CN116973926A - 激光雷达 - Google Patents

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Abstract

一种激光雷达，包括：激光雷达芯片，激光雷达芯片上包括至少一个激光传输探测通道，配置为传输具有第一偏振状态的探测光束以及具有第一偏振状态的本振光束，激光传输探测通道包括：光发射端，配置为发射探测光束，探测光束遇到障碍物后分别反射产生反射光束，反射光束包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束；光接收端，配置为接收第一子反射光束和第二子反射光束中的至少一者；混频器，接收本振光束以及反射光束，并对本振光束及反射光束执行混频操作输出混频光束；以及检测器，配置为接收混频光束并输出探测电信号，激光雷达根据探测电信号测定障碍物的距离和/或速度。

Description

激光雷达
技术领域
本公开涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达。
背景技术
激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达现在广泛部署在包括自动车辆在内的不同的场景中。激光雷达可以在扫描场景时主动估计到环境特征的距离及速度，并生成指示环境场景的三维形状的点位置云。激光雷达是广泛用于自动驾驶场景中的核心传感器之一，可以用于收集外部环境的三维信息。激光雷达按照探测机制，主要可以分成飞行时间(Time of Flight，ToF)和调频连续波(Frequency Modulated ContinuousWave，FMCW)这两种激光雷达。
发明内容
本公开一些实施例提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：
激光雷达芯片，所述激光雷达芯片上包括至少一个激光传输探测通道，配置为传输具有第一偏振状态的探测光束以及具有第一偏振状态的本振光束，所述激光传输探测通道包括：
光发射端，配置为发射所述探测光束，所述探测光束遇到障碍物后分别反射产生反射光束，所述反射光束包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束；
光接收端，配置为接收所述第一子反射光束和第二子反射光束中的至少一者；
混频器，接收所述本振光束以及所述反射光束，并对所述本振光束及所述反射光束执行混频操作输出混频光束；以及
检测器，配置为接收所述混频光束并输出探测电信号，
所述激光雷达根据所述探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
在一些实施例中，所述激光雷达还包括：
透镜组件，配置为对所述光发射端出射的探测光束执行准直并偏转，以及对所述反射光束执行聚焦以耦合进入所述激光传输探测通道；以及
光束扫描装置，设置在所述透镜组件靠近所述障碍物一侧，配置为随着时间调整来自所述光发射端出射的探测光束的出射方向以实现光束扫描。
在一些实施例中，所述激光雷达还包括环形器，设置在所述激光雷达芯片与所述透镜组件之间，所述环形器包括：
第一端口，配置为接收所述探测光束；
第二端口，配置为向所述透镜组件出射所述探测光束并接收所述反射光束；以及
第三端口，配置为向所述激光传输探测通道出射所述反射光束，使得所述第一子反射光束和第二子反射光束共轴耦合进入所述光接收端。
在一些实施例中，所述激光传输探测通道还包括：
偏振旋转器，配置为接收所述本振光束，并将所述本振光束转换为具有第一偏振状态的第一子本振光束以及具有第二偏振状态的第二子本振光束，
所述混频器配置为接收所述第一子本振光束以及所述第一子反射光束，并对所述第一子本振光束及所述第一子反射光束执行混频操作输出第一子混频光束；以及接收所述第二子本振光束以及所述第二子反射光束，并对所述第二子本振光束及所述第二子反射光束执行混频操作输出第二子混频光束，
所述检测器配置为接收所述第一子混频光束并输出第一子探测电信号，以及接收所述第二子混频光束并输出第二子探测电信号，
所述激光雷达根据所述第一子探测电信号以及第二子探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
