CN117214871A - 光收发模组及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种光收发模组及激光雷达。光收发模组包括第一分光棱镜、偏振分光棱镜、第二分光棱镜及第一反射单元。第一分光棱镜用于接收第一光束并偏振分光，以输出探测光和本振光。偏振分光棱镜用于接收并输出探测光，以及用于接收回波光，并输出回波光的至少部分。第二分光棱镜用于接收回波光，并对回波光分光，以及用于接收本振光，并对本振光分光，以使回波光的部分与本振光的部分混频为第二光束，回波光的剩余部分与本振光的剩余部分混频为第三光束，第二光束与第三光束的相位相差180度。第一反射单元用于将本振光反射至第二分光棱镜。本申请的技术方案可以减少光耦合的能量损失，降低功耗，提高效率。

Description

光收发模组及激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种光收发模组及激光雷达。

背景技术

相关技术中，调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达采用硅光芯片作为光收发模组，以一方面通过发射波导传输并发射探测光，进而探测目标物体，另一方面通过接收波导接收并传输回波光至光电探测模块，以使回波光与本振光混频。这种激光雷达通过硅光芯片中的发射波导与接收波导实现了探测光与回波光的光路分离，但是硅光芯片需要通过光纤与激光器、光放大器等光电器件连接，而硅光芯片与光纤的耦合存在约30％的能量损失，从而导致激光雷达功耗较大。

发明内容

本申请实施例提供一种光收发模组及激光雷达，能够解决相关技术采用硅光芯片分离探测光与回波光而导致的能量损失较高的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种光收发模组，该光收发模组包括：

第一分光棱镜，具有第一端口、第二端口与第三端口，用于经由所述第一端口接收第一光束并偏振分光，以使第二端口输出探测光，所述第三端口输出本振光，所述探测光与所述本振光的偏振方向垂直；

偏振分光棱镜，具有第四端口、第五端口与第六端口，所述第四端口与所述第二端口连接，所述第六端口与所述第三端口相邻，所述偏振分光棱镜用于经由所述第四端口接收所述探测光，并经由所述第五端口输出所述探测光，以探测目标物体，以及用于经由所述第五端口接收回波光，并经由所述第六端口输出所述回波光的至少部分，所述回波光为所述探测光经由目标物体反射形成；

第二分光棱镜，具有第七端口、第八端口、第九端口与第十端口，所述第七端口与所述第六端口连接，所述第八端口与所述第七端口相邻，并位于所述第七端口靠近所述第一分光棱镜的一侧，所述第二分光棱镜用于经由所述第七端口接收经由所述第六端口输出的所述回波光，并对所述回波光分光，以及用于经由所述第八端口接收所述本振光，并对所述本振光分光，以使所述回波光的部分与所述本振光的部分混频为第二光束，并经由所述第九端口输出，所述回波光的剩余部分与所述本振光的剩余部分混频为第三光束，并经由所述第十端口输出，所述第二光束与所述第三光束的相位相差180度；以及

第一反射单元，面向所述第三端口及所述第八端口设置，用于将所述本振光反射至所述第八端口。

在一些实施例中，所述第一反射单元满足以下条件的任一者：

a)所述第一反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

b)所述第一反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

在一些实施例中，还包括四分之一波片，所述四分之一波片设于所述第五端口。

在一些实施例中，还包括第二反射单元，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

c)所述第二反射单元设于所述第九端口，所述第二反射单元用于反射第二光束，以使所述第二光束与第三光束平行传输；

d)所述第二反射单元设于所述第十端口，所述第二反射单元用于反射第三光束，以使所述第三光束与第二光束平行传输。

在一些实施例中，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

e)所述第二反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

f)所述第二反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

本申请实施例还提供另一种光收发模组，该光收发模组包括：

第一分光棱镜，具有第一端口、第二端口与第三端口，用于经由所述第一端口接收第一光束并比例分光，以使所述第二端口输出探测光，所述第三端口输出本振光；

偏振分光棱镜，具有第四端口、第五端口与第六端口，所述第四端口与所述第二端口连接，所述第六端口与所述第三端口相邻，所述偏振分光棱镜用于经由所述第四端口接收所述探测光，并经由所述第五端口输出所述探测光，以及用于经由所述第五端口接收回波光，并经由所述第六端口输出所述回波光的至少部分，所述回波光为所述探测光经由目标物体反射形成；

