CN208654312U - 一种提高激光雷达发射光功率的光学组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光雷达技术领域，公开了一种提高激光雷达发射光功率的光学组件，包括多个发射激光器、会聚光学元件、第一光波导及发射光学元件；多个发射激光器并行排列形成发射激光器阵列；所述会聚光学元件将多个发射激光器发出的探测光信号耦合进第一光波导中；所述发射光学元件将第一光波导发出的探测光信号准直至探测目标。光波导可作为二次发射光源，发出多个激光器会聚之后的光能量，较单个激光器的能量，可有较大的提升，本实用新型的光学组件可有效地提升激光雷达的发射光功率。

Description

一种提高激光雷达发射光功率的光学组件

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，具体涉及一种提高激光雷达发射光功率的光学组件。

背景技术

激光雷达可用于探测周围环境的空间参数，被誉为智能机器的“眼睛”，是当前工业仪器设备的研究热点产品之一。探测距离是激光雷达的关键指标之一，其性能指标决定激光雷达的可探测范围的大小，各激光雷达厂家和研究单位都在努力优化提升激光雷达的探测距离。在影响探测距离的多个参数中，激光器的发射光功率是一项极其重要的参数。激光信号在进行准直变换、自由空间传输、探测目标反射等过程中，都会存在光信号功率的衰减；当光信号衰减到探测器的阈值下限左右，探测器的信噪比便不稳定，无法进行有效探测。因此，提高激光雷达的发射光功率，可有效地提升探测器的光信号接收信噪比，优化提升激光雷达的探测距离。

目前，提高激光雷达发射光功率的方法主要是加大发射激光器的泵浦电流，对发射激光器施加更大的泵浦电流，实现更高的发射光功率。但该方法有使用局限，当泵浦电流增加到饱和值之后，出射光功率不会再增加，且会发生光功率的抖动。进一步，经常性地使激光器工作在饱和电流附近，会使激光器散发较大的热量，影响激光雷达的指标稳定，且会影响发射激光器的使用寿命。因此，除增大泵浦电流的方法之外，有必要研究新的提高激光雷达发射光功率的方法。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种提高激光雷达发射光功率的光学组件，可有效提高激光雷达的发射光功率。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种提高激光雷达发射光功率的光学组件包括多个发射激光器、会聚光学元件、第一光波导及发射光学元件；

多个发射激光器并行排列形成发射激光器阵列；

所述会聚光学元件将多个发射激光器发出的探测光信号耦合进第一光波导中；

所述发射光学元件将第一光波导发出的探测光信号准直至探测目标。

进一步地，所述第一光波导呈玻璃棒结构。

进一步地，还包括多个弯曲光波导和第二光波导，发射激光器阵列和会聚光学元件的数量均替换为多个，所述发射激光器阵列的探测光信号通过对应的会聚光学元件耦合进第一光波导或对应的弯曲光波导中，再通过级联会聚光学元件耦合进第二光波导中，再由发射光学元件准直至探测目标，第一光波导和所有弯曲光波导的光出口并行排列放置。

进一步地，所述会聚光学元件为会聚透镜。

进一步地，所述发射光学元件为发射透镜。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型在现有激光雷达使用单个发射激光器的基础上，增加发射激光器的数量，并将多个发射激光器的能量通过透镜耦合的方式，耦合进光波导里，光波导可作为二次发射光源，发出多个激光器会聚之后的光能量，较单个激光器的能量，可有较大的提升，本实用新型的光学组件可有效地提升激光雷达的发射光功率。

(2)本实用新型还可以将第一光波导和多个弯曲光波导级联起来，将更多的光能量耦合进第二光波导，实现更高能量的激光信号输出。

(3)解决激光雷达行业目前存在的发射光功率不够的问题，可有效优化提升激光雷达的探测距离，进一步拓展其使用范围。

附图说明

图1是多个发射激光器的探测光信号耦合进第一光波导的原理示意图。

图2是第一光波导和多个弯曲光波导进行二次耦合的原理示意图。

图中：1-发射激光器；2-会聚光学元件；31-第一光波导；32-第一光波导；33-弯曲光波导；4-发射光学元件；5-探测目标；6-级联会聚光学元件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种提高激光雷达发射光功率的光学组件包括多个发射激光器1、会聚光学元件2、第一光波导31及发射光学元件4；图1为多个发射激光器的探测光信号耦合进第一光波导的原理示意图，在不影响理解的前提下，为简便起见，本实施例略去激光雷达的接收部分。