在一些实施例中，所述激光雷达芯片还包括：
接收端口，配置为接收激光；以及
分光器，配置为将所述激光分束为所述探测激光以及本振激光，所述探测激光及本振激光配置为传输至所述激光传输探测通道。
在一些实施例中，所述激光雷达还包括偏振传输分束装置，设置在所述激光雷达芯片与所述透镜组件之间，所述偏振传输分束装置配置为：
允许输所述探测光束保持原方向通过；
平移偏置反射光束中的第一子反射光束使得所述第一子反射光束入射至所述光接收端；以及
允许反射光束中第二子反射光束保持原方向通过使得所述第二子反射光束中入射至所述光发射端，所述光发射端共轴收发所述探测光束以及所述第二子反射光束。
在一些实施例中，所述本振光束包括第一本振光束和第二本振光束，
所述混频器包括第一混频器和第二混频器，分别设置在所述检测器两侧，所述第一混频器配置为接收所述第一本振光束以及所述第一子反射光束，并对所述第一本振光束及所述第一子反射光束执行混频操作输出第一混频光束；所述第二混频器配置接收所述第二本振光束以及所述第二子反射光束，并对所述第二本振光束及所述第二子反射光束执行混频操作输出第二混频光束，
所述检测器配置为接收所述第一混频光束并输出第一探测电信号，以及接收所述第二混频光束并输出第二探测电信号，
所述激光雷达根据所述第一探测电信号以及第二探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
在一些实施例中，所述激光传输探测通道包括：
偏振旋转分束器，配置为接收所述第二子反射光束，将所述第二子反射光束的偏振状态由第二偏振状态改为第一偏振状态，并传输偏振状态更换后的第二子反射光束至所述第二混频器。
在一些实施例中，偏振传输分束装置包括依次远离所述激光雷达芯片设置的法拉第旋光器、半波片以及偏振光束偏置器，
所述探测光束依次经过所述法拉第旋光器及半波片后由第一偏振状态偏振光转换为第二偏振状态偏振光，第二偏振状态偏振光保持原方向通过所述偏振光束偏置器后依次经过所述透镜组件、光束扫描装置到达所述障碍物形成所述反射光束，所述反射光束沿原光路返回至所述偏振光束偏置器，所述反射光束中的具有第二偏振状态的第二子反射光束保持原方向通过所述偏振光束偏置器后依次经过所述半波片及法拉第旋光器，进而入射至所述光发射端，反射光束中的具有第一偏振状态的第一子反射光束经过所述偏振光束偏置器平移偏置后依次经过所述半波片及法拉第旋光器，进而入射至所述光接收端。
在一些实施例中，所述激光雷达芯片还包括：
接收端口，配置为接收激光；以及
分光器，配置为将所述激光分束为所述探测激光、第一本振激光以及第二本振激光，所述探测激光、第一本振激光以及第二本振激光配置为传输至所述激光传输探测通道。
本公开实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：
激光雷达通过传输探测通道发射具有第一偏振状态的探测光束并接收包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束的反射光束，充分利用反射光束来进行障碍物的测定，提高探测概率。同时避免了由于物体反射光束中TM模式偏振光较弱、TE模式偏振光较强而无法探测物体的情况。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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他的附图。在附图中：
图1为本公开一些实施例提供的激光雷达的结构示意图；
图2为本公开一些实施例提供的激光雷达芯片的部分结构示意图；
图3为本公开一些实施例提供的激光雷达的结构示意图；
图4为本公开一些实施例提供的激光雷达芯片的部分结构示意图；
图5为本公开提供的FWCW扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。
具体实施方式
为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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它实施例，都属于本公开保护的范围。
