CN117665771A - 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达 - Google Patents

激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN117665771A
CN117665771A CN202211042630.6A CN202211042630A CN117665771A CN 117665771 A CN117665771 A CN 117665771A CN 202211042630 A CN202211042630 A CN 202211042630A CN 117665771 A CN117665771 A CN 117665771A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wavelength
light
unit
transmitting module
switching
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
CN202211042630.6A
Other languages
English (en)
Inventor
潘政清
向少卿
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.)
Hesai Technology Co Ltd
Original Assignee
Hesai 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 Hesai Technology Co Ltd filed Critical Hesai Technology Co Ltd
Priority to CN202211042630.6A priority Critical patent/CN117665771A/zh
Priority to PCT/CN2023/081256 priority patent/WO2024045550A1/zh
Publication of CN117665771A publication Critical patent/CN117665771A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4911—Transmitters
    • 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
    • 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
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • 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
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • 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
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

一种激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达，发射模块包括：多波长发光单元，所述多波长发光单元适宜于产生光束；波长切换单元，所述波长切换单元接收所述多波长发光单元所产生的光束，所述波长切换单元通过电信号控制多个开关元件切换所输出光束的波长；分光单元，所述分光单元位于所述波长切换单元下游的光路中，所述分光单元用以对所接收光束进行分束并使所分出的每一束进一步形成多线探测光。通过电信号控制开关元件(即光开关)以切换所输出光束的波长，能够有效降低所述波长切换单元的制作工艺难度，有效降低实现高速波长切换的控制难度。

Description

激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达
技术领域
本发明涉及激光探测领域，特别涉及一种激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达。
背景技术
激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于无人驾驶、智能机器人、无人机等领域。近年来，自动驾驶技术发展迅速，激光雷达作为其距离感知的核心传感器，已不可或缺。
其中，调频连续波(FMCW)激光雷达的研制，需要综合考虑测程、视场角(FOV)、帧率和线数。在传统调频连续波系统中，由于延迟角的存在，制约了扫描器快轴的扫描速度，从而影响到视场角、帧率、线数等指标的提升。
现有的调频连续波激光雷达，参数多为：64线；测距能力：小于200米反射率为10％(<200m@10％R)；视场角为120°。而飞行时间法(TOF)的激光雷达，线数一般能够达到128线、甚至300线，250米的测距能力。
因此现有的调频连续波激光雷达的性能参数呈现落后的现状。因此为了实现更高线数的调频连续波激光雷达，急需发展全新的架构，实现各项指标的提升。
发明内容
本发明解决的问题是如何降低激光雷达发射模块的制造难度和控制难度。
为解决上述问题，本发明提供一种激光雷达的发射模块，包括：
多波长发光单元，所述多波长发光单元适宜于产生光束；波长切换单元，所述波长切换单元接收所述多波长发光单元所产生的光束，所述波长切换单元通过电信号控制多个开关元件切换所输出光束的波长；分光单元，所述分光单元位于所述波长切换单元下游的光路中，所述分光单元用以对所接收光束进行分束并使所分出的每一束进一步形成多线探测光。
可选的，所述波长切换单元按照预设时序控制多个开关元件以实现所输出光束的波长的分时切换。
可选的，所述波长切换单元包括：通道元件，所述通道元件适宜于将光路形成m个通道；m个开关元件，所述m个开关元件与所述m个通道一一对应，所述开关元件控制所对应通道的开启和关断；控制元件，所述控制元件按照预设时序控制m个所述开关元件的开启和关断；其中，m为大于1的整数。
可选的，每个通道的光束为单一波长的光束；或者，每个通道的光束包括一组等间隔频率的光束。
可选的，所述通道元件包括：解波分复用滤波器和光交叉波分复用器中的一个。
可选的，所述开关元件包括：硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关和半导体光放大器中的一种。
可选的，所述波长切换单元还包括：能量监控元件，所述能量监控元件位于所述通道元件和所述开关元件之间，所述能量监控元件适宜于监控每个通道的光束的能量；所述控制元件根据每个通道的光束的能量和预设值，调节所对应开关元件的增益。
可选的，所述控制元件控制m个开关元件使得同一预设时间段内仅有1个通道开启。
可选的，所述多波长发光单元包括多个激光器，不同激光器的中心波长不相等；或者，所述多波长发光单元包括至少1个激光器和多波长发生组件。
可选的，所述多波长发生组件包括：电光调制元件和半导体光放大器；或者，所述多波长发生组件包括：微环谐振腔。
