CN219085152U - 具有输入光学元件的激光雷达系统及包括其的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供具有输入光学元件的激光雷达系统及包括其的车辆，在一个实施例中，激光雷达系统包括被配置为发射光信号的光源以及包括一个或多个检测器的接收器，该检测器配置为检测由距激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分。激光雷达系统还包括光子集成电路(PIC)，该光子集成电路包括输入光学元件，该输入光学元件被配置为接收散射光信号的一部分并将散射光信号的一部分耦合到输入光波导中。输入光波导是PIC的一个或多个光波导之一，该光波导被配置为将散射光信号的一部分传送到接收器的一个或多个检测器。输入光学元件包括光栅耦合器和锥形光波导。

Description

具有输入光学元件的激光雷达系统及包括其的车辆

相关申请的交叉引用

本申请是2021年2月24日提交的美国专利申请No.17/183,937的部分继续申请，该申请要求2020年8月10日提交的美国临时专利申请No.63/063,658的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及光源和激光雷达系统。

背景技术

光检测和测距(激光雷达)是一种可用于测量到远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包括光源和光接收器。光源可以包括例如发射具有特定工作波长的光的激光器。激光雷达系统的工作波长可位于例如电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分。光源朝向散射光的目标发射光，并且一些散射光在接收器处被接收回。该系统基于与接收的光相关联的一个或多个特性来确定到目标的距离。例如，激光雷达系统可以基于由光源发射的光脉冲行进到目标并返回激光雷达系统的飞行时间来确定到目标的距离。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的第一方面提供一种激光雷达系统，其特征在于，包括：

光源，其被配置为发射光信号；

接收器，其包括一个或多个检测器，所述检测器被配置为检测由距所述激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；

光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，所述输入光学元件被配置为接收散射光信号的所述一部分并将所述散射光信号的所述一部分耦合到输入光波导中，其中：

所述输入光波导是所述PIC的一个或多个光波导之一，所述光波导被配置为将所述散射光信号的所述一部分传送到所述接收器的所述一个或多个检测器；以及

所述输入光学元件包括光栅耦合器和锥形光波导；以及

处理器，其被配置为基于所述散射光信号的所述一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离。

优选的，激光雷达系统的所述光栅耦合器被配置为成角度地偏转所述散射光信号的所述一部分以平行于所述锥形光波导的平面传播，使得所述散射光信号的所述一部分耦合到所述锥形光波导。

优选的，激光雷达系统的所述光栅耦合器与所述锥形光波导相邻定位。

优选的，激光雷达系统的所述光栅耦合器包括相对于与所述散射光信号的所述一部分的输入方向正交的轴弯曲的折射率区域。

优选的，激光雷达系统的所述光栅耦合器包括具有折射率的周期性变化的衍射光栅。

优选的，激光雷达系统的所述光栅耦合器包括衍射光栅，所述衍射光栅具有沿所述光栅耦合器的纵轴改变幅度的折射率变化。

优选的，激光雷达系统的所述光栅耦合器包括啁啾衍射光栅，其中，所述啁啾衍射光栅的光栅周期沿所述光栅耦合器的纵轴改变。

优选的，激光雷达系统进一步包括输入透镜，所述输入透镜被配置为将所述散射光信号的所述一部分聚焦到所述光栅耦合器上。

优选的，激光雷达系统的所述锥形光波导包括(i)前端和(ii)与所述前端相对的后端，其中：

所述散射光信号的所述一部分经由所述后端耦合到所述输入光波导；以及

所述锥形光波导的宽度从所述前端向所述后端减小。

优选的，激光雷达系统的所述锥形光波导具有小于λ/(W·n)的锥角，其中，λ是所述发射的光信号的波长，W是所述锥形光波导在所述前端处的宽度，并且n是所述锥形光波导的折射率。

优选的，激光雷达系统的所述锥形光波导具有小于或等于0.6度的锥角。

优选的，激光雷达系统的所述锥形光波导的所述前端包括抗反射涂层，所述抗反射涂层被配置为降低所述前端在所述发射的光信号的波长处的反射率。

优选的，激光雷达系统的所述锥形光波导是绝热锥形光波导。

优选的，激光雷达系统的所述锥形光波导的边界的至少一部分具有线性、正弦、指数、抛物线或高斯形状。

优选的，激光雷达系统的所述锥形光波导或所述光栅耦合器包括光子晶体和超材料中的一种或多种。

优选的，激光雷达系统的所述光源包括被配置为产生所述发射的光信号的直接发射器激光二极管。

优选的，激光雷达系统的所述光源包括：

种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；以及

半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大所述种子光信号以产生所述发射的光信号。

优选的，激光雷达系统的所述光源包括：

种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；

半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大所述种子光信号以产生放大的种子光信号；以及

光纤放大器，其被配置为进一步放大所述放大的种子光信号以产生所述发射的光信号。

优选的，激光雷达系统进一步包括扫描器，所述扫描器被配置为将所述发射的光信号引导到所述激光雷达系统的能视域中。

优选的，所述激光雷达系统是脉冲激光雷达系统，并且所述发射的光信号包括光脉冲。

优选的，所述激光雷达系统是频率调制连续波(FMCW)激光雷达系统，并且所述发射的光信号包括频率调制光。

本实用新型的第二方面提供一种激光雷达系统，包括：

光源，其被配置为发射(i)本地振荡器光和(ii)光脉冲，其中，每个发射的光脉冲与所述本地振荡器光的相应部分相干，以及其中，所述光源包括：

种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号和所述本地振荡器光；以及

半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大所述种子光信号的时间部分以产生所述发射的光脉冲，其中，所述种子光信号的每个放大的时间部分对应于所述发射的光脉冲之一；

接收器，其包括一个或多个检测器，所述检测器被配置为检测所述本地振荡器光和接收的光脉冲，所述接收的光脉冲包括来自所述发射的光脉冲之一的光，所述光被位于距所述激光雷达系统一定距离的目标散射，其中，所述本地振荡器光和所述接收的光脉冲在所述接收器处相干混合在一起；

光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，所述输入光学元件被配置为接收所述接收的光脉冲并将所述接收的光脉冲耦合到输入光波导中，其中：

所述输入光波导是所述PIC的一个或多个光波导之一，所述光波导被配置为将所述本地振荡器光和所述接收的光脉冲传送到所述接收器的所述一个或多个检测器；以及

所述输入光学元件包括光栅耦合器和锥形光波导；以及

处理器，其被配置为至少部分地基于所述接收的光脉冲的到达时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离。

本实用新型的第三方面提供一种车辆包括：

激光雷达系统，其被配置为提供关于所述车辆正在移动通过的环境的信息，所述信息包括距位于所述环境内的目标的距离，所述激光雷达系统包括：

光源，其被配置为发射光信号；

接收器，其包括一个或多个检测器，所述检测器被配置为检测由所述目标散射的发射的光信号的一部分；

光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，所述输入光学元件被配置为接收散射光信号的所述一部分并将所述散射光信号的所