在本公开实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本公开实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本公开实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
本领域中，激光雷达以测距方式为依据主要包括以下两个技术路线：ToF(Time ofFlight，飞行时间法)与FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave，调频连续波)。ToF的测距原理是，用光脉冲在目标物与激光雷达间的飞行时间乘以光速来测算距离，ToF激光雷达采用了脉冲振幅调制技术。与ToF路线不同，FMCW主要通过发送和接收连续激光束，把回光和本地光做干涉，并利用混频探测技术来测量发送和接收的频率差异，再通过频率差换算出目标物的距离。简言之，ToF使用时间来测量距离，而FMCW使用频率来测量距离。FMCW相较于ToF具有以下优势：ToF的光波容易受环境光干扰，而FMCW的光波抗干扰能力很强；ToF的信噪比过低，而FMCW的信噪比很高，ToF的速度维数据质量低，而FMCW可获取每个像素点的速度维数据。
相关技术中，FMCW激光雷达发射的探测光束通常为TE模式偏振光，TE模式偏振光便于在芯片内的单模波导中传输，TE模式偏振光遇到障碍物时产生反射光束，反射光束通常不具有特定的偏振特性，例如为自然光，可以认为反射光束包括TE模式偏振光以及TM模式偏振光。通常地，反射光束中仅有TM模式偏振光被接收端接收用于执行障碍物测定。相关技术中的FMCW激光雷达需要足够强的探测光束来获得足够强的有效利用的反射光束中的TM模式偏振光，需要较大功率的激光雷达。当激光雷达功率过小时，有效利用的反射光束中的TM模式偏振光偏弱，可能会导致激光雷达探测概率较低。
本公开提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：激光雷达芯片，所述激光雷达芯片上包括至少一个激光传输探测通道，配置为传输具有第一偏振状态的探测光束以及具有第一偏振状态的本振光束，所述激光传输探测通道包括：光发射端，配置为发射所述探测光束，所述探测光束遇到障碍物后分别反射产生反射光束，所述反射光束包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束；光接收端，配置为接收所述第一子反射光束和第二子反射光束中的至少一者；混频器，接收所述本振光束以及所述反射光束，并对所述本振光束及所述反射光束执行混频操作输出混频光束；以及检测器，配置为接收所述混频光束并输出探测电信号，所述激光雷达根据所述探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
激光雷达通过传输探测通道发射具有第一偏振状态的探测光束并接收包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束的反射光束，充分利用反射光束来进行障碍物的测定，提高探测概率。同时避免了由于物体反射光束中TM模式偏振光较弱、TE模式偏振光较强而无法探测物体的情况。
下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。
图1为本公开一些实施例提供的激光雷达的结构示意图，图2为本公开一些实施例提供的激光雷达芯片的部分结构示意图。如图1和图2所示，本公开提供一种激光雷达1000，包括激光雷达芯片100，其为FMCW激光雷达芯片。
激光雷达芯片100包括衬底，以及设置在衬底上的至少一个激光传输探测通道110，衬底例如为硅基衬底。激光传输探测通道110的数量为1个或更多个。每个激光传输探测通道110分别用于发射1条探测光束，所述探测光束遇到障碍物后分别反射产生相应的反射光束，每个激光传输探测通道110还用于接收相应反射光束，以便于执行该通道的测定。
多个激光传输探测通道110可以分别对其对应障碍物上的多个点位进行测定，例如测定各点位的距离、速度等参数，这里的距离指的是点位与激光雷达之间距离，这里的速度指的是点位相对于激光雷达的速度。进而测定整个障碍物的距离、速度、形貌等参数。