多个发射激光器1并行排列形成发射激光器阵列，多个发射激光器同时发射出探测光信号，会聚光学元件2(会聚光学元件具体为会聚透镜)将多个发射激光器1的探测光信号耦合进第一光波导31中。多路探测光信号进入第一光波导31之后，发生全反射，第一光波导3可以起到匀光的作用。所有光信号经过第一光波导之后，已混合成一束光信号，第一光波导此时就是二次发射光源，再利用发射光学元件4(发射光学元件具体为发射透镜)对第一光波导二次发出的光信号进行再次准直，传输至探测目标5，完成目标光信号的探测。图1所绘出的4个激光器仅用作示意，本实施例的发射激光器的数目应由实际探测情况来决定。

本实用新型的第一光波导结构较小，为细小的玻璃棒结构，第一光波导可以作为二次发射的光源使用。

本实用新型的会聚透镜采用的是标准的球透镜，没有复杂的耦合结构，成本较便宜。

本实施例中，通过并联多个发射激光器，利用会聚光学元件将多个激光器的发光能量耦合进第一光波导，再将第一光波导作为二次发光光源，作为激光雷达的探测光信号发出出去，进行目标探测，可有效地提升激光雷达的发射光功率。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例还包括多个弯曲光波导33和第二光波导32，发射激光器阵列和会聚光学元件的数量均替换为多个，图2为第一光波导和多个弯曲光波导进行二次耦合的原理示意图，在不影响理解的前提下，为简便起见，此处略去激光雷达的接收部分。

由于第一光波导的孔径有限，不能无限制地增加耦合的发射激光器的数目。为了解决此问题，本实施例提出了一种多个光波导二次级联耦合的设计方案。

所述发射激光器阵列的探测光信号通过对应的会聚光学元件耦合进第一光波导31或对应的弯曲光波导33中，再通过级联会聚光学元件6(级联会聚光学元件具体为级联会聚光学透镜)耦合进第二光波导32中，再由发射光学元件4准直至探测目标5，第一光波导31和所有弯曲光波导33的光出口并行排列放置。此方法可优化图1中的发射激光器1数量过少而引起的发射光功率不足的问题。

本实用新型的第一光波导结构较小，为细小的玻璃棒结构，第一光波导可以作为二次发射的光源使用，如图2所示，第一光波导和多个弯曲光波导可以再次级联，实现更高能量的耦合利用，可以根据实际需要，选择级联更多的发射激光器或光波导，进一步提升激光雷达的发射光功率。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高激光雷达发射光功率的光学组件，其特征在于：包括多个发射激光器、会聚光学元件、第一光波导及发射光学元件；

多个发射激光器并行排列形成发射激光器阵列；

所述会聚光学元件将多个发射激光器发出的探测光信号耦合进第一光波导中；

所述发射光学元件将第一光波导发出的探测光信号准直至探测目标。

2.根据权利要求1所述的提高激光雷达发射光功率的光学组件，其特征在于：所述第一光波导呈玻璃棒结构。

3.根据权利要求2所述的提高激光雷达发射光功率的光学组件，其特征在于：还包括多个弯曲光波导和第二光波导，发射激光器阵列和会聚光学元件的数量均替换为多个，所述发射激光器阵列的探测光信号通过对应的会聚光学元件耦合进第一光波导或对应的弯曲光波导中，再通过级联会聚光学元件耦合进第二光波导中，再由发射光学元件准直至探测目标，第一光波导和所有弯曲光波导的光出口并行排列放置。

4.根据权利要求1所述的提高激光雷达发射光功率的光学组件，其特征在于：所述会聚光学元件为会聚透镜。

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的提高激光雷达发射光功率的光学组件，其特征在于：所述发射光学元件为发射透镜。