述一部分耦合到输入光波导中，其中：

所述输入光波导是所述PIC的一个或多个光波导之一，所述光波导被配置为将所述散射光信号的所述一部分传送到所述接收器的所述一个或多个检测器；以及

所述输入光学元件包括光栅耦合器和锥形光波导；以及

处理器，其被配置为基于所述散射光信号的所述一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离；以及

车辆导航系统，其被配置为：

接收有关所述车辆移动通过的所述环境的所述信息；以及

向所述车辆的一个或多个操作子系统提供指令，以帮助引导所述车辆通过所述环境。

优选的，所述车辆导航系统是高级驾驶员辅助系统(ADAS)，其中，提供给所述操作子系统的所述指令被配置为帮助所述车辆的驾驶员操作所述车辆。

优选的，所述车辆导航系统是自主车辆驾驶系统，其中，提供给所述操作子系统的指令被配置为自主地引导所述车辆通过所述环境

附图说明

图1示出示例光检测和测距(激光雷达)系统。

图2示出由激光雷达系统产生的示例扫描图案。

图3示出具有示例旋转多面镜的示例激光雷达系统。

图4示出用于激光雷达系统的示例光源视场(FOV_L)和接收器视场(FOV_R)。

图5示出包括多个像素和多条扫描线的示例单向扫描图案。

图6示出具有发射光脉冲和本地振荡器(LO)光的光源的示例激光雷达系统。

图7示出示例接收器和与接收的光脉冲相对应的示例电压信号。

图8示出包括种子激光二极管和半导体光放大器(SOA)的示例光源。

图9示出包括具有锥形光波导的半导体光放大器(SOA)的示例光源。

图10示出具有分光器的示例光源，该分光器将来自种子激光二极管的输出光分光以产生种子光和本地振荡器(LO)光。

图11示出具有包括光波导分光器的光子集成电路(PIC)的示例光源。

图12示出包括种子激光二极管和本地振荡器(LO)激光二极管的示例光源。

图13示出包括种子激光器、半导体光放大器(SOA)和光纤放大器的示例光源。

图14示出示例光纤放大器。

图15示出种子电流(I₁)、LO光、种子光、脉冲SOA电流(I₂)和发射的光脉冲的示例曲线图。

图16示出种子光、发射的光脉冲、接收的光脉冲、LO光和检测器光电流的示例曲线图。

图17示出由LO光和接收的光脉冲的相干混合产生的示例电压信号。

图18示出包括组合器和两个检测器的示例接收器。

图19示出包括集成光学组合器和两个检测器的示例接收器。

图20示出包括90度光混合器和四个检测器的示例接收器。

图21示出包括两个偏振分光器的示例接收器。

图22-25各自示出包括种子激光器、半导体光放大器(SOA)和一个或多个光调制器的示例光源。

图26示出具有包括相位调制器的光子集成电路(PIC)的示例光源。

图27示出由LO光和接收的光脉冲的相干混合产生的示例电压信号，其中LO光和接收的光脉冲具有频率差Δf。

图28示出具有光子集成电路(PIC)的示例光源，该光子集成电路(PIC)包括位于分光器之前的相位调制器。

图29示出具有光子集成电路(PIC)的示例光源，该光子集成电路(PIC)包括幅度调制器和相位调制器。

图30示出种子电流(I₁)、种子光、发射的光脉冲、接收的光脉冲和LO光的示例曲线图。

图31示出LO光和两个发射的光脉冲的示例时域和频域曲线图。

图32示出由LO光和接收的光脉冲的相干混合产生的示例电压信号。

图33示出由LO光与两个不同接收的光脉冲的相干混合产生的两个示例电压信号。

图34示出集成到光子集成电路(PIC)中的示例光源和接收器。

图35示出具有包括检测器阵列的接收器的示例激光雷达系统。

图36示出包括自由空间隔离器的示例光源。

图37示出包括光纤隔离器的示例光源。

图38示出包括集成光学隔离器的示例光源。

图39示出具有包括集成光学隔离器的光子集成电路(PIC)的示例光源。

图40示出具有滤波器型隔离器的示例光源。

图41示出具有有源波导隔离器的示例光源。

图42示出种子电流(I₁)、种子光、隔离器电流(I₃)、SOA电流(I₂)和发射的光脉冲的示例曲线图。

图43示出包括具有光栅的半导体光放大器(SOA)的示例光源的侧视图。

图44示出包括具有光栅的半导体光放大器(SOA)的示例光源的顶视图。

图45示出集成到光子集成电路(PIC)中的示例光源和接收器。

图46示出集成到光子集成电路(PIC)中的示例光源和接收器，该光子集成电路是相干脉冲激光雷达系统的一部分。

图47示出被配置为接收输入光束的示例锥形光波导。

图48示出具有包括正弦形状的边界的示例锥形光波导。

图49示出具有包括指数形状的边界的示例锥形光波导。

图50示出被配置为接收输入光束的示例光栅耦合器。

图51示出包括光栅耦合器和锥形光波导的示例输入光学元件的侧视图。

图52示出图51的示例输入光学元件的顶视图。

图53示出包括具有幅度改变的折射率变化的光栅耦合器的示例输入光学元件。

图54示出包括具有啁啾衍射光栅的光栅耦合器的示例输入光学元件。

图55示出用于确定从激光雷达系统到目标的距离的示例方法。

图56示出示例计算机系统。

具体实施方式

图1示出示例光检测和测距(激光雷达)系统100。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被称为激光测距系统、激光雷达系统、LIDAR系统、激光雷达传感器或激光检测和测距(LADAR或激光雷达)系统。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括光源110、反射镜115、扫描器120、接收器140或控制器150。光源110可包括例如激光器，该激光器发射具有在电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分中的特定工作波长的光。作为示例，光源110可以包括一个或多个工作波长在约900纳米(nm)和2000nm之间的激光器。光源110发射输出光束125，该输出光束可以是以任何合适的方式脉冲化或调制以用于给定应用的连续波(CW)。输出光束125顺发射方向引导到远程目标130。作为示例，远程目标130可以位于距激光雷达系统100约1m到1km的距离D处。

一旦输出光束125到达顺发射方向的目标130，目标可以散射或反射来自输出光束125的至少一部分光，并且一些散射或反射的光可以朝向激光雷达系统100返回。在图1的示例中，散射或反射的光由输入光束135表示，该输入光束穿过扫描器120并由反射镜115反射并被引导到接收器140。在特定实施例中，来自输出光束125的光的相对较小部分可返回至激光雷达系统100作为输入光束135。作为示例，输入光束135的平均功率、峰值功率或脉冲能量与输出光束125的平均功率、峰值功率或脉冲能量之比可以约为10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7、10^-8、10^-9、10^-10、10^-11或10^-12。作为另一示例，如果输出光束125的脉冲具有1微焦(μJ)的脉冲能量，则输入光束135的相应脉冲的脉冲能量可以具有约10纳焦(nJ)、1nJ、100皮焦(pJ)、10pJ、1pJ、100飞焦(fJ)、10fJ、1fJ、100阿焦(aJ)、10aJ、1aJ或0.1aJ的脉冲能量。

在特定实施例中，输出光束125可包括或可被称为光信号、输出光信号、发射的光信号、发射的光脉冲、激光束、光束、光学束、发射光束、发射光或光束。在特定实施例中，输入光束135可包括或可被称为接收的光信号、接收的光脉冲、输入光脉冲、输入光信号、返回光束、接收光束、返回光、接收光、输入光、散射光或反射光。如本文所使用的，散射光可以指被目标130散射或反射的光。作为示例，输入光束135可以包括：来自输出光束125的被目标130散射的光；来自输出光束125的被目标130反射的光；或来自目标130的散射光和反射光的组合。