可选的，还包括：多个发射端口，一线所述探测光自一个所述发射端口出射；多个发射端口沿第一方向排列以获得出射的光束在第一平面中的扫描；所述发射模块还包括：一维扫描单元，所述一维扫描单元位于发射端口下游的的光路中，所述一维扫描单元使探测光在第二平面中扫描，所述第二平面垂直所述第一平面。
可选的，还包括：多个端口组，每个所述端口组包括多个所述发光端口；同一端口组的多个所述发光端口沿所述第一方向连续排列，且不同端口组的多个所述发光端口所出射的探测光的波长排序相同。
可选的，所述分光单元包括：1×n分束器，所述1×n分束器适宜于对所接收光束进行等能量分束，其中n为大于1的整数；n个波长分离元件，每个波长分离元件使所述1×n分束器分出的每一束进一步形成多线探测光。
可选的，所述波长分离元件包括：解波分复用滤波器、棱镜、光栅和光交叉波分复用器中的至少一个。
可选的，所述发射模块用于同轴收发的收发装置，所述分光单元还包括：n个连接器，每个连接器位于所述1×n分束器和1个所述波长分离元件之间，所述连接器的第一端与所述1×n分束器相连，第二端与所述波长分离元件相连。
可选的，所述连接器为环形器或偏振分束器中的至少一种。
可选的，所述发射模块用于调频连续波的收发装置，所述发射模块还包括：第一耦合单元，所述第一耦合单元位于所述波长切换单元和所述分光单元之间的光路中，所述第一耦合单元从所述波长切换单元所输出的光束中分出本振光。
相应的，本发明还提供一种激光雷达的收发装置，包括：
发射模块，所述发射模块为本发明的发射模块；出射的探测光在三维空间内发生反射以形成回波光；接收模块，所述接收模块适宜于接收所述回波光。
可选的，所述收发装置为调频连续波的收发装置，所述发射模块还包括：第一耦合单元，所述第一耦合单元位于所述波长切换单元和所述分光单元之间的光路中，所述第一耦合单元从所述波长切换单元所输出的光束中分出本振光；所述接收模块包括：1×n分束器，所述接收模块的1×n分束器适宜于将所述第一耦合单元分出的本振光进行等能量分束；n个接收单元，所述n个接收单元与n个分束后的本振光一一对应，且每个接收单元与1个连接器的第三端相连。
可选的，所述接收单元包括：依次相连的耦合器和平衡探测器。
此外，本发明还提供一种激光雷达，包括：本发明的激光雷达的收发装置。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案中，所述激光雷达的发射模块中，所述波长切换单元通过电信号控制多个开关元件切换所输出光束的波长。通过电信号控制开关元件(即光开关)以切换所输出光束的波长，能够有效降低所述波长切换单元的制作工艺难度，有效降低实现高速波长切换的控制难度。
本发明可选方案中，所述波长切换单元按照预设时序控制多个开关元件以实现所输出光束的波长的分时切换。以分时的方式进行波长切换，能够有效降低激光雷达探测数据的采集和计算难度。
本发明可选方案中，一线所述探测光自一个发射端口出射；多个发射端口沿第一方向排列以获得出射的光束在第一平面中的扫描；所述发射模块还包括：一维扫描单元，所述一维扫描单元位于发射端口下游的的光路中，所述一维扫描单元使探测光在第二平面中扫描，所述第二平面垂直所述第一平面。当第一平面内(例如垂直方向)采用多通道电控的方式实现扫描，第二平面内(例如水平方向)采用低速的一维扫描单元实现扫描，从而能够有效降低扫描单元的扫描速度，能够缓解延迟角的问题。
本发明可选方案中，所述发射模块包括多个端口组，每个端口组包括多个发光端口，同一端口组的多个所述发光端口沿所述第一方向连续排列，同一端口组中每个发光端口出射的探测光的波长不同，且不同端口组的多个所述发光端口所出射的探测光的波长排序相同，从而能够尽量错开多波长发光单元经多个波长分离元件所产生的相同波长光束所对应的视场方向，能够尽可能减小相同波长的光束之间的干扰。
本发明可选方案中，所述波长切换单元的通道元件包括：解波分复用滤波器和光交叉波分复用器中的一个；所述开关元件包括：硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关和半导体光放大器中的一种。解波分复用滤波器和光交叉波分复用器、硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关、半导体光放大器都可以大规模芯片化生产，而且阵列化的成本很低，因此能够有效降低制作难度和工艺成本。
附图说明
图1是一种调频连续波的激光雷达的结构示意图；
图2是图1所示激光雷达的扫描镜视场扫描的示意图；
图3是本发明激光雷达的发射模块一实施例的功能框图；
图4是图3所示激光雷达的发射模块实施例中波长切换单元的功能框图；
图5是图4所示激光雷达的发射模块实施例中波长切换单元中控制元件控制多个开关元件的时序图；
图6是图3所示激光雷达发射模块实施例中分光单元的功能框图；
图7是图3所示激光雷达发射模块实施例中发射端口的分布示意图；
图8是本发明激光雷达的发射模块一实施例中发射端口的分布示意图；
图9是本发明激光雷达的发射模块另一实施例中连接器设置为偏振分束器的光路示意图；
图10是本发明激光雷达的发射模块另一实施例的功能框图；
图11是图10所示激光雷达的发射模块实施例中多波长发光单元的功能框图；
图12是图11所示所示激光雷达的发射模块实施例中多波长发光单元所产光束的频率分布情况；
图13是图10所示激光雷达的发射模块实施例中波长切换单元中控制元件控制多个开关元件的时序图；
图14是图13所示激光雷达的发射模块实施例的时序图中虚线框内各光线波长的对应示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术中调频连续波的激光雷达存在各项性能指标有待提升的问题。现结合一种调频连续波激光雷达分析其性能指标差问题的原因：
参考图1，示出了一种调频连续波的激光雷达的结构示意图。
所述激光雷达包括：沿探测光的光路依次设置的激光器11、发射耦合器12、连接器13、准直单元14和扫描镜15；以及沿本振光的光路依次设置的接收耦合器16、探测器17和处理单元18。
其中，所述连接器13的第一端与所述发射耦合器12相连，所述连接器13的第二端与所述准直单元14相连，所述连接器13的第三端与所述接收耦合器16相连。具体的，所述连接器13可以为环形器，连接器13通过光波导，例如光纤与对应元件相连。
所述激光器11产生的初始光被所述发射耦合器12分为探测光和本振光；探测光经所述连接器13传输后，自准直单元14出射，被所述扫描镜15反射至三维空间实现扫描；探测光在三维空间被反射形成的回波光被所述扫描镜15反射并被所述准直单元14接收，经所述连接器13传输至所述接收耦合器16。
接收所述发射耦合器12所分出的本振光和所述连接器13传输的回波光后，所述接收耦合器16将所接收的本振光和回波光混频以进行相干拍频，所述探测器17采集混频后的光束，所述处理单元18根据拍频信号解析获得待测目标的距离、速度和反射率等信息。
所述连接器13具有3个端口，第一端a输入的信号会从第二端b输出，第二端b输入的信号会从第三端c输出；因此探测光从所述第一端a输入，第二端b输出，回波光从所述第二端b输入，第三端c输出；所以所述连接器13的使用可以使所述调频连续波的激光雷达实现同轴收发。
调频连续波的激光雷达中，大多是通过扫描镜15的连续旋转实现三维空间的扫描。在收发共路的激光雷达中，扫描镜15不仅需要实现探测光的扫描，还需要实现所形成回波光的接收。
由于扫描镜15的持续转动，接收回波光束时的扫描镜15的角度已经与探测光束出射时的扫描镜15的角度有一定的差异，即扫描镜15产生了延迟角。延迟角与扫描角速度成正比，扫描角速度越大，扫描镜15相同时间产生的延迟角也越大。延迟角使得回波光在接收端面处(通常使用光纤)的光斑发生倾斜和偏移，进而导致接收效率的下降。
