄线宽的保偏连续激光，如线宽5kHz、功率50mW。

第一光纤耦合器5是用于将发射波长在1.5μm的连续（CW）激光种子源，第一光纤耦合器5是一种特制的全光纤无源器件，输入端一根光纤，输出端两根光纤；用于将发射波长在1.5μm的连续激光，按比例分成两份，例如1：99。

连续激光器1输出的激光经过第一光纤耦合器5后输出约5mW的作为本振光，剩下的约45mW作为信号光进入脉冲调制模块（如声光调制器AOM）形成脉冲波形，输出激光参数为线宽5kHz、功率90uW，重复频率20kHz，脉宽200ns，单脉冲能量4nJ。

声光调制器（AOM）用于将连续信号光的一部分截断成脉冲激光以及产生固定频移。声光调制器（AOM）是一种具有特定频移量的光纤声光调制器。在一些特定的应用场景中，例如相干激光雷达测量大气风速，需要声光调制器产生频移。本发明中以频移量为80MHz为例。激光器的主控电路板通过控制输入声光调制器模块的射频信号来控制声光的开关及开通门限宽度从而将连续激光截断成纳秒脉冲激光，此时开启时间将被记录为时序基准。当然，在一些具体的应用场景中，声光调制器也可以不产生频移，仅仅作为脉冲调制器件，产生脉冲光。

第1级和第2级光学放大器的放大倍数为100倍，第3级光学放大器的放大倍数为1000倍。通过第1级光学放大器和第2级光学放大器放大后输出的激光参数为0.4uJ、8mW，继续通过环形器输入端（端口1），从环形器收发端（端口2）输出激光参数为0.2uJ、4mW，通过最后一级即第3级光学放大器放大后输出的激光参数为200uJ、4W。再通过准直系统如望远镜4等射入到空气场中。从大气反射后的回波信号再反向通过准直系统并反向进入第3级放大，此部分回光功率约20nW，反向通过最后一级放大后功率约为200uW，故回光反向放大了10000倍即40dB，并从环形器输出端（端口3）输出。第一光纤耦合器5输出的本振光与环形器输出端输出的回波信号连接到平衡探测器6。此时信号回光被放大了40dB，大大提高了微弱信号的探测能力。

在本发明的另一实施例中，如图4所示，所述光学耦合隔离模块3包括隔离器32和第二光纤耦合器33，隔离器32和第二光纤耦合器33通过光纤连接，其中：

所述隔离器32设置在靠近激光脉冲调制模块2的一侧，用于使来自连续激光器1出射方向的发射信号通过，并隔离反向回波信号；隔离器32的输入端与激光脉冲调制模块2或光学放大器连接，输出端与第二光纤耦合器33连接；

所述第二光纤耦合器33为2*1型第二光纤耦合器33，包括两个输入端和一个输出端；其中一个输入端与隔离器32连接，输出端与光学放大器连接，另一输入端用于输出反向回波信号。

具体的：在一个实施例中，其中第二光纤耦合器33为2*1型，分光比可以设置为50:50。

正向发射信号经 N-1级光学放大器输出进入隔离器32后，从第二光纤耦合器33的第一输入端进入第二光纤耦合器33，其中50%从输出端输出，之后再进入第N级放大。在这里损失掉50%能量，也就是3db衰减。返回放大光从输出端反向输入，其中50%从第一输入端输出，反向进入隔离器32后被阻挡，将损失掉。剩下50%光从第二输入端输出。在用于相干激光雷达的场景中，输出信号与第一光纤耦合器51%的光进入平衡探测器进行拍频。

本发明至少具有以下有益效果：

（1）本发明的光学耦合隔离模块3（如环形器）设置在最后一级光学放大器之前，大大降低了环形器需要承受的最高功率，从而大大降低环形器的成本。举例来说，若最后一级的放大倍数为100倍（20dB），则环形器的最高承受功率可从2瓦降到只需承受20mw左右的功率，使环形器的成本降低一半左右。

（2）本发明的出射光无需通过环形器尾纤直接输出，可以有效提高放大器的非线性阈值，可以通过增加泵浦进一步提升脉冲峰值功率，提高探测距离。

对于大气探测，由于大气回波信号通常是微弱信号，通常信噪比非常低。当大气损耗为定值时，为了提高激光雷达的信噪比和测量距离，通常采取增加出射光的单脉冲能量，或者单脉冲峰值功率，虽然在一定程度上能够提高信噪比，但光功率超过受激布里渊散射的阈值时，会激发强烈的受激布里渊散射，降低激光功率，损坏光纤器件。故限制了激光雷达的探测距离。

对于光纤器件，一旦输入的信号光功率达到或超过受激布里渊散射的阈值，将会发生很强的受激布里渊散射。受激布里渊散射会把绝大部分输入功率转换为反向斯托克斯波，反向斯托克斯波会消耗传输中的激光能量，造成正向传输的激光功率的显著损失，并会造成透射信号抖动。更为严重的是，强烈的反向斯托克斯波还可能会损害激光器，进而对整个光学系统造成危害。