第二分光棱镜，具有第七端口、第八端口、第九端口与第十端口，所述第七端口与所述第六端口连接，所述第八端口与所述第七端口相邻，并位于所述第七端口靠近所述第一分光棱镜的一侧，所述第二分光棱镜用于经由所述第七端口接收经由所述第六端口输出的所述回波光，并对所述回波光分光，以及用于经由所述第八端口接收所述本振光，并对所述本振光分光，以使所述回波光的部分与所述本振光的部分混频为第二光束，并经由所述第九端口输出，所述回波光的剩余部分与所述本振光的剩余部分混频为第三光束，并经由所述第十端口输出，所述第二光束与所述第三光束的相位相差180度；

第一反射单元，面向所述第三端口及所述第八端口设置，用于将所述本振光反射至所述第二分光棱镜；以及

二分之一波片，设于所述第一反射单元与所述第三端口之间，或者，设于所述第一反射单元与所述第八端口之间。

在一些实施例中，所述第一反射单元满足以下条件的任一者：

h)所述第一反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

i)所述第一反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

在一些实施例中，还包括四分之一波片，所述四分之一波片设于所述第五端口。

在一些实施例中，还包括第二反射单元，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

j)所述第二反射单元设于所述第九端口，所述第二反射单元用于反射第二光束，以使所述第二光束与第三光束平行传输；

k)所述第二反射单元设于所述第十端口，所述第二反射单元用于反射第三光束，以使所述第三光束与第二光束平行传输。

在一些实施例中，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

l)所述第二反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

m)所述第二反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

第二方面，本申请实施例提供一种激光雷达，包括光源模组、如上述任一项所述的光收发模组以及光电探测模组；

所述光源模组用于生成所述第一光束，所述第一光束包括P光与S光；

所述光电探测模组包括第一光电探测模块与第二光电探测模块，所述第一光电探测模块用于接收所述第二光束，所述第二光电探测模块用于接收所述第三光束。

本申请实施例还提出另一种激光雷达，包括光源模组、如上述任一项所述的光收发模组以及光电探测模组；

所述光源模组用于生成所述第一光束，所述第一光束包括P光或S光；

所述光电探测模组包括第一光电探测模块与第二光电探测模块，所述第一光电探测模块用于接收所述第二光束，所述第二光电探测模块用于接收所述第三光束。

基于上述实施例，本申请所提出的光收发模组包括第一分光棱镜、偏振分光棱镜、第一反射单元及第二分光棱镜。该光收发模组首先通过第一分光棱镜的第一端口接收光源模组生成的第一光束，并分光形成探测光和本振光；然后，通过偏振分光棱镜的第四端口接收探测光，并通过第六端口出射回波光，从而实现探测光路与回波光路的分离；之后，通过第二分光棱镜将回波光和本振光混频形成第二光束和第三光束，并分别自第九端口和第十端口射出。如此，本申请实施例的光收发模组通过偏振分光棱镜实现了探测光和本振光的分光，因此无需采用硅光芯片的发射波导和接收波导实现上述功能，故而可以避免使用硅光芯片，从而可以减少从光纤或空间光到硅光芯片之间的光耦合损失。

此外，本申请实施例的第一分光棱镜、偏振分光棱镜、第一反射单元及第二分光棱镜相互连接，并基于该结构实现了探测光与本振光的分光，探测光路与回波光路的分离，以及本振光与回波光的混频，使得光收发模组具有较高的集成度，便于简化激光雷达的结构。而且，本申请实施例中，第二光束与第三光束的相位相差180度，将第一光电探测模块、第二光电探测模块和运算放大器组合形成平衡光电探测器，可以减少信号受到的干扰和噪声，提高信噪比和激光雷达的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请一种实施例中激光雷达的示意图；

图2为本申请一种实施例中光收发模组的示意图；

图3为本申请另一种实施例中光收发模组的示意图；

图4为本申请再一种实施例中光收发模组的示意图；

图5为本申请又一种实施例中光收发模组的示意图；

图6为图1中光收发模组的俯视结构示意图。

附图标号说明：

100、激光雷达；10、光源模组；30、光收发模组；31、第一分光棱镜；31a、第一端口；31b、第二端口；31c、第三端口；33、第一反射单元；35、偏振分光棱镜；35a、第四端口；35b、第五端口；35c、第六端口；351、直角棱镜；353、偏振分束膜；36、第二反射单元；37、第二分光棱镜；37a、第七端口；37b、第八端口；37c、第九端口；37d、第十端口；38、四分之一波片；39、二分之一波片；60、透镜；70、扫描模块；90、光电探测模组；91、第一光电探测模块；93、第二光电探测模块；a、第一光束；b、探测光；c、回波光；d、第二光束；e、第三光束；f、本振光。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下部将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