在特定实施例中，接收器140可接收或检测来自输入光束135的光子并产生一个或多个代表性信号。例如，接收器140可以产生代表输入光束135的输出电信号145，并且电信号145可以被发送到控制器150。在特定实施例中，接收器140或控制器150可以包括处理器、计算系统(例如，ASIC或FPGA)或其它合适的电路。控制器150可以被配置为分析来自接收器140的电信号145的一个或多个特性以确定目标130的一个或多个特性，诸如其距激光雷达系统100顺发射方向的距离。这可以例如通过分析发射光束125或接收光束135的飞行时间或频率或相位完成。如果激光雷达系统100测量ΔT的飞行时间(例如，ΔT表示发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回激光雷达系统100的往返飞行时间)，则从目标130到激光雷达系统100的距离D可以表达为D＝c·ΔT/2，其中c是光速(约3.0×10⁸m/s)。作为示例，如果飞行时间被测量为ΔT＝300ns，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为约D＝45.0m。作为另一示例，如果飞行时间被测量为ΔT＝1.33μs，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为约D＝199.5m。在特定实施例中，从激光雷达系统100到目标130的距离D可被称为目标130的距离、深度或范围。如本文所使用的，光速c是指在任何合适介质中(诸如例如在空气、水或真空中)的光速。例如，真空中的光速约为2.9979×10⁸m/s，并且空气(其具有约1.0003的折射率)中的光速约为2.9970×10⁸m/s。

在特定实施例中，光源110可包括脉冲或CW激光器。作为示例，光源110可以是被配置为产生或发射具有约10皮秒(ps)至100纳秒(ns)的脉冲持续时间或脉冲宽度的光脉冲的脉冲激光器。脉冲可以具有约100ps、200ps、400ps、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns的脉冲持续时间或任何其它合适的脉冲持续时间(Δτ)。作为另一示例，光源110可以是产生具有约1-5ns的脉冲持续时间的脉冲的脉冲激光器。作为另一示例，光源110可以是以约80kHz到10MHz的脉冲重复频率或约100ns到12.5μs的脉冲周期(例如，连续脉冲之间的时间)产生脉冲的脉冲激光器。在特定实施例中，光源110可具有基本上恒定的脉冲重复频率，或者光源110可具有可变或可调节的脉冲重复频率。作为示例，光源110可以是以与约1.56μs的脉冲周期相对应的约640kHz(例如，每秒640,000个脉冲)的基本上恒定的脉冲重复频率产生脉冲的脉冲激光器。作为另一示例，光源110可以具有可以从约200kHz到3MHz变化的脉冲重复频率(其可以被称为重复率)。如本文所使用的，光脉冲可被称为光学脉冲、光脉冲或脉冲。

在特定实施例中，光源110可包括产生具有任何合适平均光功率的自由空间输出光束125的脉冲或CW激光器。作为示例，输出光束125可以具有约1毫瓦(mW)、10mW、100mW、1瓦(W)、10W的平均功率，或任何其它合适的平均功率。在特定实施例中，输出光束125可包括具有任何合适的脉冲能量或峰值光功率的光脉冲。作为示例，输出光束125可以包括具有约0.01μJ、0.1μJ、0.5μJ、1μJ、2μJ、10μJ、100μJ、1mJ的脉冲能量或任何其它合适的脉冲能量的脉冲。作为另一示例，输出光束125可以包括具有约10W、100W、1kW、5kW、10kW的峰值功率或任何其它合适的峰值功率的脉冲。光脉冲的峰值功率(P_peak)可以通过表达式E＝P_peak·Δt与脉冲能量(E)相关，其中Δt是脉冲的持续时间，并且脉冲的持续时间可以被定义为脉冲半峰持续时间的全宽。例如，具有1ns的持续时间和1μJ的脉冲能量的光脉冲具有约1kW的峰值功率。输出光束125的平均功率(P_av)可以通过表达式P_av＝PRF·E与脉冲重复频率(PRF)和脉冲能量相关。例如，如果脉冲重复频率是500kHz，则具有1μJ脉冲的输出光束125的平均功率约为0.5W。

在特定实施例中，光源110可以包括激光二极管，诸如例如法布里-珀罗激光二极管、量子阱激光器、分布式布拉格反射器(DBR)激光器、分布式反馈(DFB)激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、量子点激光二极管、光栅耦合面发射激光器(GCSEL)、板条耦合光波导激光器(SCOWL)、单横模激光二极管、多模大面积激光二极管、激光二极管棒、激光二极管堆栈或锥形条纹激光二极管。作为示例，光源110可以包括铝镓砷(AlGaAs)激光二极管、铟镓砷(InGaAs)激光二极管、铟镓砷磷(InGaAsP)激光二极管或包括铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、砷(As)、磷(P)或任何其它合适材料的任何合适组合的激光二极管。在特定实施例中，光源110可以包括具有在1200nm和1600nm之间的峰值发射波长的脉冲或CW激光二极管。作为示例，光源110可以包括以约1550nm的波长产生光脉冲的电流调制的InGaAsP DFB激光二极管。作为另一示例，光源110可以包括发射波长在1500nm和1510nm之间的光的激光二极管。

在特定实施例中，光源110可以包括脉冲或CW激光二极管，其后是一个或多个光放大级。例如，种子激光二极管可以产生种子光信号，并且光放大器可以放大种子光信号以产生由光源110发射的放大光信号。在特定实施例中，光放大器可以包括光纤放大器或半导体光放大器(SOA)。例如，脉冲激光二极管可以产生由光纤放大器放大的相对低功率的光种子脉冲。作为另一示例，光源110可以包括光纤激光器模块，该光纤激光器模块包括具有约为1550nm的工作波长的电流调制激光二极管，其后是放大来自激光二极管的种子脉冲的单级或多级掺铒光纤放大器(EDFA)或铒镱共掺光纤放大器(EYDFA)。作为另一示例，光源110可以包括连续波(CW)或准CW激光二极管，其后是外部光调制器(例如，电光幅度调制器)。光调制器可以调制来自激光二极管的CW光以产生发送到光纤放大器或SOA的光脉冲。作为另一示例，光源110可以包括脉冲或CW种子激光二极管，其后是半导体光放大器(SOA)。SOA可以包括有源光波导，该有源光波导被配置为接收来自种子激光二极管的光并在光通过波导传播时放大光。SOA的光学增益可以由提供给SOA的脉冲或直流(DC)电流提供。SOA可以集成在与种子激光二极管相同的芯片上，或者SOA可以是一个单独的设备，在其输入端面或输出端面上具有抗反射涂层。作为另一示例，光源110可以包括种子激光二极管，其后是SOA，而SOA进而是光纤放大器。例如，种子激光二极管可以产生被SOA放大的相对低功率的种子脉冲，并且光纤放大器可以进一步放大光脉冲。

在特定实施例中，光源110可以包括直接发射器激光二极管。直接发射器激光二极管(其可被称为直接发射器)可包括产生随后不被光放大器放大的光的激光二极管。包括直接发射器激光二极管的光源110可以不包括光放大器，并且由直接发射器产生的输出光在被激光二极管发射后可以不被放大。由直接发射器激光二极管产生的光(例如，光脉冲、CW光或频率调制光)可以不经放大而直接作为自由空间输出光束125发射。直接发射器激光二极管可以由向激光二极管提供电流脉冲的电源驱动，并且每个电流脉冲可以导致输出光脉冲的发射。