结合参考图2，示出了扫描镜15视场扫描的示意图，快轴对应水平视场的扫描，慢轴对应于垂直视场的扫描，图中示出了慢轴的1帧扫描过程，图中的黑色圆点数可认为是扫描镜15的等效线数(点云在垂直方向输出的线数)。扫描镜15的快轴通常处于谐振状态，扫描频率高达kHz，扫描角速度大，因此使得回波光束在接收端面处的光斑发生倾斜和偏移也很大。
上述延迟角问题的解决方案主要包括：1、放弃机械扫描镜，采用光学相控阵，实现电控阶跃扫描，缺点是当前的技术水平还难以克服相控阵光学天线尺寸小，损耗大的缺陷；2、用多模波导接收，尽管接收效率提升，然而模式之间的相互干涉会引起信噪比的降低；3、收发分离，适当偏移接收波导位置，预补偿延迟角，代价为近距离接收效率降低。
为解决所述技术问题，本发明提供一种激光雷达的发射模块，包括：
多波长发光单元，所述多波长发光单元适宜于产生光束；波长切换单元，所述波长切换单元接收所述多波长发光单元所产生的光束，所述波长切换单元通过电信号控制多个开关元件切换所输出光束的波长；分光单元，所述分光单元位于所述波长切换单元下游的光路中，所述分光单元用以对所接收光束进行分束并使所分出的每一束进一步形成多线探测光。
本发明技术方案，所述激光雷达的发射模块中，所述波长切换单元通过电信号控制多个开关元件切换所输出光束的波长。通过电信号控制开关元件(即光开关)以切换所输出光束的波长，能够有效降低所述波长切换单元的制作工艺难度，有效降低实现高速波长切换的控制难度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图3，示出了本发明激光雷达的发射模块一实施例的功能框图。
所述激光雷达的发射模块包括：多波长发光单元110，所述多波长发光单元110适宜于产生光束；波长切换单元120，所述波长切换单元120接收所述多波长发光单元110所产生的光束，所述波长切换单元120通过电信号控制多个开关元件121切换所输出光束的波长；分光单元130，所述分光单元130位于所述波长切换单元120下游的光路中，所述分光单元130用以对所接收光束进行分束并使所分出的每一束进一步形成多线探测光。
通过电信号控制开关元件121以切换所输出光束的波长，能够有效降低所述波长切换单元120的制作工艺难度，有效降低实现高速波长切换的控制难度。
所述多波长发光单元110作为光源以产生光束。
本发明一些实施例中，所述多波长发光单元110包括多个激光器，不同激光器的中心波长不相等。一些实施例中，所述激光雷达为调频连续波激光雷达，因此所述激光器为调频激光器，所述调频激光器例如可以实现线性调频。具体的，所述多波长发光单元110包括：m个独立的调频激光器，每个调频激光器的中心波长分别为λ1、λ2、λ3……λm。
所述波长切换单元120通过电信号控制以实现波长扫描。
本发明一些实施例中，所述波长切换单元120按照预设时序控制多个开关元件以实现所输出光束的波长的分时切换。以分时的方式进行波长切换，能够有效降低激光雷达探测数据的采集和计算难度。
结合参考图4，示出了图3所示激光雷达的发射模块实施例中波长切换单元120的功能框图。
本发明一些实施例中，所述波长切换单元120包括：通道元件121，所述通道元件121适宜于将光路形成m个通道；m个开关元件S1、S2、S3……Sm，所述m个开关元件与所述m个通道一一对应，开关元件Sm控制所对应通道的开启和关断；控制元件123，所述控制元件123按照预设时序控制m个所述开关元件的开启和关断；其中，m为大于1的整数。
需要说明的是，如图4所示，所述多波长发光单元110具有1个出光端口，所述多波长发光单元110所产生的光束均经所述出光端口输出。本发明其他实施例中，所述多波长发光单元110也可以具有多个出光端口，所述多波长发光单元110所产生的光束经所述多个出光端口输出。
具体的，一些实施例中，所述多波长发光单元具有m个出光端口，所述m个出光端口与所述m个通道一一对应；所述多波长发光单元所产生的光束分别经所述出光端口输入至所对应的通道。
此外，一些实施例中，所述多波长发光单元包括m个激光器，不同激光器的中心波长不相等；所述多波长发光单元的m个出光端口与m个激光器一一对应；所述m个出光端口与所述m个通道一一对应，因此每个激光器所产生的光束经所对应的出光端口输入至所对应的通道。
所述通道元件121用以形成多个通道。
本发明一些实施例中，每个通道的光束为单一波长的光束。具体的，一些实施例中，所述多波长发光单元110包括m个中心波长不同的调频激光器，因此，所述通道元件121形成m个通道，即通道1221、通道1222、通道1223、……、通道122m；其中的每个通道传输一个波长的光束，即通道1221传输波长λ1的光束、通道1222传输波长λ2的光束、通道1223传输波长λ3的光束、……、通道122m传输波长λm的光束。
本发明一些实施例中，当所述多波长发光单元具有1个出光端口时，所述通道元件121包括：解波分复用滤波器(DEMUX)。解波分复用滤波器可以大规模芯片化生产，而且阵列化的成本很低，因此能够有效降低制作难度和工艺成本。
本发明一些实施例中，当所述多波长发光单元具有m个出光端口时，所述通道元件121例如包括m个光纤组成的光纤阵列，每个出光端口和光纤阵列中的每个光纤相对应，进而形成m个通道。
所述开关元件用以控制所对应通道的开启和关断。
具体的，所述通道元件121分出的每一个通道上均设置有1个所述开关元件以控制其开启和关断。如图4所示实施例中，通道1221上设置开关元件S1以控制波长λ1的光束的传输，通道1222上设置开关元件S2以控制波长λ2的光束的传输，通道1223上设置开关元件S3以控制波长λ3的光束的传输，……，通道122m上设置开关元件Sm以控制波长λm的光束的传输。
本发明一些实施例中，所述开关元件包括：光开关，如硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关和半导体光放大器(SOA)中的一种。所述硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关和半导体放大器的增益是可以调节的，不仅仅能控制所对应通道的开启和关闭，还能够起到调节所对应通道增益的作用。硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关和半导体光放大器都可以大规模芯片化生产，而且阵列化的成本很低，因此能够有效降低制作难度和工艺成本。
本发明一些实施例中，所述波长切换单元120还包括：能量监控元件124，所述能量监控元件124位于所述通道元件和所述开关元件SOA之间，所述能量监控元件124适宜于监控每个通道的光束的能量。
所述控制元件123用以控制所述多个开关元件。
所述控制元件123内预存有控制所述开关元件的时序；所述控制元件123根据上述时序，依次控制所对应开关元件的开启和关断。通过时序控制波长切换，避免容易干扰的信号同时产生，能够降低信号之间的干扰的可能，能够有效降低所述波长切换单元的制作工艺难度，能够降低波长切换的控制难度。
结合参考图5，示出了图4所示激光雷达的发射模块实施例中波长切换单元120中控制元件控制多个开关元件的时序图。
本发明一些实施例中，所述控制元件123控制m个开关元件使得同一预设时间段内仅有1个通道开启。