下部的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方部相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，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。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1，本申请实施例提供一种激光雷达100，该激光雷达100包括光源模组10、光收发模组30、光电探测模组90、透镜60及扫描模块70。

其中，光源模组10用于生成第一光束a。请结合图2，光收发模组30包括第一分光棱镜31、偏振分光棱镜35、第二分光棱镜37及第一反射单元33。第一分光棱镜31具有第一端口31a、第二端口31b与第三端口31c，该第一分光棱镜31用于经由第一端口31a接收第一光束a并分光，以使第二端口31b输出探测光b，第三端口31c输出本振光f。偏振分光棱镜35具有第四端口35a、第五端口35b与第六端口35c，第四端口35a与第二端口31b连接，第六端口35c与第三端口31c相邻。偏振分光棱镜35用于经由第四端口35a接收探测光b，并经由第五端口35b输出探测光b，以探测目标物体。

透镜60沿探测光b的传输方向设置在光收发模组30的下游，以用于接收光收发模组30出射的探测光b并进行准直，扫描模块70沿探测光b的光路位于透镜60的下游，扫描模块70用于接收透镜60出射的探测光b，并进行二维的偏转，以使探测光b在激光雷达100外形成特定的探测视场。其中，扫描模块70可以包括振镜和/或转镜等，在本申请实施例中对此不作限定。

目标物体对探测光b反射形成回波光c，回波光c依次经由扫描模块70、透镜60到达第五端口35b处。偏振分光棱镜35还经由第五端口35b接收回波光c，并经由第六端口35c输出回波光c的至少部分，回波光c为探测光b经由目标物体反射形成。第二分光棱镜37具有第七端口37a、第八端口37b、第九端口37c与第十端口37d，第七端口37a与第六端口35c连接，第八端口37b与第七端口37a相邻，并位于第七端口37a靠近第一分光棱镜31的一侧。第二分光棱镜37用于经由第七端口37a接收经由第六端口35c输出的回波光c，并对回波光c分光。

第一反射单元33面向第三端口31c及第八端口37b设置，用于将本振光f反射至第八端口37b。第二分光棱镜37用于经由第八端口37b接收本振光f，并对本振光f分光，以使回波光c的部分与本振光f的部分混频为第二光束d，并经由第九端口37c输出，回波光c的剩余部分与本振光f的剩余部分混频为第三光束e，并经由第十端口37d输出。

光电探测模组90包括第一光电探测模块91和第二光电探测模块93，第一光电探测模块91沿第二光束d的传输方向位于第九端口37c的的下游，用于接收第二光束d；第二光电探测模块93沿第三光束e的传输方向位于第十端口37d的的下游，用于接收第三光束e。接下来，结合附图2至图4对上述结构作具体说明。

对于光源模组10，光源模组10包括激光器，激光器可以是相关技术中的激光器，可选地，激光器能够根据FMCW雷达的机理产生调频连续波信号。

请参照图2，在一实施例中，激光器生成第一光束a，第一光束a包括P光与S光。第一分光棱镜31能够进行偏振分光，第一端口31a接收第一光束a，并在偏振分光后经由第二端口31b输出探测光b，由第三端口31c输出本振光f。具体地，第一分光棱镜31可以为偏振分束器，第一分光棱镜31包括两个直角棱镜351以及偏振分束膜353，两个直角棱镜351的斜面分别与偏振分束膜353的两个相背的表面连接。第一端口31a为第一分光棱镜31朝向激光器的端面，第二端口31b为与第一端口31a相对设置的端面，第三端口31c为与第一端口31a和第二端口31b相邻的端面。