在特定实施例中，光源110可以包括二极管泵浦固态(DPSS)激光器。DPSS激光器(其可称为固态激光器)可指包括由一个或多个泵浦激光二极管泵浦的固态、玻璃、陶瓷或基于晶体的增益介质的激光器。增益介质可以包括掺杂有稀土离子(例如，钕、铒、镱或镨)的主体材料。例如，增益介质可以包括掺杂有钕(Nd)离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，并且增益介质可以被称为Nd:YAG晶体。具有Nd:YAG增益介质的DPSS激光器可以产生在约1300nm和约1400nm之间的波长的光，并且Nd:YAG增益介质可以由具有在约730nm和约900nm之间的工作波长的一个或多个泵浦激光二极管泵浦。DPSS激光器可以是包括可饱和吸收体(例如，充当可饱和吸收体的掺钒晶体)的无源Q开关激光器。可替代地，DPSS激光器可以是包括有源Q开关(例如，声光调制器或电光调制器)的有源Q开关激光器。无源或有源Q开关DPSS激光器可以产生形成激光雷达系统100的输出光束125的输出光脉冲。

在特定实施例中，由光源110发射的输出光束125可以是具有任何合适的光束发散角(诸如例如约0.5至10毫弧度(mrad)的全角光束发散角)的准直光束。输出光束125的发散角可以指随着输出光束125远离光源110或激光雷达系统100行进时光束大小(例如，光束半径或光束直径)增加的角度量度。在特定实施例中，输出光束125可以具有基本上圆形的横截面，其光束发散角由单个发散角值表征。作为示例，具有圆形横截面和2mrad的全角光束发散角的输出光束125在距激光雷达系统100 100m的距离处可以具有约20cm的光束直径或斑点大小。在特定实施例中，输出光束125可以具有由两个发散角值表征的基本上椭圆形的横截面。作为示例，输出光束125可具有快轴和慢轴，其中快轴发散角大于慢轴发散角。作为另一示例，输出光束125可以是具有4mrad的快轴发散角和2mrad的慢轴发散角的椭圆光束。

在特定实施例中，由光源110发射的输出光束125可以是非偏振的或随机偏振的，可以不具有特定的或固定的偏振(例如，偏振可以随时间推移而变化)，或者可以具有特定的偏振(例如，输出光束125可以是线偏振的、椭圆偏振的或圆偏振的)。作为示例，光源110可以产生不具有特定偏振的光或者可以产生线偏振的光。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个光学部件，该光学部件被配置为反射、聚焦、过滤、成形、修改、转向或引导激光雷达系统100内的光或由激光雷达系统100产生或接收的光(例如，输出光束125或输入光束135)。作为示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜、反射镜、滤光器(例如，带通或干涉滤光器)、分光器、偏振器、偏振分光器、波片(例如，半波或四分之一波片)、衍射元件、全息元件、隔离器、耦合器、检测器、光束组合器或准直器。激光雷达系统100中的光学部件可以是自由空间光学部件、光纤耦合光学部件、或自由空间和光纤耦合光学部件的组合。

在特定实施例中，激光雷达系统100可包括望远镜、一个或多个透镜或一个或多个反射镜，它们被配置为将输出光束125或输入光束135扩展、聚焦或准直至所需的光束直径或发散角。作为示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜以将输入光束135聚焦到接收器140的光电检测器上。作为另一示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个平面镜或曲面镜(例如，凹面镜、凸面镜或抛物面镜)以转向或聚焦输出光束125或输入光束135。例如，激光雷达系统100可以包括离轴抛物面镜以将输入光束135聚焦到接收器140的光电检测器上。如图1中所示，激光雷达系统100可以包括反射镜115(其可以是金属或电介质反射镜)，并且反射镜115可以被配置为使得光束125穿过反射镜115或者沿反射镜115的边缘或侧面穿过并且输入光束135朝向接收器140反射。作为示例，反射镜115(其可称为重叠反射镜、叠加反射镜或光束组合反射镜)可包括输出光束125穿过的孔、槽或孔径。作为另一示例，不是穿过反射镜115，而是可以引导输出光束125在具有输出光束125和反射镜115的边缘之间的间隙(例如，宽度约为0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm或10mm的间隙)的反射镜115旁边通过。

在特定实施例中，反射镜115可以使输出光束125和输入光束135基本上同轴，使得这两个光束沿大致相同的光路(尽管方向相反)行进。输入光束和输出光束基本上同轴可以指光束至少部分重叠或共享公共传播轴，使得输入光束135和输出光束125沿基本上相同的光路(尽管方向相反)行进。作为示例，输出光束125和输入光束135可以彼此平行到小于10mrad、5mrad、2mrad、1mrad、0.5mrad或0.1mrad以内。随着输出光束125跨越能视域扫描，输入光束135可以与输出光束125一起跟随，使得保持两个光束之间的同轴关系。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括扫描器120，该扫描器120被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125。作为示例，扫描器120可以包括一个或多个扫描镜，该扫描镜被配置为围绕一个或多个旋转轴以角度方式枢转、旋转、摆动或移动。输出光束125可以由扫描镜反射，并且随着扫描镜枢转或旋转，反射的输出光束125可以以相应的角度方式被扫描。作为示例，扫描镜可以被配置为在30度范围内周期性地前后枢转，这导致输出光束125跨越60度范围来回扫描(例如，扫描镜的Θ度旋转导致输出光束125的2Θ度角扫描)。

在特定实施例中，扫描镜(其可以称为扫描镜)可以附接到扫描器致动器或机构或由其机械驱动，该致动器或机构在特定角度范围内(例如，在5°角度范围、30°角度范围、60°角度范围、120°角度范围、360°角度范围或任何其它合适的角度范围)枢转或旋转反射镜。被配置为枢转或旋转反射镜的扫描器致动器或机构可包括检流计扫描器、共振扫描器、压电致动器、音圈电机、电动机(例如，DC电机、无刷DC电机、同步电机或步进电机)、微机电系统(MEMS)设备或任何其它合适的致动器或机构。作为示例，扫描器120可以包括附接到检流计扫描器的扫描镜，该扫描镜被配置为在1°至30°角度范围内来回枢转。作为另一示例，扫描器120可以包括扫描镜，该扫描镜附接到MEMS设备或者是MEMS设备的一部分，该MEMS设备被配置为在1°至30°的角度范围内进行扫描。作为另一示例，扫描器120可以包括被配置为在相同方向中连续旋转的多面镜(例如，不是来回枢转，多面镜在顺时针或逆时针方向中连续旋转360度)。多面镜可以耦合或附接到同步电机，该同步电机被配置为以基本上固定的旋转频率(例如，约1Hz、10Hz、50Hz、100Hz、500Hz或1000Hz的旋转频率)旋转多面镜。

在特定实施例中，扫描器120可以被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125(其可以包括由光源110发射的光的至少一部分)。激光雷达系统100的能视域(FOR)可以指激光雷达系统100可以被配置为扫描或捕获距离信息的面积、区域或角度范围。作为示例，具有带有30度扫描范围的输出光束125的激光雷达系统100可被称为具有30度角能视域。作为另一示例，具有在30度范围内旋转的扫描镜的激光雷达系统100可以产生跨越60度范围(例如，60度FOR)扫描的输出光束125。在特定实施例中，激光雷达系统100可具有约10°、20°、40°、60°、120°、360°的FOR或任何其它合适的FOR。

在特定实施例中，扫描器120可被配置为水平和竖直地扫描输出光束125，并且激光雷达系统100可具有沿水平方向的特定FOR和沿竖直方向的另一特定FOR。作为示例，激光雷达系统100可以具有10°到120°的水平FOR和2°到45°的竖直FOR。在特定实施例中，扫描器120可以包括第一扫描镜和第二扫描镜，其中第一扫描镜将输出光束125朝向第二扫描镜引导，并且第二扫描镜将输出光束125朝向激光雷达系统100的顺发射方向引导。作为示例，第一扫描镜可以沿第一方向扫描输出光束125，而第二扫描镜可以沿与第一方向基本上正交的第二方向扫描输出光束125。作为另一示例，第一扫描镜可以沿基本上水平的方向扫描输出光束125，并且第二扫描镜可以沿基本上竖直的方向扫描输出光束125(或者反之亦然)。作为另一示例，第一和第二扫描镜可以各自由检流计扫描器驱动。作为另一示例，第一或第二扫描镜可以包括由电动机驱动的多面镜。在特定实施例中，扫描器120可被称为光束扫描器、光学扫描器或激光扫描器。