具体的，在t11时刻至t12时刻之间，开启所述开关元件S1，关断其他开关元件，仅使波长为λ1的光束经通道1221通过；在t21时刻至t22时刻之间，开启所述开关元件S2，关断其他开关元件，仅使波长为λ2的光束经通道1222通过；在t31时刻至t32时刻之间，开启所述开关元件S3，关断其他开关元件，仅使波长为λ3的光束经通道1223通过；……；在tm1时刻至tm2时刻之间，开启所述开关元件Sm，关断其他开关元件，仅使波长为λm的光束经通道122m通过。
需要说明的是，本发明一些实施例中，所述波长切换单元120还包括监控每个通道的光束的能量监控元件124，因此所述控制元件123根据每个通道的光束的能量和预设值，调节所对应开关元件SOA的增益以使每个通道的能量相等。
本发明一些实施例中，所述发射模块用于调频连续波的收发装置，调频连续波收发装置是通过解析拍频信号分析目标的距离、速度和反射率等信息的，其中拍频信号为探测光被反射后所形成的回波光与从探测光所分出的本振光进行相干拍频后得到的信号。所以如图4所示，所述发射模块还包括：第一耦合单元141，所述第一耦合单元141位于所述波长切换单元120下游的光路中，所述第一耦合单元141从所述波长切换单元120所输出的光束中分出本振光。
另外，所述通道元件121将光路分成多个通道，因此为了简化设备结构，如图4所示，所述发射模块还包括：合并单元142，所述合并单元142位于所述第一耦合单元141和所述波长切换单元120之间的光路中，以使所述通道元件121分出的多个通道分时共用同一第一耦合单元141。具体的，所述合并单元142可以是复用器(MUX)。
此外，为了提高发光强度，如图4所示，所述发射模块还包括：放大单元143，所述放大单元143位于所述第一耦合单元141和所述合并单元142之间的光路中。具体的，所述放大单元143可以是光放大器。
综上，如图4所示，多波长发光单元110产生多波长光束，所述多波长光束的波长包括：λ1、λ2、λ3……λm；所述多波长光束经所述波长切换单元120的通道元件121后，分别由所述波长切换单元所形成的通道传输；在预设时间段内，开启开关元件λi，关断其他开关元件，仅使波长为λi的光束经对应通道通过；波长为λi的光束在经合并单元142传输、经所述放大单元143进一步功率放大后，被所述第一耦合单元141分为本振光和探测光。
所以，在不同的时间段内，开启不同的开关元件，关断其余开关元件，仅使对应波长的光束经通道通过；通过的光束经合并单元142传输、经所述放大单元143进一步功率放大后，均会被所述第一耦合单元141分为本振光和探测光，也就是说，不同时间段内，经所述第一耦合单元141会形成不同波长的本振光和探测光。
继续参考图3，结合参考图6，所述发射模块还包括：分光单元130以形成单一波长出射的多线探测光，其中图6示出了图3所示激光雷达发射模块实施例中分光单元130的功能框图。
如图6所示，本发明一些实施例中，所述分光单元130包括：1×n分束器131，所述1×n分束器131适宜于对所接收光束进行等能量分束，其中n为大于1的整数；n个波长分离元件132，每个波长分离元件132使所述1×n分束器分出的每一束形成单一波长出射的多线探测光。
所述1×n分束器131用以实现等能量分束；所述1×n分束器131所分出的每一束经1个所述波长分离元件132以形成单一波长的多线探测光。具体的，所述波长分离元件132包括：解波分复用滤波器、棱镜、光栅和光交叉波分复用器中的至少一个。
本发明一些实施例中，所述多波长发光单元110包括m个中心波长不同的调频激光器，因此，所述通道元件121分出m个通道；因此，所述通道元件121分出每个通道，每个通道被对应开关元件分时切换，随后进入合并元件142，由合并元件142出射并被功率放大后，被所述1×n分束器131分成n束。
具体如图6所示，在t11时刻至t12时刻之间，经通道1221通过的波长为λ1的光束，被所述1×n分束器131等能量分束后形成n束子光束，每一束子光束经所对应的波长分离元件132形成一线探测光，所以在t11时刻至t12时刻之间通道1221波长为λ1的光束被通过后，有n线波长为λ1的探测光出射，具体地n线波长为λ1的探测光由n个波长分离元件出射，每个对应一线；在t21时刻至t22时刻之间，经通道1222通过的波长为λ2的光束，被所述1×n分束器131等能量分束后形成n束子光束，每一束子光束经所对应的波长分离元件132形成一线探测光，所以在t21时刻至t22时刻之间通道1222波长为λ2的光束被通过后，有n线波长为λ2的探测光出射，具体地n线波长为λ2的探测光由n个波长分离元件出射，每个对应一线；在t31时刻至t32时刻之间，经通道1223通过的波长为λ3的光束，被所述1×n分束器131等能量分束后形成n束子光束，每一束子光束经所对应的波长分离元件132形成一线探测光，所以在t31时刻至t32时刻之间通道1223波长为λ3的光束被通过后，有n线波长为λ3的探测光出射，具体地n线波长为λ3的探测光由n个波长分离元件出射，每个对应一线；……；在tm1时刻至tm2时刻之间，经通道122m通过的波长为λm的光束，被所述1×n分束器131等能量分束后形成n束子光束，每一束子光束经所对应的波长分离元件132形成一线探测光，所以在tm1时刻至tm2时刻之间通道122m波长为λm的光束被通过后，有n线波长为λm的探测光出射，具体地n线波长为λm的探测光由n个波长分离元件出射，每个对应一线。
由于，不同波长的光束自所述波长分离元件132的出射角度不一样，所述多波长发光单元110包括m个中心波长不同的调频激光器，所述通道元件121将光路形成m个单一波长的通道，因此，每个通道经所述分光单元130分出n线探测光，因此在开关元件S1～Sm依次开启一次的循环过程中，一个波长分离元件产生λ1、λ2、λ3……λm的m个波长，n个波长分离元件共形成n×m线探测光。
如图7所示，本发明一些实施例中，所述发射模块还包括：多个发射端口151，所述出射端口例如是光纤的端面，自波长分离元件132出射的光进入光纤传输，也可以是其他类型的光波导，如平面光波导的端面，一线所述探测光自一个所述发射端口151出射；多个发射端口151沿第一方向排列以获得出射的光束在第一平面中的扫描；所述发射模块还包括：一维扫描单元152，所述一维扫描单元位于发射端口151出射光下游的的光路中，所述一维扫描单元152使探测光在第二平面中扫描，所述第二平面垂直所述第一平面。
当第一平面内(例如垂直方向)采用多通道电控的方式实现扫描，代替了现有技术中快轴高速扫描，第二平面内(例如水平方向)采用低速的一维扫描单元实现扫描，从而能够有效降低扫描单元的扫描速度，能够缓解延迟角的问题。
所述发射端口151位置可按需求排列，与准直透镜154结合形成第一平面内的线束扫描。具体的，如图7所示实施例中，多个所述发射端口151等间距分布于所述准直透镜154的焦平面内，即均匀分布于所述准直透镜154的焦平面内。
本发明一些实施例中，所述发射模块还包括：多个端口组153，每个所述端口组153包括多个所述发光端口151，一个端口组153与一个波长分离元件132相对应；同一端口组153的多个所述发光端口151沿所述第一方向连续排列，且不同端口组153的多个所述发光端口151所出射的探测光的波长排序相同。
具体的，如图7中所示，端口组153i中，发射端口1511、端口1512、端口1513、……、端口151m沿第一方向依次排列，波长为λ1、λ2、λ3、……、λm依次自发射端口1511、端口1512、端口1513、……、端口151m出射。