本实施例中，包含P光与S光的第一光束a在经由第一端口31a进入第一分光棱镜31后，偏振分束膜353用于接收第一光束a，并使得其中的P光透过偏振分束膜353射向第二端口31b，且同时将其中的S光反射，使S光射向第三端口31c。也就使得，从第二端口31b输出的探测光b为P光，从第三端口31c出射的本振光f为S光，如此，第一分光棱镜31即完成了对第一光束a的偏振分光。其中，为保证激光雷达100的探测精度，控制第一光束a中的P光占比为95％及以上，S光占比为5％及以下，以使探测光b的能量强度较高，从而可以提高经由目标物体反射形成的回波光c的能量强度，并提高光电探测模组90接收到的第二光束d和第三光束e的能量强度，提高激光雷达100的探测精度。需要说明的是，即使本实施例是以光束a的P光作为探测光，光束a中的S光作为本振光为例进行说明，但应当理解，在其他实施例中，也可以将S光作为探测光，将P光作为本振光，此时第二端口与第三端口的位置互换。

从第二端口31b出射的探测光b进入偏振分光棱镜35，本实施例中，偏振分光棱镜35也可由两个直角棱镜351和偏振分束膜353构成，两个直角棱镜351的斜面分别与偏振分束膜353的两个相背的表面连接。其中，偏振分光棱镜35与第二端口31b连接的端面为第四端口35a，第五端口35b为与第四端口35a相对设置的端面，第六端口35c为与第三端口31c相邻的端面。探测光b(P光)经由第四端口35a进入偏振分光棱镜35后，偏振分束膜353用于接收探测光b，并使其透射向第五端口35b。探测光b经物体反射后形成回波光c，第五端口35b还用于接收回波光c，偏振分束膜353用于将回波光c中的S光反射，使这一部分回波光c射向第六端口35c。如此，偏振分光棱镜35完成了使得探测光b出射，并接收回波光c。

在一些可选的实施方式中，光收发模组30还包括四分之一波片38，四分之一波片38设于第五端口35b处，从第五端口35b出射的探测光b(P光)能够穿过四分之一波片38，穿过四分之一波片38的探测光b由P光转变为圆偏振光，圆偏振光在大气传输中变化很小，稳定性较高，更便于探测。探测光b经物体反射后形成回波光c，回波光c中绝大多数仍为圆偏振光，这部分回波光c穿过四分之一波片38后，圆偏振光转变为线偏振光，且偏振方向与自第五端口35b出射的探测光b的偏振方向相差90度，形成为S光。回波光c由第五端口35b进入偏振分光棱镜35后，绝大部分回波光c(转换为S光)被反射至第六端口35c。由于偏振光打在目标物体上时，部分光信号的偏振方向可能发生改变，但维持原偏振方向的光信号仍为大多比例，因此与未设置四分之一波片38相比，本实施例能够在一定程度上接收更多的回波光c信号提升回波光c信号的接收效率，且偏振分光棱镜35能够将更多的回波光c反射至第六端口35c，使更少的回波光c沿原光路返回或干扰其他光路，保护激光器的同时，提高探测精准度。需要说明的是，即使本实施例是以光束a的P光作为探测光，光束a中的S光作为本振光为例进行说明，但应当理解，在其他实施例中，也可以将S光作为探测光，将P光作为本振光，此时第五端口与第六端口的位置作出适应性变化即可。

从第三端口31c出射的本振光f射向第一反射单元33，第一反射单元33能够将本振光f反射至第八端口37b。可选地，第一反射单元33可以是反射镜，本申请实施例中，第三端口31c的朝向和第八端口37b的朝向呈90度夹角设置，反射镜与第三端口31c的朝向和第八端口37b的朝向均呈45度，从而能够将本振光f以镜面反射的方式反射至第八端口37b。第一反射单元33还可以是反射棱镜，反射棱镜具有入射面、反射面和出射面，入射面连接第三端口31c，出射面连接第八端口37b，反射面与入射面和出射面均呈夹角设置，从而将本振光f以全反射的方式射向第八端口37b，如此，能够提高本振光f的利用率，且能够一定程度提高探测精度，并且整个光收发模组30的装配紧密，可靠性高。