在特定实施例中，一个或多个扫描镜可通信地耦合到控制器150，该控制器150可控制扫描镜以便在顺发射方向或沿所需扫描图案的所需方向中引导输出光束125。在特定实施例中，扫描图案可以指输出光束125被引导所沿的图案或路径。作为示例，扫描器120可以包括两个扫描镜，该扫描镜被配置为跨越60°水平FOR和20°竖直FOR扫描输出光束125。可以控制两个扫描器反射镜遵循基本上覆盖60°×20°FOR的扫描路径。作为示例，扫描路径可导致具有基本上覆盖60°×20°FOR的像素的点云。像素可以大致均匀地跨越60°×20°FOR分布。可替代地，像素可具有特定的非均匀分布(例如，像素可跨越60°×20°FOR的全部或一部分分布，并且像素可在60°×20°FOR的一个或多个特定区域中具有更高密度)。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括具有固态扫描设备的扫描器120。固态扫描设备可以指扫描输出光束125而不使用移动部件(例如，不使用机械扫描器，诸如旋转或枢转的反射镜)的扫描器120。例如，固态扫描器120可以包括以下中的一种或多种：光学相控阵扫描设备；液晶扫描设备；或液体透镜扫描设备。固态扫描器120可以是沿一个轴(例如，水平)或沿两个轴(例如，水平和垂直)扫描输出光束125的电寻址设备。在特定实施例中，扫描器120可以包括固态扫描器和机械扫描器。例如，扫描器120可以包括被配置为在一个方向中扫描输出光束125的光学相控阵扫描器和在正交方向中扫描输出光束125的检流计扫描器。光学相控阵扫描器可以在跨越能视域的水平方向中相对快速地扫描输出光束(例如，以每秒50到1,000条扫描线的扫描速率)，并且检流计可以以1-30Hz的速率枢转反射镜以垂直扫描输出光束125。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括被配置为发射光脉冲的光源110和被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描发射的光脉冲的至少一部分的扫描器120。发射的光脉冲中的一个或多个可以被位于激光雷达系统100顺发射方向的目标130散射，并且接收器140可以检测由目标130散射的光脉冲的至少一部分。接收器140可以被称为光接收器、光学接收器、光传感器、检测器、光电检测器或光学检测器。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括接收器140，该接收器140接收或检测输入光束135的至少一部分并产生与输入光束135相对应的电信号。作为示例，如果输入光束135包括光脉冲，则接收器140可以产生与由接收器140检测到的光脉冲相对应的电流或电压脉冲。作为另一示例，接收器140可以包括一个或多个雪崩光电二极管(APD)或一个或多个单光子雪崩二极管(SPAD)。作为另一示例，接收器140可以包括一个或多个PN光电二极管(例如，由p型半导体和n型半导体形成的光电二极管结构，其中PN首字母缩写词是指具有p掺杂和n掺杂区域的结构)或一个或多个PIN光电二极管(例如，由位于p型和n型区域之间的未掺杂本征半导体区域形成的光电二极管结构，其中PIN首字母缩写词是指具有p掺杂、本征和n掺杂区域的结构)。APD、SPAD、PN光电二极管或PIN光电二极管可各自称为检测器、光电检测器或光电二极管。检测器可具有活性区域或雪崩倍增区域，其包括硅、锗、InGaAs、InAsSb(砷化铟锑)、AlAsSb(砷化铝锑)或AlInAsSb(铝砷化锑化铟)。活性区域可以指检测器可以接收或检测输入光的区域。活性区域可以具有任何合适的大小或直径，诸如例如约10μm、25μm、50μm、80μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm或5mm的直径。

在特定实施例中，接收器140可以包括执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间到数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升边缘检测或下降边缘检测的电子电路。作为示例，接收器140可以包括将接收到的光电流(例如，APD响应于接收到的光信号而产生的电流)转换为电压信号的跨阻放大器。电压信号可以被发送到脉冲检测电路，该脉冲检测电路产生模拟或数字输出信号145，该信号对应于接收的光脉冲的一个或多个光特性(例如，上升边缘、下降边缘、幅度、持续时间或能量)。作为示例，脉冲检测电路可以执行时间到数字的转换以产生数字输出信号145。电输出信号145可以被发送到控制器150进行处理或分析(例如，以确定与接收的光脉冲相对应的飞行时间值)。

在特定实施例中，控制器150(其可包括或可称为处理器、FPGA、ASIC、计算机或计算系统)可位于激光雷达系统100内或激光雷达系统100外部。可替代地，控制器150的一个或多个部分可以位于激光雷达系统100内，并且控制器150的一个或多个其它部分可以位于激光雷达系统100外部。在特定实施例中，控制器150的一个或多个部分可以位于激光雷达系统100的接收器140内，并且控制器150的一个或多个其它部分可以位于激光雷达系统100的其它部分中。例如，接收器140可以包括被配置为处理来自接收器140的输出电信号的FPGA或ASIC，并且处理的信号可以被发送到位于激光雷达系统100内或激光雷达系统100外部的其它地方的计算系统。在特定实施例中，控制器150可以包括任何合适的布置或逻辑电路、模拟电路或数字电路的组合。

在特定实施例中，控制器150可以电耦合或通信地耦合到光源110、扫描器120或接收器140。作为示例，控制器150可以接收来自光源110的电触发脉冲或边缘，其中每个脉冲或边缘对应于光源110的光脉冲的发射。作为另一示例，控制器150可以向光源110提供指示光源110应该何时产生光脉冲的指令、控制信号或触发信号。控制器150可以发送包括电脉冲的电触发信号，其中每个电脉冲导致光源110的光脉冲的发射。在特定实施例中，由光源110产生的光脉冲的频率、周期、持续时间、脉冲能量、峰值功率、平均功率或波长可以基于由控制器150提供的指令、控制信号或触发脉冲进行调节。在特定实施例中，控制器150可以耦合到光源110和接收器140，并且控制器150可以基于与光源110发射脉冲时和接收器140检测或接收到脉冲的一部分(例如，输入光束135)时相关联的定时信息来确定光脉冲的飞行时间值。在特定实施例中，控制器150可以包括执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间到数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升边缘检测或下降边缘检测的电路。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个处理器(例如，控制器150)，该处理器被配置为至少部分地基于发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回激光雷达系统100的往返飞行时间，来确定从激光雷达系统100到目标130的距离D。目标130可以至少部分地包含在激光雷达系统100的能视域内并且位于距激光雷达系统100小于或等于激光雷达系统100的操作范围(R_OP)的距离D处。在特定实施例中，激光雷达系统100的操作范围(其可被称为操作距离)可指激光雷达系统100被配置为感测或识别位于激光雷达系统100的能视域中的目标130的距离。激光雷达系统100的操作范围可以是任何合适的距离，诸如例如25m、50m、100m、200m、250m、500m或1km。作为示例，具有200m操作范围的激光雷达系统100可以被配置为感测或识别距离激光雷达系统100最远200m的各种目标130。激光雷达系统100的操作范围R OP可以通过表达式R_OP＝c·τ/2与连续光信号的发射之间的时间τ相关。对于具有200m操作范围(R_OP＝200m)的激光雷达系统100，连续脉冲之间的时间τ(可称为脉冲周期、脉冲重复间隔(PRI)或脉冲之间的时间段)约为