由于环形器输入输出尾纤长度共一米左右，本发明最后一级放大级之后不设置环形器，那么相当于直接减少一米的光纤传输距离，从而使激光器模块的受激布里渊散射效应将大大降低，故脉冲峰值功率可以提高50%左右，从而大幅提高信号强度和探测距离。

（3）本发明在不提高现有成本的情况下将回反光放大了指数倍量级后再进行探测和信号提取，能够大幅提高探测距离。现有技术中，提高探测距离和信噪比，通常采用的方式是增加出射激光的功率。本发明在对回波信号分析之前首先对回波信号进行光学放大，故能大大提高回波信号的强度，从而提取更微弱的光学信号，从而大大提高激光雷达的探测范围。

假设最后一级放大级输入功率为20mW，按1000倍（即30dB）放大后到2W，按铒镱共参光纤的放大效率30%，需要6.7瓦的泵浦功率，再假设回光功率为20nW，按小信号的放大倍数高于大信号的来估计，即10000倍（40dB），回波信号放大到200uW，那么将耗用不到1mW的泵浦功率，和正向信号放大所需的6.7W功率相比可以忽略不计。由于回波信号（回反光）非常微弱，并不耗用过多的泵浦能量，故在反向放大时候不影响正常正向放大信号。

其中最重要的是，本发明可以将回光信号放大10000倍（40dB）。假设2W信号光输出和20nW的回光信号能测量20km的距离，那么就是80dB的探测范围，现在升级成120dB的探测能力，可以估算出增加到30km的探测距离，从而在不提高现有成本的情况下将回反光放大了指数倍量级后再进行探测和信号提取，提高探测距离。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，包括连续激光器、激光脉冲调制模块和放大模块；其中：

连续激光器用于输出预定波长的连续的激光信号；所述连续激光器的输出端与激光脉冲调制模块的输入端连接；

激光脉冲调制模块用于将输入的连续激光信号调制为脉冲信号；

放大模块用于将激光脉冲调制模块输出的信号进行放大；

所述放大模块包括光学耦合隔离模块和N个光学放大器；

每个光学放大器均用于对输入的信号进行放大；第N级光学放大器用于将输入的信号放大后输出，并将接收到的反向回波信号进行放大；其中，N为整数，N≥1；

所述光学耦合隔离模块设置在激光脉冲调制模块与第N个光学放大器之间；所述N个光学放大器和所述光学耦合隔离模块通过光纤依次连接；所述光学耦合隔离模块用于使来自连续激光器出射方向的发射信号传输到第N个光学放大器，并将从第N个光学放大器返回的反向回波信号隔离并输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，还包括第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器包括输入端和两个输出端，所述第一光纤耦合器用于将输入的信号按照预设的比例分束并通过两个输出端分别输出；所述第一光纤耦合器的输入端与连续激光器的输出端连接，其中一个输出端与激光脉冲调制模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，激光器模块用于相干激光雷达，所述第一光纤耦合器的另一输出端用于作为信号光与光学耦合隔离模块输出的回波信号拍频；第N级光学放大器用于与激光雷达的望远镜连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，所述光学耦合隔离模块为光纤环形器，所述光纤环形器包括输入端、收发端和输出端，所述光纤环形器的输入端与激光脉冲调制模块或靠近激光脉冲调制模块一侧的光学放大器连接；所述光纤环形器的收发端与远离激光脉冲调制模块一侧的光学放大器连接，用于将输入的信号输出到远离激光脉冲调制模块一侧的光学放大器，所述光纤环形器的输出端用于输出接收到的反向回波信号。

5.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，N=3，所述放大模块包括3个光学放大器，分别为第1级光学放大器、第2级光学放大器和第3级光学放大器；所述光学耦合隔离模块为光纤环形器，所述光纤环形器的输入端与第2级光学放大器连接；所述光纤环形器的收发端与第3级光学放大器连接，用于将输入的信号输出到第3级光学放大器，所述光纤环形器的输出端用于输出接收到的反向回波信号。

6.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，连续激光器为光纤激光器，所述光学放大器为与激光波长对应的稀土元素掺杂的光纤放大器；所述光学放大器为掺铒光纤放大器、掺镱光纤放大器、铒镱共掺双包层光纤放大器中的一种或几种；所述脉冲调制模块为声光调制器、电光调制器或磁光调制器。

7.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，被探测介质为激光能够传输的介质，包括水、空气、气溶胶、真空、光纤中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的激光器，其特征在于，所述光学耦合隔离模块包括隔离器和第二光纤耦合器，隔离器和第二光纤耦合器通过光纤连接，其中：

所述隔离器设置在靠近激光脉冲调制模块的一侧，用于使来自连续激光器出射方向的发射信号通过，并隔离反向回波信号；隔离器的输入端与激光脉冲调制模块或光学放大器连接，输出端与第二光纤耦合器连接；

所述第二光纤耦合器为2*1型光纤耦合器，包括两个输入端和一个输出端；其中一个输入端与隔离器连接，输出端与光学放大器连接，另一输入端用于输出反向回波信号。

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