各激光传输探测通道110具有相同的工作原理，以下以一个激光传输探测通道110为例进行具体介绍。
激光传输探测通道110配置为传输具有第一偏振状态的探测光束以及具有第一偏振状态的本振光束Lo。第一偏振状态例如为TE偏振模式。探测光束例如为TE模式偏振光。
激光传输探测通道110包括光发射端111、光接收端112、混频器113以及检测器114。
光发射端111配置为发射所述探测光束，所述探测光束遇到障碍物后分别反射产生反射光束，所述反射光束包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束。第一偏振状态例如为TM偏振模式。TE偏振模式的探测光束入射至障碍物后发生反射，产生的反射光束通常既包括TE模式偏振光，又包括TM模式偏振光，且两者的偏振方向相互垂直。
光接收端112配置为接收所述第一子反射光束和第二子反射光束中的至少一者，如图1所示，第一子反射光束和第二子反射光束均耦合至光接收端112，即包括TE模式偏振光和TM模式偏振光的反射光束由光接收端112进入激光传输探测通道110。
混频器113接收所述本振光束Lo以及包括TE模式偏振光和TM模式偏振光的反射光束，并对所述本振光束及所述反射光束执行混频操作输出混频光束，混频器113例如为2×2的耦合器。
检测器114，例如为平衡探测器，配置为接收所述混频光束并输出探测电信号，所述激光雷达1000根据所述探测电信号测定所述障碍物相对于所述激光雷达的距离和/或速度。
本公开中，激光雷达通过激光传输探测通道接收包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束的反射光束，充分利用反射光束来进行障碍物的测定，提高探测概率。同时避免了由于反射光束中TM模式偏振光较弱、TE模式偏振光较强而无法探测物体的情况。
在一些实施例中，如图1和图2所示，所述激光雷达1000还包括透镜组件300以及光束扫描装置400。透镜组件300可以是透镜或者透镜组，具有聚焦和准直的功能。透镜组件300配置为对所述光发端111出射的探测光束执行准直并偏转，以及对所述反射光束执行聚焦以耦合进入所述激光传输探测通道，例如耦合进入所述光发端111或光接收端112。
光束扫描装置400设置在所述透镜组件300靠近所述障碍物一侧，配置为随着时间调整来自所述光发射端111出射的探测光束的出射方向以实现光束扫描。光束扫描装置400例如为光学相控阵列(OPA)，通过在微观尺度上动态控制表面的光学特性，可以引导光束的方向。其他实施例中，光束扫描装置还可以包括光栅、镜式检流计、多面镜、MEMS镜或者光学相控阵列(OPA)与上述装置的组合。
在一些实施例中，如图1和图2所示，所述激光雷达1000还包括环形器500，环形器500设置在所述激光雷达芯片100与所述透镜组件300之间，用于传输探测光束及反射光束。
具体地，所述环形器500包括第一端口501、第二端口502以及第三端口503。由第一端口501入射进入环形器的光束会在保持光学特性的情况下由第二端口502输出，而由第二端口502入射进入环形器的光束会在保持光学特性的情况下由第三端口503输出。
在本实施例中，第一端口501配置为接收具有第一偏振状态的探测光束，例如为TE模式偏振光，附图中采用实心箭头表示TE模式偏振光的传输方向，用双箭头线示出了TE模式偏振光的偏振方向；
第二端口502配置为向所述透镜组件出射所述探测光束并接收所述反射光束，反射光束中包括共轴的具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束，即包括共轴的TE模式偏振光和TM模式偏振光，附图中采用实心箭头表示反射光束的传输方向，采用空白圆圈表示TM模式偏振光的偏振方向。
第三端口503配置为向所述激光传输探测通道100出射所述反射光束，使得所述第一子反射光束和第二子反射光束共轴耦合进入所述光接收端112。即包括共轴的TE模式偏振光和TM模式偏振光的反射光束由光接收端112进入激光传输探测通道110。