脉冲周期τ也可以对应于脉冲行进往返距激光雷达系统100距离R OP的目标130的飞行时间。此外，脉冲周期τ可以通过表达式τ＝1/PRF与脉冲重复频率(PRF)相关。例如，1.33μs的脉冲周期对应于约752kHz的PRF。

在特定实施例中，激光雷达系统100可用于确定到一个或多个顺发射方向的目标130的距离。通过跨越能视域扫描激光雷达系统100，该系统可用于将距离映射到能视域内的许多点。这些深度映射点中的每一个都可以称为像素或体素。连续捕获的像素集合(可称为深度图、点云或帧)可被渲染为图像或可被分析以识别或检测对象或确定在FOR内的对象的形状或距离。作为示例，点云可以覆盖水平延伸60°并且竖直延伸15°的能视域，并且点云可以包括水平方向中100-2000像素×竖直方向中4-400像素的帧。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为以约0.1帧每秒(FPS)和约1000FPS之间的任何合适的帧速率重复捕获或生成能视域的点云。作为示例，激光雷达系统100可以以约0.1FPS、0.5FPS、1FPS、2FPS、5FPS、10FPS、20FPS、100FPS、500FPS或1000FPS的帧速率生成点云。作为另一示例，激光雷达系统100可以被配置为以5×10⁵脉冲/秒的速率产生光脉冲(例如，系统可以确定每秒500,000个像素距离)并且扫描1000×50个像素的帧(例如，50,000像素/帧)，这对应于10帧每秒的点云帧速率(例如，每秒10个点云)。在特定实施例中，点云帧速率可以基本上固定，或者点云帧速率可以动态地可调节。作为示例，激光雷达系统100可以以特定帧速率(例如，1Hz)捕获一个或多个点云，并且然后切换以不同的帧速率(例如，10Hz)捕获一个或多个点云。较慢的帧速率(例如，1Hz)可用于捕获一个或多个高分辨率点云，并且较快的帧速率(例如，10Hz)可用于快速捕获多个较低分辨率的点云。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为感测、识别或确定到能视域内的一个或多个目标130的距离。作为示例，激光雷达系统100可以确定到目标130的距离，其中目标130的全部或部分包含在激光雷达系统100的能视域内。目标130的全部或部分包含在激光雷达系统100的FOR内可以指FOR重叠、包围或封闭目标130的至少一部分。在特定实施例中，目标130可以包括相对于激光雷达系统100移动或静止的对象的全部或部分。作为示例，目标130可以包括人、车辆、摩托车、卡车、火车、自行车、轮椅、行人、动物、道路标志、交通灯、车道标记、路面标记、停车位、塔架、护栏、交通障碍、坑洼、铁路道口、道路内或附近的障碍物、路缘石、道路上或旁边的停车车辆、电线杆、房屋、建筑物、垃圾桶、邮箱、树、任何其它合适的对象的全部或部分，或两个或更多个对象的全部或部分的任何适当组合。在特定实施例中，目标可以被称为对象。

在特定实施例中，光源110、扫描器120和接收器140可一起封装在单个壳体内，其中壳体可指容纳或包含激光雷达系统100的全部或部分的盒子、壳子或外壳。作为示例，激光雷达系统外壳可包含激光雷达系统100的光源110、反射镜115、扫描器120和接收器140。此外，激光雷达系统外壳可包括控制器150。激光雷达系统外壳还可以包括一个或多个电连接，用于向外壳或从外壳传送电力功率或电信号。在特定实施例中，激光雷达系统100的一个或多个部件可远离激光雷达系统外壳定位。作为示例，光源110的全部或部分可以远离激光雷达系统外壳定位，并且由光源110产生的光脉冲可以经由光纤传送到外壳。作为另一示例，控制器150的全部或部分可以远离激光雷达系统外壳定位。

在特定实施例中，光源110可以包括眼睛安全激光器，或者激光雷达系统100可以被归类为眼睛安全激光系统或激光产品。眼睛安全激光器、激光系统或激光产品可以指如下系统，该系统包括具有发射波长、平均功率、峰值功率、峰值强度、脉冲能量、光束大小、光束发散角、曝光时间或扫描输出光束的激光器，使得从系统发射的光对人的眼睛造成伤害的可能性很小或没有。作为示例，光源110或激光雷达系统100可被归类为在所有正常使用条件下都是安全的1类激光产品(如国际电工委员会(IEC)的60825-1：2014标准所规定)或I类激光产品(如美国联邦法规(CFR)第21篇第1040.10节所规定)。在特定实施例中，激光雷达系统100可以是被配置为以约900nm和约2100nm之间的任何合适波长操作的眼睛安全激光产品(例如，具有1类或I类分类)。作为示例，激光雷达系统100可以包括具有在约1200nm和约1400nm之间或在约1400nm和约1600nm之间的工作波长的激光器，并且激光器或激光雷达系统100可以以眼睛安全的方式操作。作为另一示例，激光雷达系统100可以是眼睛安全的激光产品，其包括具有在约900nm和约1700nm之间的工作波长的扫描激光器。作为另一示例，激光雷达系统100可以是1类或I类激光产品，其包括具有在约1200nm和约1600nm之间的工作波长的激光二极管、光纤激光器或固态激光器。作为另一示例，激光雷达系统100可以具有约1500nm和约1510nm之间的工作波长。

在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以集成到车辆中。作为示例，多个激光雷达系统100可以集成到汽车中以提供围绕汽车的完整的360度水平FOR。作为另一示例，2-10个激光雷达系统100，每个系统具有45度到180度的水平FOR，可以组合在一起以形成提供覆盖360度水平FOR的点云的感测系统。激光雷达系统100可以被定向为使得相邻的FOR具有一定量的空间或角度重叠，以允许来自多个激光雷达系统100的数据组合或缝合在一起以形成单个或连续的360度点云。作为示例，每个激光雷达系统100的FOR可以与相邻FOR具有约1-30度的重叠。在特定实施例中，车辆可以指被配置为运送人或货物的移动机器。例如，车辆可包括，可采取如下形式，或可称为：小汽车、汽车、机动车辆、卡车、公共汽车、货车、拖车、越野车、农用车辆、割草机、建筑设备、叉车、机器人、高尔夫球车、房车、出租车、摩托车、踏板车、自行车、滑板、火车、雪地摩托、船只(例如轮船或小船)、飞机(例如固定翼飞机、直升机或飞船)、无人驾驶飞行器(例如无人机)或航天器。在特定实施例中，车辆可包括为车辆提供推进力的内燃机或电动机。

在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以被包括在车辆中作为高级驾驶员辅助系统(ADAS)的一部分以帮助车辆的驾驶员操作车辆。例如，激光雷达系统100可以是ADAS的一部分，其向驾驶员提供信息(例如关于周围环境)或反馈(例如，提醒驾驶员注意潜在的问题或危险)或自动控制车辆的一部分(例如，制动系统或转向系统)以避免碰撞或事故。激光雷达系统100可以是车辆ADAS的一部分，其提供自适应巡航控制、自动制动、自动停车、碰撞避让，提醒驾驶员注意危险或其它车辆，将车辆保持在正确的车道上，或在对象或另一车辆处于盲点时提供警告。