本振光f和从第六端口35c出射的回波光c进入第二分光棱镜37。第二分光棱镜37可选为比例分光棱镜，不改变光的偏振状态。其中，第七端口37a为第二分光棱镜37朝向偏振分光棱镜35的端面，第九端口37c为与第七端口37a相对设置的端面，第八端口37b和第十端口37d相对设置。第二分光棱镜37能够将从第七端口37a射入的回波光c和从第八端口37b射入的本振光f按照一定的比例进行分光，本实施例中回波光c和本振光f均为S光，一部分回波光c和一部分本振光f混频为第二光束d，并射向第九端口37c，剩余的回波光c和剩余的本振光f混频为第三光束e，并射向第十端口37d。本实施例中，第九端口37c的朝向和第十端口37d的朝向呈90度夹角设置，因而第二光束d和第三光束e的传输方向同样呈90度。当然，在实现将从第七端口37a射入的回波光c和从第八端口37b射入的本振光f进行分光并混频出射第二光束d和第三光束e的前提下，本申请实施例并不限定第九端口37c的朝向和第十端口37d的朝向，它们也可以呈其他角度的夹角设置，在此不多赘述。

可选地，第二分光棱镜37的分光比为50：50，即第二分光棱镜37能够将从第七端口37a射入的回波光c分成光功率相等的两部分，并能够将从第八端口37b射入的本振光f分成光功率相等的两部分，从而形成光功率相等的第二光束d和第三光束e，分别被第一光电探测模块91和第二光电探测模块93所接收。

第一光电探测模块91和第二光电探测模块93均为相干光探测器，便于后续的信号处理电路能够基于第二光束d和/或第三光束e的拍频信号获取目标物体的位置信息和相对于激光雷达100的速度信息。其中，第一光电探测模块91或第二光电探测模块93可以为Ge-Si光电探测器，或者InGaAs光电探测器。相比于采用硅光芯片波导耦合，采用光电探测器作相干接收无需设置光纤等，工艺上装配更容易，且光电探测器能够具有更大的光束接收面，因而能够支持更大的光走离效应。

亦或者，第一光电探测模块91、第二光电探测模块93以及另外设置的运算放大器(图中未示出)还可组合形成平衡光电探测器。本申请实施例中，第二光束d和第三光束e的相位相差180度，通过第一光电探测模块91和第二光电探测模块93对分别对相应的第二光束d和第三光束e转换为电信号，通过运算放大器对第二光束d和第三光束e对应的电信号进行差分放大，减少信号受到的干扰和噪声，提高信噪比和激光雷达100的抗干扰能力。

以上为第一光束a包括P光和S光，相应地，第一分光棱镜31为偏振分光器时的具体实施方式，请结合图3和图4，本申请还提供另一实施例。与上一实施例不同的是，光源模组10所生成的第一光束a为单一的线偏振光，即P光和S光中的一种，比如，第一光束a为S光。本实施例中，第一分光棱镜31还可以是比例分光棱镜，用于对第一光束a进行比例分光。比例分光棱镜并不改变光纤的偏振状态，比如，第一光束a为S光，在从第一端口31a入射至第一分光棱镜31后，从第二端口31b射出的探测光b和从第三端口31c射出的本振光f仍为S光。可选地，设定第一分光棱镜31的分光比为99:1，即探测光b的光功率占第一光束a的99％，本振光f的光功率占第一光束a的1％，以使探测光b的能量强度较高，从而可以提高经由目标物体反射形成的回波光c的能量强度，并提高光电探测模组90接收到的第二光束d和第三光束e的能量强度，提高激光雷达100的探测精度。当然，第一分光棱镜31的分光比也可为其他值如98:2、97：3等等，本申请实施例对此不作限制。

当探测光b为S光时，偏振分光棱镜35的第五端口35b与第六端口35c相对设置，并与第四端口35a相邻设置，以使探测光b从第四端口35a射入偏振分光棱镜35后，经反射后从第五端口35b射出。探测光b经物体反射后形成回波光c，相应地，回波光c从第五端口35b射入偏振分光棱镜35，偏振分束膜353用于使回波光c中的P光透射，使这一部分回波光c射向第六端口35c。

当探测光b为P光时，偏振分光棱镜35的第五端口35b与第四端口35a相对设置，并与第六端口35c相邻设置，以使探测光b从第四端口35a射入偏振分光棱镜35后，透射至第五端口35b并射出。探测光b经物体反射后形成回波光c，相应地，回波光c从第五端口35b射入偏振分光棱镜35，偏振分束膜353用于将回波光c中的S光反射，使这一部分回波光c射向第六端口35c。