在一些实施例中，所述激光传输探测通道100还包括偏振旋转器115，偏振旋转器115配置为接收具有第一偏振状态的本振光束Lo，本振光束例如为TE模式偏振光，偏振旋转器115将所述本振光束转换为具有第一偏振状态的第一子本振光束以及具有第二偏振状态的第二子本振光束，第一子本振光束例如为TE模式偏振光，第二子本振光束例如为TM模式偏振光，两者共轴传输。
所述混频器113配置为接收所述第一子本振光束以及所述第一子反射光束，并对所述第一子本振光束及所述第一子反射光束执行混频操作输出第一子混频光束；所述混频器113还配置为接收所述第二子本振光束以及所述第二子反射光束，并对所述第二子本振光束及所述第二子反射光束执行混频操作输出第二子混频光束。本实施例采用单一混频器即完成作为TE模式偏振光的第一子本振光束以及第一子反射光束的混频操作，以及作为TM模式偏振光的第二子本振光束以及第二子反射光束的混频操作。
所述检测器114配置为接收所述第一子混频光束并输出第一子探测电信号，以及接收所述第二子混频光束并输出第二子探测电信号，所述激光雷达1000根据所述第一子探测电信号以及第二子探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
本实施例中，激光雷达充分利用反射光束中TE模式偏振光和TM模式偏振光来进行障碍物的测定，提高探测概率，且采用单一混频器113以及单一检测器114即完成了测量，采用简单的结构即实现了对TE模式偏振光和TM模式偏振光的双偏振探测，保证测量精确度的同时降低了制造成本。
在一些实施例中，结合图1和图2所示，在一些实施例中，如图1所示，所述激光雷达芯片100还包括接收端口120以及分光器130。接收端口120配置为接收激光，探测激光例如由外部输入激光雷达芯片100中。分光器130配置为将所述激光分束为探测激光以及本振激光，所述探测激光及本振激光配置为传输至所述激光传输探测通道110。探测激光和本振激光具有相同的频率，即探测激光和本振激光的频率调制波形完全相同。
图3为本公开一些实施例提供的激光雷达的结构示意图，图4为本公开一些实施例提供的激光雷达芯片的部分结构示意图。图3和图4所示实施例与图1和图2所示的实施例的结构基本相同，两者相同之处在此不再赘述，以下主要介绍两者别的不同之处。
如图3和图4所示，所述激光雷达1000中并不包括环形器500，而是替换为偏振传输分束装置600，偏振传输分束装置600设置在所述激光雷达芯片100与所述透镜组件300之间，所述偏振传输分束装置配置为：允许输所述探测光束保持原方向通过；平移偏置反射光束中的第一子反射光束使得所述第一子反射光束入射至所述光接收端112；以及允许反射光束中第二子反射光束保持原方向通过使得所述第二子反射光束中入射至所述光发射端111，所述光发射端共轴收发所述探测光束以及所述第二子反射光束。偏振传输分束装置600将原本共轴传输的第一子反射光束及第二子反射光束分离，分别传输至光接收端112和光发射端111。第一子反射光束例如为TE模式偏振光，第二子反射光束例如为TM模式偏振光。
在一些实施例中，如图3和图4所示，所述本振光束Lo包括第一本振光束Lo1和第二本振光束Lo2，第一本振光束Lo1和第二本振光束Lo2相同。
所述混频器113包括第一混频器1131和第二混频器1132，分别设置在所述检测器114两侧，第一混频器1131和第二混频器1132中的每一个例如为2×2耦合器。所述第一混频器1131配置为接收所述第一本振光束Lo1以及所述第一子反射光束，并对所述第一本振光束及所述第一子反射光束执行混频操作输出第一混频光束；所述第二混频器1132配置接收所述第二本振光束以及所述第二子反射光束，并对所述第二本振光束及所述第二子反射光束执行混频操作输出第二混频光束。本实施例采用两个混频器分别完成第一本振光束以及第一子反射光束的混频操作，以及第二本振光束以及第二子反射光束的混频操作。
所述检测器114配置为接收所述第一混频光束并输出第一探测电信号，以及接收所述第二混频光束并输出第二探测电信号，所述激光雷达1000根据所述第一探测电信号以及第二探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
本实施例中，激光雷达充分利用反射光束中TE模式偏振光和TM模式偏振光来进行障碍物的测定，提高探测概率，且采用单一检测器114即完成了测量，保证测量精确度的同时降低了制造成本。