在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以集成到车辆中作为自主车辆驾驶系统的一部分。作为示例，激光雷达系统100可以向自主车辆的驾驶系统提供关于周围环境的信息。自主车辆驾驶系统可以被配置为自主地引导自主车辆穿过车辆周围的环境并朝向目的地。自主车辆驾驶系统可以包括一个或多个计算系统，该计算系统从激光雷达系统100接收关于周围环境的信息，分析接收到的信息，并向车辆的驾驶系统(例如，制动器、加速器、转向机构、灯或转向信号)提供控制信号。作为示例，集成到自主车辆中的激光雷达系统100可以每0.1秒向自主车辆驾驶系统提供点云(例如，点云具有10Hz的更新率，表示每秒10帧)。自主车辆驾驶系统可以分析接收到的点云以感测或识别目标130及其相应的位置、距离或速度，并且自主车辆驾驶系统可以基于该信息更新控制信号。作为示例，如果激光雷达系统100检测到正在减速或停车的前方车辆，则自主车辆驾驶系统可以发送指令以释放加速器并应用制动器。

在特定实施例中，自主车辆可被称为自主汽车、无人驾驶汽车、自动驾驶汽车、机器人汽车或无人驾驶车辆。在特定实施例中，自主车辆可以指被配置为感测其环境并在很少或没有人工输入的情况下导航或驾驶的车辆。作为示例，自主车辆可以被配置为驾驶到任何合适的位置并在整个行程中控制或执行所有安全关键功能(例如，驾驶、转向、制动、停车)，而驾驶员不希望随时控制车辆。作为另一示例，自主车辆可以允许驾驶员安全地将他们的注意力从特定环境中(例如高速公路上)的驾驶任务上转移开，或者自主车辆可以在除少数环境之外的所有环境中提供对车辆的控制，只需要很少或没有驾驶员的输入或注意力。

在特定实施例中，自主车辆可以被配置为在车辆中有驾驶员的情况下驾驶，或者自主车辆可以被配置为在没有驾驶员的情况下操作车辆。作为示例，自主车辆可包括带有相关控制设备(例如，方向盘、加速踏板和制动踏板)的驾驶员座椅，并且车辆可被配置为驾驶时无人坐在驾驶员座椅上或几乎没有或没有来自坐在驾驶员座椅上的人的输入。作为另一示例，自主车辆可能不包括任何驾驶员座椅或相关联的驾驶员控制设备，并且车辆可以在没有人工输入的情况下执行几乎所有的驾驶功能(例如，驾驶、转向、制动、停车和导航)。作为另一示例，自主车辆可以被配置为在没有驾驶员的情况下操作(例如，车辆可以被配置为在车辆中没有驾驶员的情况下运送人类乘客或货物)。作为另一示例，自主车辆可以被配置为在没有任何人类乘客的情况下操作(例如，车辆可以被配置为在没有任何人类乘客在车辆上的情况下运送货物)。

在特定实施例中，光信号(其可被称为光信号、光波形、光学波形、输出光束、发射的光信号、或发射光)可包括光脉冲、CW光、幅度调制光、频率调制(FM)光或其任何合适的组合。尽管本公开描述或示出产生包括光脉冲的光信号的激光雷达系统100或光源110的示例实施例，但是在适当的情况下，本文描述或示出的实施例也可以应用于其它类型的光信号，包括连续波(CW)光、幅度调制光信号或频率调制光信号。例如，如本文描述或示出的激光雷达系统100可以是脉冲激光雷达系统并可以包括被配置为产生光脉冲的光源110。可替代地，激光雷达系统100可以被配置为作为频率调制连续波(FMCW)激光雷达系统操作并且可以包括被配置为产生CW光或频率调制光信号的光源110。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以是FMCW激光雷达系统，其中来自光源110的发射光(例如，图1或图3中的输出光束125)包括频率调制光。脉冲激光雷达系统是一种类型的激光雷达系统100，其中光源110发射光脉冲，并且到远程目标130的距离基于光脉冲行进到目标130并返回的往返飞行时间来确定。另一类型的激光雷达系统100是频率调制激光雷达系统，其可以被称为频率调制连续波(FMCW)激光雷达系统。FMCW激光雷达系统使用频率调制光来基于相对于本地振荡器(LO)光的频率的接收光(包括由远程目标散射的发射光)的频率来确定到远程目标130的距离。发射光行进到目标130并返回激光雷达系统的往返时间可以对应于接收的散射光和LO光之间的频率差。较大的频率差可对应于较长的往返时间和到目标130的较大距离。

例如，对于线性啁啾光源(例如，产生频率随时间推移线性改变的频率调制)，发射光和接收光之间的频率差越大，目标130定位越远。频率差可以通过将接收光与发射光的一部分混合(例如，通过将两个光束耦合到检测器上，或通过混合与接收光和发射光相对应的模拟电信号)并确定所得拍频来确定。例如，来自APD的电信号可以使用快速傅立叶变换(FFT)技术来分析以确定发射光和接收光之间的频率差。如果将线性频率调制m(例如，以Hz/s为单位)应用于CW激光器，则往返时间ΔT可通过表达式ΔT＝ΔF/m与接收的散射光和发射光ΔF之间的频率差相关。此外，从目标130到激光雷达系统100的距离D可以表达为D＝c·ΔF/(2m)，其中c是光速。例如，对于具有10¹²Hz/s(或1MHz/μs)的线性频率调制的光源110，如果测量到330kHz的频率差(接收的散射光和发射光之间)，则到目标的距离约为50米(其对应于约330ns的往返时间)。作为另一示例，1.33MHz的频率差对应于位于约200米远的目标。

用于FMCW激光雷达系统的光源110可以包括直接发射器激光二极管或者可以包括种子激光二极管，其后是SOA。可替代地，光源110可以包括种子激光二极管，其后是光纤放大器，或者可以包括种子激光二极管，其后是SOA，并且然后是光纤放大器。种子激光二极管或直接发射器激光二极管可以以CW方式操作(例如，通过用基本上恒定的DC电流驱动激光二极管)，并且频率调制可以由外部调制器(例如，电光相位调制器)提供。可替代地，可以通过将DC偏置电流连同电流调制一起施加到种子激光二极管或直接发射器激光二极管来产生频率调制。电流调制在激光二极管中产生相应的折射率调制，这导致激光二极管发射的光的频率调制。电流调制分量(和相应的频率调制)可以具有任何合适的频率或形状(例如，分段线性、正弦、三角波或锯齿)。

图2示出由激光雷达系统100产生的示例扫描图案200。激光雷达系统100的扫描器120可以沿着包含在激光雷达系统100的FOR内的扫描图案200扫描输出光束125(其可以包括多个发射的光信号)。扫描图案200(其可以被称为光学扫描图案、光学扫描路径、扫描路径或扫描)可以表示随着输出光束125跨越FOR的全部或部分扫描而由输出光束125遵循的路径或路线。扫描图案200的每次遍历可对应于单个帧或单个点云的捕获。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为沿一个或多个特定扫描图案200扫描输出光束125。在特定实施例中，扫描图案200可以跨越具有任何合适的水平FOR(FOR_H)和任何合适的竖直FOR(FOR_V)的任何合适能视域(FOR)扫描。例如，扫描图案200可以具有由40°×30°、90°×40°或60°×15°的角度尺寸(例如，FOR_H×FOR_V)表示的能视域。作为另一示例，扫描图案200可具有大于或等于10°、25°、30°、40°、60°、90°或120°的FOR_H。作为另一示例，扫描图案200可以具有大于或等于2°、5°、10°、15°、20°、30°或45°的FOR_V。