这一实施例中，光收发模组30也可在第五端口35b设置四分之一波片38，探测光b(P光或S光)穿过四分之一波片38后转变为圆偏振光，探测光b经物体反射后形成回波光c，回波光c绝大多数仍为圆偏振光，这部分回波光c穿过四分之一波片38后，圆偏振光转变为线偏振光，且这部分回波光c(S光或P光)偏振方向与探测光b(P光或S光)的偏振方向相差90度。如此能够提升回波光c信号的接收效率，保护激光器的同时，提高探测精准度。

本实施例中，光收发模组30还包括二分之一波片39，如图3所示，二分之一波片39设于第一反射单元33与第三端口31c之间，或者，如图4所示，设于第一反射单元33与第八端口37b之间。第一反射单元33用于将从第三端口31c射出的本振光f反射至第八端口37b。从第三端口31c射出的本振光f在进入第八端口37b之前会穿过二分之一波片39。二分之一波片39能够改变本振光f的偏振方向，比如从第三端口31c出射的本振光f为S光，在经过二分之一波片39后，入射至第八端口37b的本振光f为P光。这样能够保证本振光f和回波光c的偏振方向相同，能够混频后在一个光电探测模块进行拍频，以便于获取目标物体的位置信息和相对于激光雷达100的速度信息。此外，二分之一波片39除了如图3与图4所示设置在本振光路上，其也可以是设置回波光路上，例如，二分之一波片39设于第六端口35c与第二分光棱镜37之间。

综上所述，本申请实施例的光收发模组30包括第一分光棱镜31、偏振分光棱镜35、第一反射单元33及第二分光棱镜37，该光收发模组30首先通过第一分光棱镜31的第一端口31a接收光源模组10生成的第一光束a，并分光形成探测光b和本振光f；然后，通过偏振分光棱镜35的第四端口35a接收探测光b，并通过第六端口35c出射回波光c，从而实现探测光路与回波光路的分离；之后，通过第二分光棱镜37将回波光c和本振光f混频形成第二光束d和第三光束e，并分别自第九端口37c和第十端口37d射出。如此，本申请实施例的光收发模组30通过偏振分光棱镜35实现了探测光b和本振光f的分光，因此无需采用硅光芯片的发射波导和接收波导实现上述功能，故而可以避免使用硅光芯片，从而可以减少从光纤或空间光到硅光芯片之间的光耦合损失。

此外，本申请实施例的第一分光棱镜31、偏振分光棱镜35、第一反射单元33及第二分光棱镜37相互连接，并基于该结构实现了探测光b与本振光f的分光，探测光路与回波光路的分离，以及本振光f与回波光c的混频，使得光收发模组30具有较高的集成度，便于简化激光雷达100的结构。而且，本申请实施例中，第二光束d与第三光束e的相位相差180度，将第一光电探测模块91、第二光电探测模块93和运算放大器组合形成平衡光电探测器，可以减少信号受到的干扰和噪声，提高信噪比和激光雷达100的抗干扰能力。

请参照图5，在一些实施例中，光收发模组30还包括第二反射单元36。示例性地，第二反射单元36设于第十端口37d处，用于反射从第十端口37d出射的第三光束e。具体地，从第九端口37c出射的第二光束d与从第十端口37d出射的第三光束e呈90度夹角设置。第二反射单元36可以是反射镜，反射镜的镜面与第二光束d的传输方向和第三光束e的传输方向均呈45度夹角设置，从而使第三光束e在反射镜的镜面发生镜面反射，反射后的第三光束e与第二光束d平行传输。第二反射单元36还可以是反射棱镜，反射棱镜的入射面连接第十端口37d，出射面与第九端口37c相邻设置，反射面则与第十端口37d所在的端面呈夹角设置，以使第三光束e经过反射棱镜后发生全反射，并与第二光束d平行传输。本申请实施例中的第二反射单元36优选采用反射棱镜，以便于第二反射单元36集成安装于第十端口37d。本申请实施例中，光收发模组30通过第二反射单元36使第二光束d和第三光束e平行传输，如此，第一光电探测模块91和第二光电探测模块93便能够设置在光收发模组30的同侧，激光雷达100的内部结构布置，且便于装配。

当然，在另一可选的结构形式中，第二反射单元36还可设置在第九端口37c处，用于反射从第九端口37c出射的第二光束d，从而使第二光束d和第三光束e平行传输。在实现第二光束d和第三光束e平行传输的构思前提下，本申请不过多限定从第九端口37c出射的第二光束d与从第十端口37d出射的第三光束e所呈夹角的角度，且不限定第二反射单元36的具体结构。