不同端口组153的多个发射端口151的排列方式相同。具体如图7所示实施例中，端口组153j中的多个发射端口151的排列方式与端口组153i中的多个发射端口151的排列方式相同，即发射端口1511、端口1512、端口1513、……、端口151m也沿第一方向依次排列。
而且，不同端口组153的多个所述发光端口151所出射的探测光的波长排序相同。具体如图7所示实施例中，端口组153j中的多个发射端口151所出射的探测光的波长分布情况与端口组153i中的多个发射端口151所出射的探测光的波长分布情况，即端口组153i中波长为λ1、λ2、λ3、……、λm也是依次自发射端口1511、端口1512、端口1513、……、端口151m出射。
使不同端口组153的多个所述发光端口151所出射的探测光的波长排序相同，也即，使得出射相同波长的探测光的发光端口151在准直透镜154焦平面上高度差最大，相同波长的探测光间的视场尽量错开，从而减少相同波长的探测光之间的干扰。
本发明一些实施例中，所述发射模块用于同轴收发的收发装置，所述分光单元130还包括：n个连接器133，每个连接器133位于所述1×n分束器131和1个所述波长分离元件132之间，所述连接器133的第一端与所述1×n分束器131相连，第二端与所述波长分离元件132相连。具体的，所述连接器133为环形器。
综上，如图4和图6所示，经所述第一耦合单元141形成的探测光，经所述分光单元130的1×n分束器131，分成等能量的n线探测光，每一线自所述连接器133的第一段输入，从所述连接器133的第二端输出；自所述第二端输出的探测光经所述波长分离元件132，从预设的发射端口出射以进行探测。
需要说明的是，如图7所示，多个所述发射端口151等间距分布于所述准直透镜154的焦平面内。但是这种排列方式仅为一实施例。本发明其他实施例中，如图8所示，位于边缘的相邻发射端口251之间的间距d1大于位于中心的相邻发射端口251(如图8中虚线框253内的发射端口251)之间的间距d2，与准直透镜254结合形成垂直方向中心加密的线束扫描。具体的，沿边缘指向中心的方向，相邻发射端口251之间的间距逐渐减小，所述发射端口251的密度逐渐增大以形成自边缘向中心逐渐加密的线束。
还需要说明的是，在所述多波长发光单元110设置多个激光器以产生不同中心波长的光束的做法仅为一示例。本发明其他实施例中，所述多波长发光单元也可以由单激光器和多波长发生组件构成。
此外，如图6所示实施例中，所述连接器133为环形器。但是将所述连接器设置为环形器的做法仅为一示例，本发明其他实施例中，所述连接器也可以为偏振分束器。如图9所示，所述连接器533为偏振分束器。所述连接器533的第一端533a与所述1×n分束器531相连，第二端533b与所述波长分离元件532相连；所述第三端533c与激光雷达的接收模块相连。1×n分束器531产生的探测光自第一端533a进入连接器533，经过连接器533后例如TM偏振部分自第二端533b出射(优选地，再经过1/4波片形成圆偏光)，经过波长分离元件532最终出射到环境，回波光(再次经过1/4波片，由圆偏光转化为TE偏振光)经第二端533b进入连接器533，被反射从第三端533c出射，形成类似环形器的功能。可选地，也可以是TE偏振部分自第二端533b出射，回波光中的TM偏振部分部反射从第三端533c出射。
参考图10，示出了本发明激光雷达的发射模块另一实施例的功能框图。
与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。与前述实施例不同之处之一，本实施例中，如图11所示，所述多波长发光单元310包括至少1个激光器311和多波长发生组件312，以控制硬件成本。所述激光雷达为调频连续波激光雷达时，所述激光器311为调频激光器。
具体的，所述激光器311的中心频率为f1，通过所述多波长发生组件312后生成多个频率f1、f2、f3……fi(对应多个波长λ1、λ2、λ3……λi)，多个频率之间的间隔相同均为Δf，如图12所示。
如图11所示，本发明一些实施例中，所述多波长发生组件312包括：电光调制元件312a和半导体光放大器312b。通过基于电光调制效应和四波混频效应能够产生多个波长。
如图11所示，中心频率为f1的激光器311出射的光经所述电光调制元件312a后除原本的频率外，产生至少2个频率值，即频率f2和频率f3；再经过半导体光放大器312b后产生更多数量的波长，即图11中所示的fi。而且通过调节所述半导体光放大器312b的增益，使所述半导体光放大器312b输出的不同波长的光束能量接近相等。
需要说明的是，以所述电光调制元件312a和所述半导体光放大器312b构成所述多波长发生组件312的做法仅为一示例。本发明其他实施例中，所述多波长发生组件也可以包括：微环谐振腔。微环谐振腔中的四波混频效应更强，能产生更多波长，波长范围也更大。而且与所述电光调制元件312a和所述半导体光放大器312b构成多波长发生组件312相比，微环谐振腔中的四波混频效应能够产生更多数量的波长，以形成光梳。例如利用单激光器、电光调制元件和半导体光放大器构成多波长发光单元的形式可产生16个波长，利用单激光器和微环谐振腔的方式可产生64个波长。
本发明一些实施例中，当利单激光器和微环谐振腔的方式产生更多波长时，所述波长切换单元320中的所述通道元件321包括光交叉波分复用器(Inter Lever)。光交叉波分复用器所形成的每一个通道均为梳状滤波，输出的都是一组等间隔频率的光束。而且光交叉波分复用器可以大规模芯片化生产，阵列化的成本很低，因此能够有效降低制作难度和工艺成本。由于受到功耗的限制，大功率的功率放大元件如图4中的143无法主动散热，只能被动散热；而功率放大元件在不同温度下会产生增益谱漂移的问题。多波长发光单元310形成光梳时，经光交叉波分复用器后每个通道包括多个波长，经对应开关元件分时切换后，每个通道的多个波长同时到达功率放大元件，在该情况下，即使存在增益谱漂移，多个波长中始终存在某个波长落入增益谱范围，因此无需温控。具体而言，如图10所示的发射模块中，每个通道传输包括多个波长的光束时，在使用环境温度变化较大时，功率放大元件的增益也会随之变化，但是由于每个通道传输的光束包括多个波长，至少有1个波长仍处于所述功率放大元件的增益范围内的概率较大，也就是说，能够降低环境温度变化对通道出光能量的影响。
继续参考图10，本发明一些实施例中，每个通道的光束包括一组等间隔频率的光束。具体的，一些实施例中，所述多波长发光单元最终生成包括N个等间隔的频率的光束。每个通道所包括光束的波长的数量是所述多波长发光单元所生成频率数量的约数，也就是说，所述多波长发光单元所生成的光束的波长数量是每个通道所包括光束波长数量的整数倍。所以，基于所述多波长发光单元所生成波长的数量以及每个通道传输的光束所包括波长的数量设置所述通道的数量。
具体的，所述通道元件321中的光交叉波分复用器为1分m的光交叉波分复用器以形成m个通道，即所述多波长发光单元生成的光束包括N个波长，λ'1、λ'2、λ'3、λ'4、λ'5、……、λ'N，其中N是m的整数倍，即N＝km，k为正整数。
如图10所示实施例中，所述通道元件321中的光交叉波分复用器为1分m的光交叉波分复用器，即所述多波长发光单元生成的光束包括N个波长，分成m组进入m个通道，每个通道包括k，即k＝N/m个波长数，该k个波长对应的频率为等间隔。例如N为64个波长时，通过1分4的光交叉波分复用器，产生4个通道，每个通道包括16个波长数。