在一些实施例中，如图4所示，所述激光传输探测通道110还包括：偏振旋转分束器116，配置为接收所述第二子反射光束，将所述第二子反射光束的偏振状态由第二偏振状态改为第一偏振状态，并传输偏振状态更换后的第二子反射光束至所述第二混频器1132。具体地，偏振旋转分束器116允许作为TE模式偏振光的探测光束保持原方向传输，探测光束经偏振旋转分束器116传输至光发射端111出射。偏振旋转分束器116改变作为TM模式偏振光的第二子反射光束的偏振状态，第二子反射光束经过偏振旋转分束器116后由TM模式偏振光转换为TE模式偏振光。第一本振光束Lo1和第二本振光束Lo2亦均为TE模式偏振光。同为TE模式偏振光的第一本振光束Lo1及第一子反射光束输出至第一混频器1131执行混频操作输出第一混频光束。同为TE模式偏振光的第二本振光束Lo1及第二子反射光束输出至第二混频器1132执行混频操作输出第二混频光束。
在一些实施例中，偏振传输分束装置600包括依次远离所述激光雷达芯片100设置的法拉第旋光器610、半波片620以及偏振光束偏置器630。
所述探测光束依次经过所述法拉第旋光器610及半波片620后由第一偏振状态偏振光转换为第二偏振状态偏振光，第二偏振状态偏振光保持原方向通过所述偏振光束偏置器后依次经过所述透镜组件300、光束扫描装置400到达所述障碍物形成所述反射光束，所述反射光束沿原光路返回至所述偏振光束偏置器630，所述反射光束中的具有第二偏振状态的第二子反射光束保持原方向通过所述偏振光束偏置器后依次经过所述半波片620及法拉第旋光器610，进而入射至所述光发射端111，反射光束中的具有第一偏振状态的第一子反射光束经过所述偏振光束偏置器630平移偏置后依次经过所述半波片620及法拉第旋光器610，进而入射至所述光接收端112。
如图3和图4所示，光发射端111出射的探测光束为TE模式偏振光，探测光束依次经过所述法拉第旋光器610及半波片620后由TE模式偏振光转换为TM模式偏振光，具体地，法拉第旋光器610对为探测光束的偏振方向执行45度偏转，半波片620亦对探测光束的偏振方向执行45度偏转。作为探测光束的TM模式偏振光保持原方向通过所述偏振光束偏置器630后依次经过所述透镜组件300、光束扫描装置到达所述障碍物形成所述反射光束。探测光束保持原方向通过偏振光束偏置器630后依然沿平行于透镜组件300的光轴方向传输。透镜组件300对所述探测光束执行准直。探测光束具有一定的发散角度，经过透镜组件300后，探测光束准直成平行光束，并朝向透镜组件300的光轴偏转。光束扫描装置400随着时间调整探测光束的出射方向以实现光束扫描。
作为探测光束的TM模式偏振光遇到障碍物后形成对应的反射光束，反射光束不具有特定的偏振特性，例如为自然光，可以认为反射光束包括TE模式偏振光以及TM模式偏振光。所述反射光束沿原光路返回至所述偏振光束偏置装器630，所述反射光束中的TM模式偏振光保持原方向通过所述偏振光束偏置器630后依次经过所述半波片620及法拉第旋光器610，进而入射至所述入射至所述光发射端111，具体地，半波片620对反射光束中的TM模式偏振光的偏振方向执行45度偏转，法拉第旋光器610对为反射光束中的TM模式偏振光的偏振方向执行-45度偏转。经过偏振光束偏置装器630后的反射光束中的TE模式偏振光依次经过半波片620及法拉第旋光器610，保持偏振状态及传输方向不变。反射光束中的TE模式偏振光经过所述偏振光束偏置器630平移偏置后依次经过所述半波片620及法拉第旋光器610，进而入射至所述光接收端112。经过偏振光束偏置装630后的反射光束中的TM模式偏振光依次经过半波片620及法拉第旋光器610，保持偏振状态及传输方向不变。具体地，半波片620对反射光束中的TE模式偏振光的偏振方向执行45度偏转，法拉第旋光器610对为反射光束中的TE模式偏振光的偏振方向执行-45度偏转。
在一些实施例中，所述光发射端111与所述光接收端112之间的距离基本上等于所述偏振光束偏置器630对所述反射光束中的TE模式偏振光的偏置距离d，所述偏置距离d满足以下公式：
d＝L·tan(α)
其中，L为偏振光束偏置器的厚度，α为偏振光束偏置器对所述TE模式偏振光的偏转角度，θ为偏振光束偏置器的光轴与波矢之间的角度，no为TM模式偏振光在偏振光束偏置器中的折射率，ne为TE模式偏振光在偏振光束偏置器中的折射率。如图3所示，波矢例如为水平方向，偏振光束偏置器的光轴由间断线标示。