请结合参照图1、图5及图6，值得一提的是，基于上述的任一实施例，光源模组10用于生成多束第一光束a，各第一光束a平行传输。其中，光源模组10包括光源以及多个光放大器。光源用于生成多束第一光束a，各第一光束a之间平行设置。每一光放大器对应一第一光束a，光放大器用于对光源生成的光束进行放大，以提升第一光束a光功率，从而可以提高激光雷达100的探测性能。在一种具体的实施例中，光源可以包括多个激光器，激光器用于生成第一光束a，每一光放大器对应一激光器设置。利用多个激光器对应生成多个第一光束a，多个第一光束a经过光收发模组30能够发出多个平行传输的探测光b。相应地，激光雷达100包括多个光电探测模组90，多个光电探测模组90间隔设置，以对应接收多束回波光c。根据实际需求，可改变激光器开启数量，从而改变激光雷达100的探测视场。

可以理解的是，在本申请的其他实施例中，光源也可以包括一个激光器以及分光器；其中，激光器用于生成源光信号，分光器用于接收源光信号，并分束为多束第一光束a。相较于使用多个激光器，使用单个激光器以及分光器的方案，可以减小光源模组10的体积，并且由于减少了激光器的数量，可以降低光源模组10的成本，以降低激光雷达100的成本。并且，也可以一定程度上降低光源模组10的发热，从而可以减少用于对光源散热的其他部件，可以进一步降低激光雷达100的体积与成本。

此外，光源可以是单波长的线性调频光源，也可以是双波长的线性调频光源，即第一光束a可以为单波长激光或双波长激光。当第一光束a为双波长激光时，两种波长激光的扫频波形不同；相应地，第二光束d和第三光束e也为双波长激光。第二光束d或第三光束e可以在同一个光电探测模块上拍频，也可沿第二光束d或第三光束e的传输方向在第一光电探测模块91或第二光电探测模块93上游设置分波元件，比如二向色镜。二向色镜可以根据波长将光束分离。其两面分别镀有滤光膜与增透膜，二向色镜对不同波长光束呈现出高透或高反的性质，具有高穿透率，波长定位准确，光能量损耗小等优点。如此，第二光束d或第三光束e分成两种波长的光束，并分别在两个第一光电探测模块91或两个第二光电探测模块93上拍频。单波长激光探测的方案需要两段扫频波形不同的信号所对应的频率共同配合解算出目标物体的距离与速度，例如以激光为三角波扫频信号为例，相关技术中需要借助上扫频与下扫频对应的拍频频率来解算出距离拍频频率与速度拍频频率，从而进一步确定目标物体的距离与速度。与之相比，双波长激光探测的方案中两种波长的激光的扫频波形不同，因此可以凭借同一时刻两个信号对应的拍频频率，即可以配合解算出距离拍频频率与速度拍频频率，从而进一步确定目标物体的距离与速度。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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申请和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本申请的限制，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的具体含义。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光收发模组，其特征在于，包括：

第一分光棱镜，具有第一端口、第二端口与第三端口，用于经由所述第一端口接收第一光束并偏振分光，以使第二端口输出探测光，所述第三端口输出本振光，所述探测光与所述本振光的偏振方向垂直；

偏振分光棱镜，具有第四端口、第五端口与第六端口，所述第四端口与所述第二端口连接，所述第六端口与所述第三端口相邻，所述偏振分光棱镜用于经由所述第四端口接收所述探测光，并经由所述第五端口输出所述探测光，以探测目标物体，以及用于经由所述第五端口接收回波光，并经由所述第六端口输出所述回波光的至少部分，所述回波光为所述探测光经由目标物体反射形成；

第二分光棱镜，具有第七端口、第八端口、第九端口与第十端口，所述第七端口与所述第六端口连接，所述第八端口与所述第七端口相邻，并位于所述第七端口靠近所述第一分光棱镜的一侧，所述第二分光棱镜用于经由所述第七端口接收经由所述第六端口输出的所述回波光，并对所述回波光分光，以及用于经由所述第八端口接收所述本振光，并对所述本振光分光，以使所述回波光的部分与所述本振光的部分混频为第二光束，并经由所述第九端口输出，所述回波光的剩余部分与所述本振光的剩余部分混频为第三光束，并经由所述第十端口输出，所述第二光束与所述第三光束的相位相差180度；以及