所以，通道3221传输波长λ'1、λ'1+m、λ'1+2m、λ'1+3m、λ'1+4m、……、λ'1+(k-1)m的光束；通道3222传输波长λ'2、λ'2+m、λ'2+2m、λ'2+3m、λ'2+4m、……、λ'2+(k-1)m的光束；通道3223传输波长λ'3、λ'3+m、λ'3+2m、λ'3+3m、λ'3+4m、……、λ'3+(k-1)m的光束；通道3224传输波长λ'4、λ'4+m、λ'4+2m、λ'4+3m、λ'4+4m、……、λ'4+(k-1)m的光束；……；通道322m传输波长λ'm、λ'2m、λ'3m、λ'4m、λ'5m、……、λ'km的光束。
每个通道上设置的开关元件用以控制所对应通道的开启和关断。如图10所示实施例中，通道3221上设置开关元件以控制波长λ'1、λ'1+m、λ'1+2m、λ'1+3m、λ'1+4m、……、λ'1+(k-1)m的光束的传输，通道3222上设置开关元件以控制波长λ'2、λ'2+m、λ'2+2m、λ'2+3m、λ'2+4m、……、λ'2+(k-1)m的光束的传输，通道3223上设置开关元件以控制波长λ'3、λ'3+m、λ'3+2m、λ'3+3m、λ'3+4m、……、λ'3+(k-1)m的光束的传输，通道3224上设置开关元件以控制波长λ'4、λ'4+m、λ'4+2m、λ'4+3m、λ'4+4m、……、λ'4+(k-1)m的光束的传输，……，通道322m上设置开关元件以控制波长λ'm、λ'2m、λ'3m、λ'4m、λ'5m、……、λ'km的光束的传输。
结合参考图13和图14所示，其中图13示出了图10所示激光雷达的发射模块实施例中波长切换单元中控制元件控制多个开关元件的时序图，图14是图13所示激光雷达的发射模块实施例的时序图中虚线框内各光线波长的对应示意图。
本发明一些实施例中，所述控制元件控制多个开关元件使得同一预设时间段内仅有1个通道开启。
具体的，在t11时刻至t12时刻之间，开启所述开关元件SOAi1，关断其他开关元件，仅使波长为λ'1、λ'1+m、λ'1+2m、λ'1+3m、λ'1+4m、……、λ'1+(k-1)m的光束经通道3221通过，也就是说，t11时刻至t12时刻之间，通道3221输出波长为λ'1、λ'1+m、λ'1+2m、λ'1+3m、λ'1+4m、……、λ'1+(k-1)m的光束(如图13中虚线框at1)；在t21时刻至t22时刻之间，开启所述开关元件SOAi2，关断其他开关元件，仅使波长为λ'2、λ'2+m、λ'2+2m、λ'2+3m、λ'2+4m、……、λ'2+(k-1)m的光束经通道3222通过，也就是说，t21时刻至t22时刻之间，通道3222输出波长为λ'2、λ'2+m、λ'2+2m、λ'2+3m、λ'2+4m、……、λ'2+(k-1)m的光束(如图13中虚线框at2)；在t31时刻至t32时刻之间，开启所述开关元件SOAi3，关断其他开关元件，仅使波长为λ'3、λ'3+m、λ'3+2m、λ'3+3m、λ'3+4m、……、λ'3+(k-1)m的光束经通道3223通过，也就是说，t31时刻至t32时刻之间，通道3223输出波长为λ'3、λ'3+m、λ'3+2m、λ'3+3m、λ'3+4m、……、λ'3+(k-1)m的光束(如图13中虚线框at3)；在t41时刻至t42时刻之间，开启所述开关元件SOAi4，关断其他开关元件，仅使波长为λ'4、λ'4+m、λ'4+2m、λ'4+3m、λ'4+4m、……、λ'4+(k-1)m的光束经通道3224通过，也就是说，t41时刻至t42时刻之间，通道3224输出波长为λ'4、λ'4+m、λ'4+2m、λ'4+3m、λ'4+4m、……、λ'4+(k-1)m的光束(如图13中虚线框at4)；……；在tm1时刻至tm2时刻之间，开启所述开关元件SOAim，关断其他开关元件，仅使波长为λ'm、λ'2m、λ'3m、λ'4m、λ'5m、……、λ'km的光束经通道322m通过，也就是说，tm1时刻至tm2时刻之间，通道322m输出波长为λ'm、λ'2m、λ'3m、λ'4m、λ'5m、……、λ'km的光束(如图13中虚线框atm)。
需要说明的是，图13中虚线框at1、虚线框at2、虚线框at3、虚线框at4以及虚线框atm位置错开以显示清晰。
当多波长发光单元310形成光梳，在波长切换单元320中配合设置光交叉波分复用器作为通道元件321，光交叉波分复用器所形成的每一个通道均为梳状滤波器，输出为一组等间隔频率的光梳。因此所述通道元件321所形成的每个通道的出射光均为包括多波长的光束。
还需要说明的是，本发明一些实施例中，所述波长分离元件可以为光交叉波分复用器。所述多波长发光单元形成光梳，所述波长分离元件设置为光交叉波分复用器，在开关元件依次开启一次的循环过程中，一个波长分离元件产生m组波长(一组对应一线)，n个波长分离元件共形成n×m线探测光。此时由于所述波长分离元件所形成的每一线探测光包括多个波长，多波长的探测光照射在物体的同一位置，能够有效降低粗糙表面的散斑效应，减小回波功率的抖动。
需要说明的是，所述发射模块中的光束可以通过光纤传输，即不同单元、元件之间通过光纤实现连接。具体的，所述光纤可以是单模光纤或者平面光波导。
相应的，本发明还提供一种激光雷达的收发装置。
参考图4和图6，示出了本发明激光雷达的收发装置一实施例的功能框图。
所述激光雷达的收发装置包括：发射模块，所述发射模块为本发明的发射模块；出射的探测光在三维空间内发生反射以形成回波光；接收模块，所述接收模块适宜于接收所述回波光。
所述发射模块为本发明的发射模块。因此所述发射模块的具体技术方案参考前述发射模块的实施例，本发明在此不再赘述。
如图6所示，本发明一些实施例中，所述分光单元130包括：1×n分束器131，所述1×n分束器131适宜于对所接收光束进行等能量分束，其中n为大于1的整数；n个波长分离元件132，每个波长分离元件132使所述1×n分束器分出的每一束形成单一波长出射的多线探测光。
本发明一些实施例中，所述发射模块用于同轴收发的收发装置，所述分光单元130还包括：n个连接器133，每个连接器133位于所述1×n分束器131和1个所述波长分离元件132之间，所述连接器133的第一端与所述1×n分束器131相连，第二端与所述波长分离元件132相连。具体的，所述连接器133为环形器或偏振分束器中的至少一种。
此外，本发明一些实施例中，所述收发装置为调频连续波的收发装置。所以如图4所示，所述发射模块还包括：第一耦合单元141，所述第一耦合单元141位于所述波长切换单元120下游的光路中，所述第一耦合单元141从所述波长切换单元120所输出的光束中分出本振光。
所述接收模块用以接收回波信号以实现探测。
本发明一些实施例中，所述收发装置为同轴收发的调频连续波收发装置；而且为了分光单元130中通过1×n分束器131进行等能量分束；因此所述接收模块包括：1×n分束器410，所述接收模块的1×n分束器410适宜于将所述第一耦合单元141分出的本振光进行等能量分束；n个接收单元420，所述n个接收单元420与n个分束后的本振光一一对应，且每个接收单元420与1个所述连接器133的第三端相连。具体的，所述接收单元420包括：依次相连的耦合器421和平衡探测器(BPD)422。
回波光经所述波长分离元件132接收后，经所述连接器133的第二端输入，自所述连接器133的第三端输出至所述接收单元420；本振光经等能量分束后，也输入至所述接收单元420；输入至所述接收单元420的本振光和回波光在所述耦合器421进行混频，之后被平衡探测器422探测以实现探测。