在一些实施例中，结合图3和图4所示，在一些实施例中，如图1所示，所述激光雷达芯片100还包括接收端口120以及分光器130。接收端口120配置为接收激光，探测激光例如由外部输入激光雷达芯片100中。分光器130配置为将所述激光分束为探测激光、第一本振激光Lo1以及第二本振激光Lo2，所述探测激光、第一本振激光Lo1以及第二本振激光Lo2配置为传输至所述激光传输探测通道110。探测激光、第一本振激光Lo1以及第二本振激光Lo2都具有相同的频率，即探测激光和本振激光的频率调制波形完全相同。
在一些实施例中，如图1或图4所示，所述激光雷达1000还包括激光光源200，激光光源200与所述激光雷达芯片100对接，配置为产生激光。所述激光的至少一部分作为探测光束来执行探测。
激光光源200发射的激光例如为线性扫频激光，激光光源200例如为固态激光器、半导体激光器等，具体可以为分布式反馈激光器(DFB)，垂直腔面发射激光器(VCSEL)，外腔激光器等。激光光源200例如是外置光源，其通过光路(例如光纤)引入至激光雷达芯片100中。
图5为本公开提供的FWCW扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。如图5所示，多通道激光雷达发射的发射光束的扫频光信号采用实线表示，实线体现出射光束的频率随时间变化的曲线，扫频光信号例如为周期性的三角波信号，激光雷达接收的反射光束的反射光信号采用虚线表示，虚线体现接收到的反射光束的频率随时间变化的曲线，反射光信号亦例如为周期性的三角波信号，其与扫频光信号之间存在延时。
图5中仅示出了两个扫频测量周期，在每个扫频测量周期内，扫频光信号包括一个升频阶段和一个降频阶段，相应的，对应的反射光信号亦包括一个升频阶段和一个降频阶段。
如图5所示，横坐标表示时间，单位为μs，纵坐标表示频率，单位为GHz，发射光束的频率例如随着时间的增长由0增加至4GHz，随后由4GHz降至0，如此周期变化，相应地，接收的反射光束频率亦例如随着时间的增长由0增加至4GHz，随后由4GHz降至0，如此周期变化。
对于任一个测量点来说，所述障碍物的距离R由以下公式确定：
其中，T0为预设扫频测量周期，fBW为所述预设扫频带宽，fb1为升频阶段的升频拍频，fb2为降频阶段的降频拍频，C0为光速。
所述障碍物的速度v满足以下关系：
其中，C0为光速，fb1为升频阶段的升频拍频，fb2为降频阶段的降频拍频，f0为未调制光束的频率。
本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用举例的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：
激光雷达芯片，所述激光雷达芯片上包括至少一个激光传输探测通道，配置为传输具有第一偏振状态的探测光束以及具有第一偏振状态的本振光束，所述激光传输探测通道包括：
光发射端，配置为发射所述探测光束，所述探测光束遇到障碍物后分别反射产生反射光束，所述反射光束包括具有第一偏振状态的第一子反射光束和具有第二偏振状态的第二子反射光束；
光接收端，配置为接收所述第一子反射光束和第二子反射光束中的至少一者；
混频器，接收所述本振光束以及所述反射光束，并对所述本振光束及所述反射光束执行混频操作输出混频光束；以及
检测器，配置为接收所述混频光束并输出探测电信号，
所述激光雷达根据所述探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其中，所述激光雷达还包括：
透镜组件，配置为对所述光发射端出射的探测光束执行准直并偏转，以及对所述反射光束执行聚焦以耦合进入所述激光传输探测通道；以及
光束扫描装置，设置在所述透镜组件靠近所述障碍物一侧，配置为随着时间调整来自所述光发射端出射的探测光束的出射方向以实现光束扫描。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其中，所述激光雷达还包括环形器，设置在所述激光雷达芯片与所述透镜组件之间，所述环形器包括：
第一端口，配置为接收所述探测光束；