第一反射单元，面向所述第三端口及所述第八端口设置，用于将所述本振光反射至所述第八端口。

2.如权利要求1所述的光收发模组，其特征在于，所述第一反射单元满足以下条件的任一者：

a)所述第一反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

b)所述第一反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

3.如权利要求1所述的光收发模组，其特征在于，还包括四分之一波片，所述四分之一波片设于所述第五端口。

4.如权利要求1所述的光收发模组，其特征在于，还包括第二反射单元，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

c)所述第二反射单元设于所述第九端口，所述第二反射单元用于反射第二光束，以使所述第二光束与第三光束平行传输；

d)所述第二反射单元设于所述第十端口，所述第二反射单元用于反射第三光束，以使所述第三光束与第二光束平行传输。

5.如权利要求4所述的光收发模组，其特征在于，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

e)所述第二反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

f)所述第二反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

6.一种光收发模组，其特征在于，包括：

第一分光棱镜，具有第一端口、第二端口与第三端口，用于经由所述第一端口接收第一光束并比例分光，以使所述第二端口输出探测光，所述第三端口输出本振光；

偏振分光棱镜，具有第四端口、第五端口与第六端口，所述第四端口与所述第二端口连接，所述第六端口与所述第三端口相邻，所述偏振分光棱镜用于经由所述第四端口接收所述探测光，并经由所述第五端口输出所述探测光，以及用于经由所述第五端口接收回波光，并经由所述第六端口输出所述回波光的至少部分，所述回波光为所述探测光经由目标物体反射形成；

第二分光棱镜，具有第七端口、第八端口、第九端口与第十端口，所述第七端口与所述第六端口连接，所述第八端口与所述第七端口相邻，并位于所述第七端口靠近所述第一分光棱镜的一侧，所述第二分光棱镜用于经由所述第七端口接收经由所述第六端口输出的所述回波光，并对所述回波光分光，以及用于经由所述第八端口接收所述本振光，并对所述本振光分光，以使所述回波光的部分与所述本振光的部分混频为第二光束，并经由所述第九端口输出，所述回波光的剩余部分与所述本振光的剩余部分混频为第三光束，并经由所述第十端口输出，所述第二光束与所述第三光束的相位相差180度；

第一反射单元，面向所述第三端口及所述第八端口设置，用于将所述本振光反射至所述第二分光棱镜；以及

二分之一波片，设于所述第一反射单元与所述第三端口之间，或者，设于所述第一反射单元与所述第八端口之间。

7.如权利要求6所述的光收发模组，其特征在于，所述第一反射单元满足以下条件的任一者：

h)所述第一反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

i)所述第一反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

8.如权利要求6所述的光收发模组，其特征在于，还包括四分之一波片，所述四分之一波片设于所述第五端口。

9.如权利要求6所述的光收发模组，其特征在于，还包括第二反射单元，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

j)所述第二反射单元设于所述第九端口，所述第二反射单元用于反射第二光束，以使所述第二光束与第三光束平行传输；

k)所述第二反射单元设于所述第十端口，所述第二反射单元用于反射第三光束，以使所述第三光束与第二光束平行传输。

10.如权利要求9所述的光收发模组，其特征在于，所述第二反射单元满足以下条件的任一者：

l)所述第二反射单元为反射棱镜，所述反射棱镜以全反射的方式反射所述本振光；

m)所述第二反射单元为反射镜，所述反射镜以镜面反射的方式反射所述本振光。

11.一种激光雷达，其特征在于，包括光源模组、如权利要求1至10中任一项所述的光收发模组以及光电探测模组；

所述光源模组用于生成所述第一光束，所述第一光束包括P光与S光；

所述光电探测模组包括第一光电探测模块与第二光电探测模块，所述第一光电探测模块用于接收所述第二光束，所述第二光电探测模块用于接收所述第三光束。

12.一种激光雷达，其特征在于，包括光源模组、如权利要求1至10中任一项所述的光收发模组以及光电探测模组；

所述光源模组用于生成所述第一光束，所述第一光束包括P光或S光；

所述光电探测模组包括第一光电探测模块与第二光电探测模块，所述第一光电探测模块用于接收所述第二光束，所述第二光电探测模块用于接收所述第三光束。