需要说明的是，所述收发装置中的光束可以通过光纤传输，即不同单元、元件之间通过光纤实现连接。具体的，所述光纤可以是单模光纤或者平面光波导。
此外，本发明还提供一种激光雷达，包括：收发装置，所述收发装置为本发明的收发装置。
所述收发装置为本发明的收发装置。因此所述收发装置的具体技术方案参考前述收发装置的实施例，本发明在此不再赘述。
所述收发装置的发射模块中，所述波长切换单元通过电信号控制多个开关元件切换所输出光束的波长。通过电信号控制开关元件(即光开关)以切换所输出光束的波长，能够有效降低所述波长切换单元的制作工艺难度，有效降低实现高速波长切换的控制难度。
而且所述波长切换单元的通道元件包括：解波分复用滤波器和光交叉波分复用器中的一个；所述开关元件包括：硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关和半导体光放大器中的一种。解波分复用滤波器和光交叉波分复用器、硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关、半导体光放大器都可以大规模芯片化生产，而且阵列化的成本很低，因此能够有效降低制作难度和工艺成本。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (21)

1.一种激光雷达的发射模块，其特征在于，包括：
多波长发光单元，所述多波长发光单元适宜于产生光束；
波长切换单元，所述波长切换单元接收所述多波长发光单元所产生的光束，所述波长切换单元通过电信号控制多个开关元件切换所输出光束的波长；
分光单元，所述分光单元位于所述波长切换单元下游的光路中，所述分光单元用以对所接收光束进行分束并使所分出的每一束进一步形成多线探测光。
2.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述波长切换单元按照预设时序控制多个开关元件以实现所输出光束的波长的分时切换。
3.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述波长切换单元包括：
通道元件，所述通道元件适宜于将光路形成m个通道；
m个开关元件，所述m个开关元件与所述m个通道一一对应，所述开关元件控制所对应通道的开启和关断；
控制元件，所述控制元件按照预设时序控制m个所述开关元件的开启和关断；
其中，m为大于1的整数。
4.如权利要求3所述的发射模块，其特征在于，每个通道的光束为单一波长的光束；
或者，每个通道的光束包括一组等间隔频率的光束。
5.如权利要求3或4所述的发射模块，其特征在于，所述通道元件包括：解波分复用滤波器和光交叉波分复用器中的一个。
6.如权利要求3所述的发射模块，其特征在于，所述开关元件包括：硅基光开关、薄膜铌酸锂电光开关和半导体光放大器中的一种。
7.如权利要求6所述的发射模块，其特征在于，所述波长切换单元还包括：
能量监控元件，所述能量监控元件位于所述通道元件和所述开关元件之间，所述能量监控元件适宜于监控每个通道的光束的能量；
所述控制元件根据每个通道的光束的能量和预设值，调节所对应开关元件的增益。
8.如权利要求3所述的发射模块，其特征在于，所述控制元件控制m个开关元件使得同一预设时间段内仅有1个通道开启。
9.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述多波长发光单元包括多个激光器，不同激光器的中心波长不相等；
或者，所述多波长发光单元包括至少1个激光器和多波长发生组件。
10.如权利要求9所述的发射模块，其特征在于，所述多波长发生组件包括：电光调制元件和半导体光放大器；
或者，所述多波长发生组件包括：微环谐振腔。
11.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，还包括：多个发射端口，一线所述探测光自一个所述发射端口出射；
多个发射端口沿第一方向排列以获得出射的光束在第一平面中的扫描；
所述发射模块还包括：一维扫描单元，所述一维扫描单元位于发射端口下游的的光路中，所述一维扫描单元使探测光在第二平面中扫描，所述第二平面垂直所述第一平面。
12.如权利要求11所述的发射模块，其特征在于，还包括：多个端口组，每个所述端口组包括多个所述发光端口；
同一端口组的多个所述发光端口沿所述第一方向连续排列，且不同端口组的多个所述发光端口所出射的探测光的波长排序相同。
13.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述分光单元包括：
1×n分束器，所述1×n分束器适宜于对所接收光束进行等能量分束，其中n为大于1的整数；
n个波长分离元件，每个波长分离元件使所述1×n分束器分出的每一束进一步形成多线探测光。
14.如权利要求13所述的发射模块，其特征在于，所述波长分离元件包括：解波分复用滤波器、棱镜、光栅和光交叉波分复用器中的至少一个。
15.如权利要求13所述的发射模块，其特征在于，所述发射模块用于同轴收发的收发装置，所述分光单元还包括：n个连接器，每个连接器位于所述1×n分束器和1个所述波长分离元件之间，所述连接器的第一端与所述1×n分束器相连，第二端与所述波长分离元件相连。
16.如权利要求15所述的发射模块，其特征在于，所述连接器为环形器或偏振分束器中的至少一种。
17.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述发射模块用于调频连续波的收发装置，所述发射模块还包括：第一耦合单元，所述第一耦合单元位于所述波长切换单元和所述分光单元之间的光路中，所述第一耦合单元从所述波长切换单元所输出的光束中分出本振光。
18.一种激光雷达的收发装置，其特征在于，
发射模块，所述发射模块如权利要求1至16中任一项所述；
出射的探测光在三维空间内发生反射以形成回波光；
接收模块，所述接收模块适宜于接收所述回波光。
19.如权利要求18所述的收发装置，其特征在于，所述收发装置为调频连续波的收发装置，所述发射模块还包括：
第一耦合单元，所述第一耦合单元位于所述波长切换单元和所述分光单元之间的光路中，所述第一耦合单元从所述波长切换单元所输出的光束中分出本振光；
所述接收模块包括：
1×n分束器，所述接收模块的1×n分束器适宜于将所述第一耦合单元分出的本振光进行等能量分束；
n个接收单元，所述n个接收单元与n个分束后的本振光一一对应，且每个接收单元与1个连接器的第三端相连。
20.如权利要求19所述的收发装置，其特征在于，所述接收单元包括：依次相连的耦合器和平衡探测器。
21.一种激光雷达，其特征在于，包括：
收发装置，所述收发装置如权利要求18～20任一项所述。
CN202211042630.6A 2022-08-29 2022-08-29 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达 Pending CN117665771A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211042630.6A CN117665771A (zh) 2022-08-29 2022-08-29 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达