第二端口，配置为向所述透镜组件出射所述探测光束并接收所述反射光束；以及
第三端口，配置为向所述激光传输探测通道出射所述反射光束，使得所述第一子反射光束和第二子反射光束共轴耦合进入所述光接收端。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其中，所述激光传输探测通道还包括：
偏振旋转器，配置为接收所述本振光束，并将所述本振光束转换为具有第一偏振状态的第一子本振光束以及具有第二偏振状态的第二子本振光束，
所述混频器配置为接收所述第一子本振光束以及所述第一子反射光束，并对所述第一子本振光束及所述第一子反射光束执行混频操作输出第一子混频光束；以及接收所述第二子本振光束以及所述第二子反射光束，并对所述第二子本振光束及所述第二子反射光束执行混频操作输出第二子混频光束，
所述检测器配置为接收所述第一子混频光束并输出第一子探测电信号，以及接收所述第二子混频光束并输出第二子探测电信号，
所述激光雷达根据所述第一子探测电信号以及第二子探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
5.根据权利要求3或4所述的激光雷达，其中，所述激光雷达芯片还包括：
接收端口，配置为接收激光；以及
分光器，配置为将所述激光分束为所述探测激光以及本振激光，所述探测激光及本振激光配置为传输至所述激光传输探测通道。
6.根据权利要求2所述的激光雷达，其中，所述激光雷达还包括偏振传输分束装置，设置在所述激光雷达芯片与所述透镜组件之间，所述偏振传输分束装置配置为：
允许输所述探测光束保持原方向通过；
平移偏置反射光束中的第一子反射光束使得所述第一子反射光束入射至所述光接收端；以及
允许反射光束中第二子反射光束保持原方向通过使得所述第二子反射光束中入射至所述光发射端，所述光发射端共轴收发所述探测光束以及所述第二子反射光束。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其中，所述本振光束包括第一本振光束和第二本振光束，
所述混频器包括第一混频器和第二混频器，分别设置在所述检测器两侧，所述第一混频器配置为接收所述第一本振光束以及所述第一子反射光束，并对所述第一本振光束及所述第一子反射光束执行混频操作输出第一混频光束；所述第二混频器配置接收所述第二本振光束以及所述第二子反射光束，并对所述第二本振光束及所述第二子反射光束执行混频操作输出第二混频光束，
所述检测器配置为接收所述第一混频光束并输出第一探测电信号，以及接收所述第二混频光束并输出第二探测电信号，
所述激光雷达根据所述第一探测电信号以及第二探测电信号测定所述障碍物的距离和/或速度。
8.根据权利要求7所述的激光雷达，其中，所述激光传输探测通道包括：
偏振旋转分束器，配置为接收所述第二子反射光束，将所述第二子反射光束的偏振状态由第二偏振状态改为第一偏振状态，并传输偏振状态更换后的第二子反射光束至所述第二混频器。
9.根据权利要求6所述的激光雷达，其中，偏振传输分束装置包括依次远离所述激光雷达芯片设置的法拉第旋光器、半波片以及偏振光束偏置器，
所述探测光束依次经过所述法拉第旋光器及半波片后由第一偏振状态偏振光转换为第二偏振状态偏振光，第二偏振状态偏振光保持原方向通过所述偏振光束偏置器后依次经过所述透镜组件、光束扫描装置到达所述障碍物形成所述反射光束，所述反射光束沿原光路返回至所述偏振光束偏置器，所述反射光束中的具有第二偏振状态的第二子反射光束保持原方向通过所述偏振光束偏置器后依次经过所述半波片及法拉第旋光器，进而入射至所述光发射端，反射光束中的具有第一偏振状态的第一子反射光束经过所述偏振光束偏置器平移偏置后依次经过所述半波片及法拉第旋光器，进而入射至所述光接收端。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的激光雷达，其中，所述激光雷达芯片还包括：
接收端口，配置为接收激光；以及
分光器，配置为将所述激光分束为所述探测激光、第一本振激光以及第二本振激光，所述探测激光、第一本振激光以及第二本振激光配置为传输至所述激光传输探测通道。
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