PCT/CN2023/081256 WO2024045550A1 (zh) 2022-08-29 2023-03-14 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211042630.6A CN117665771A (zh) 2022-08-29 2022-08-29 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117665771A true CN117665771A (zh) 2024-03-08

Family

ID=90083123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211042630.6A Pending CN117665771A (zh) 2022-08-29 2022-08-29 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN117665771A (zh)
WO (1) WO2024045550A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118050739B (zh) * 2024-04-02 2024-06-11 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于热光源的量子安全激光雷达装置及测距方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4739928B2 (ja) * 2005-11-28 2011-08-03 日本電信電話株式会社 波長選択光スイッチおよび波長選択光スイッチモジュール
CN107153194B (zh) * 2016-12-30 2023-05-23 深圳市速腾聚创科技有限公司 多线激光雷达及多线激光雷达控制方法
CN106684694A (zh) * 2017-02-17 2017-05-17 北京工业大学 一种用于多线激光雷达的激光分束装置
US11061140B2 (en) * 2017-04-25 2021-07-13 Analog Photonics LLC Wavelength division multiplexed LiDAR
CN107272016B (zh) * 2017-05-09 2021-01-08 中国科学院半导体研究所 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达
CN108226945A (zh) * 2018-01-15 2018-06-29 上海禾赛光电科技有限公司 激光雷达及其工作方法
US11047959B2 (en) * 2018-02-15 2021-06-29 Optilab, Llc Apparatus and method for generating multiple-wavelength distributed continuous wave and pulse optical transmission signal
CN111257897A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 中国科学院福建物质结构研究所 一种激光雷达
WO2021012084A1 (zh) * 2019-07-19 2021-01-28 深圳市速腾聚创科技有限公司 相控阵发射装置、激光雷达和自动驾驶设备
CN113671465A (zh) * 2020-04-30 2021-11-19 上海禾赛科技有限公司 激光雷达的反射装置、激光雷达及探测方法
CN114114202A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 上海禾赛科技有限公司 激光发射装置、包括其的激光雷达及探测方法
CN217820832U (zh) * 2022-06-10 2022-11-15 北京一径科技有限公司 激光雷达的发射模组、接收模组及激光雷达
CN115128579A (zh) * 2022-07-19 2022-09-30 国科光芯(海宁)科技股份有限公司 激光雷达芯片模组、激光雷达系统及激光探测方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024045550A1 (zh) 2024-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7303925B2 (ja) 多波長ライダー設計
US20230140940A1 (en) Modular three-dimensional optical sensing system
US11650296B2 (en) Optical sensing based on wavelength division multiplexed (WDM) light at different wavelengths in light detection and ranging LiDAR systems
CN115639543B (zh) 调频连续波激光雷达及自动驾驶设备
KR20210141709A (ko) 주파수 변조 연속파 광 감지 및 거리 측정을 위한 스위칭 가능한 코히런트 픽셀 어레이
US20220268891A1 (en) Lidar system
CN114460601B (zh) 一种激光雷达系统
US20220050187A1 (en) Scan-less 3d optical sensing devices and associated lidar based on stacking of integrated photonic chips, wavelength division demultiplexing and position-to-angle conversion of a lens
CN115542345A (zh) Fmcw激光雷达、自动驾驶系统及可移动设备
CN114325639A (zh) 可用于雷达的光学组件及硅光芯片
WO2024045550A1 (zh) 激光雷达的发射模块、收发装置和激光雷达
CN114609610A (zh) 一种基于阵列波导光栅的二维面型多波束测距系统
CN116087971A (zh) 一种opa激光雷达
CN113985603B (zh) 光束扫描系统
JP2017211502A (ja) 光周波数コム発生装置および測距装置
CN116106917A (zh) 一种并行线性调频连续波激光雷达测距测速系统
CN114966717A (zh) 一种基于准直光束的侦测系统和方法、激光雷达系统
CN112748440A (zh) 基于微腔光梳的光子时间展宽激光雷达系统
CN116338704A (zh) 激光雷达系统、智能设备及激光雷达探测方法
CN116908815B (zh) 激光雷达及可移动设备
CN116908814B (zh) 激光雷达及可移动设备
CN116908812B (zh) 半固态激光雷达系统
CN114397665A (zh) 基于vcsel的固态激光雷达系统
CN118688754A (zh) 一种可调谐锁模激光器和并行fmcw激光雷达系统
CN117406233A (zh) 一种基于电光梳的线性调频连续波激光雷达并行测距方法

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