在图2的示例中，参考线220表示扫描图案200的能视域的中心。在特定实施例中，参考线220可以具有任何合适的定向，诸如例如0°的水平角(例如，参考线220可以是直线向前定向)和0°的竖直角(例如，参考线220可以具有0°的倾角)，或者参考线220可以具有非零水平角或非零倾角(例如，+10°或-10°的竖直角)。在图2中，如果扫描图案200具有60°×15°的能视域，则扫描图案200覆盖相对于参考线220的±30°水平范围和相对于参考线220的±7.5°竖直范围。此外，图2中的光束125相对于参考线220具有约-15°水平和+3°竖直的定向。光束125可以被称为相对于参考线220具有-15°的方位角和+3°的仰角。在特定实施例中，方位角(其可被称为方位角度)可表示相对于参考线220的水平角，并且仰角(其可被称为仰角角度、倾斜角或倾斜角度)可表示相对于参考线220的竖直角度。

在特定实施例中，扫描图案200可以包括多个像素210，并且每个像素210可以与一个或多个激光脉冲或一个或多个距离测量相关联。此外，扫描图案200可以包括多条扫描线230，其中每条扫描线表示跨越能视域的至少一部分的一次扫描，并且每条扫描线230可以包括多个像素210。在图2中，如从激光雷达系统100观看的，扫描线230包括五个像素210并且对应于从右到左跨越FOR的近似水平扫描。在特定实施例中，扫描图案200的周期可以包括总共P_x×P_y像素210(例如，P_x乘P_y像素的二维分布)。作为示例，扫描图案200可以包括具有沿水平方向约100-2,000个像素210和沿竖直方向约4-400个像素210的尺寸的分布。作为另一示例，扫描图案200可以包括沿水平方向的1,000个像素210乘以沿竖直方向的64个像素210的分布(例如，帧大小为1000×64像素)，其中扫描图案200的每个周期总共64,000个像素。在特定实施例中，沿水平方向的像素210的数量可以被称为扫描图案200的水平分辨率，并且沿竖直方向的像素210的数量可以被称为竖直分辨率。作为示例，扫描图案200可以具有大于或等于100个像素210的水平分辨率和大于或等于4个像素210的竖直分辨率。作为另一示例，扫描图案200可以具有100-2000个像素210的水平分辨率和4-400个像素210的竖直分辨率。

在特定实施例中，每个像素210可以与距离(例如，到相关联的激光脉冲从其散射的目标130的一部分的距离)或一个或多个角度值相关联。作为示例，像素210可以与距离值和表示像素210相对于激光雷达系统100的角位置的两个角度值(例如，方位角和仰角)相关联。到目标130的一部分的距离可以至少部分地基于相应脉冲的飞行时间测量来确定。角度值(例如，方位角或仰角)可以对应于输出光束125的角度(例如，相对于参考线220)(例如，当相应的脉冲从激光雷达系统100发射时)或输入光束135的角度(例如，当激光雷达系统100接收到输入信号时)。在特定实施例中，可以至少部分地基于扫描器120的部件的位置来确定角度值。作为示例，与像素210相关联的方位角或仰角值可以从扫描器120的一个或多个相应扫描镜的角位置来确定。

图3示出具有示例旋转多面镜301的示例激光雷达系统100。在特定实施例中，扫描器120可以包括被配置为沿特定方向扫描输出光束125的多面镜301。在图3的示例中，扫描器120包括两个扫描镜：(1)沿Θ_x方向旋转的多面镜301和(2)沿Θ_y方向来回摆动的扫描镜302。来自光源110的输出光束125(其在反射镜115旁边通过)由扫描镜302的反射表面320反射，并且然后由多面镜301的反射表面(例如，表面320A、320B、320C或320D)反射。来自目标130的散射光作为输入光束135返回到激光雷达系统100。输入光束135从多面镜301、扫描镜302和反射镜115反射，该反射镜115将输入光束135引导通过聚焦透镜330并到达接收器140的检测器340。检测器340可以是PN光电二极管、PIN光电二极管、APD、SPAD或任何其它合适的检测器。反射表面320(其可称为反射表面)可包括反射金属涂层(例如，金、银或铝)或反射电介质涂层，并且反射表面320可具有在光源110的工作波长处的任何合适的反射率R(例如，R大于或等于70％、80％、90％、95％、98％或99％)。

在特定实施例中，多面镜301可被配置为分别沿Θ_x或Θ_y方向旋转并沿基本上水平或竖直方向扫描输出光束125。沿Θ_x方向的旋转可以指导致输出光束125沿基本上水平方向扫描的反射镜301的旋转运动。类似地，沿Θ_y方向的旋转可指导致输出束125沿基本上竖直方向扫描的旋转运动。在图3中，反射镜301是沿Θ_x方向旋转并沿基本上水平方向扫描输出光束125的多面镜，并且反射镜302沿Θ_y方向枢转并沿基本上竖直方向扫描输出光束125。在特定实施例中，多面镜301可以被配置为沿任何合适的方向扫描输出光束125。作为示例，多面镜301可以相对于水平或竖直方向以任何合适的角度，诸如例如以相对于水平或竖直方向约0°、10°、20°、30°、45°、60°、70°、80°或90°的角度，来扫描输出光束125。

在特定实施例中，多面镜301可以指在其侧面或面的两个或多个上具有反射表面320的多边对象。作为示例，多面镜可以包括任何合适数量的反射面(例如，2、3、4、5、6、7、8或10个面)，其中每个面包括反射表面320。多面镜301可具有任何合适多边形的横截面形状，诸如例如三角形(具有三个反射表面320)、正方形(具有四个反射表面320)、五边形(具有五个反射表面320)、六边形(具有六个反射表面320)、七边形(具有七个反射表面320)或八边形(具有八个反射表面320)。在图3中，多面镜301具有大致正方形的横截面形状和四个反射表面(320A、320B、320C和320D)。图3中的多面镜301可以称为方形镜、立方镜或四面多面镜。在图3中，多面镜301可以具有类似于立方体、长方体或直角棱镜的形状。此外，多面镜301可具有总共六个侧面，其中四个侧面包括具有反射表面(320A、320B、320C和320D)的面。

在特定实施例中，多面镜301可围绕多面镜301的旋转轴沿顺时针或逆时针旋转方向连续旋转。旋转轴可以对应于垂直于多面镜301的旋转平面并穿过多面镜301的质心的线。在图3中，多面镜301在图的平面中旋转，并且多面镜301的旋转轴垂直于图的平面。电动机可以被配置为以基本上固定的频率(例如，约1Hz(或1转/秒)、10Hz、50Hz、100Hz、500Hz或1000Hz的旋转频率)旋转多面镜301。作为示例，多面镜301可以机械地耦合到电动机(例如，同步电动机)，该电动机被配置为以约160Hz(或9600转/分钟(RPM))的转速旋转多面镜301。

在特定实施例中，随着多面镜301旋转，输出光束125可以从反射表面320A、320B、320C和320D顺序地反射。这导致沿着特定扫描轴(例如，水平或垂直扫描轴)扫描输出光束125以产生一系列扫描线，其中每条扫描线对应于输出光束125从多面镜301的反射表面之一的反射。在图3中，输出光束125从反射表面320A反射离开以产生一条扫描线。然后，随着多面镜301旋转，输出光束125从反射表面320B、320C和320D反射离开，以产生第二、第三和第四相应的扫描线。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置使得输出光束125首先从多面镜301反射，然后从扫描镜302反射(反之亦然)。作为示例，来自光源110的输出光束125可以首先被引导到多面镜301，在此被多面镜301的反射表面反射，然后输出光束125可以被引导到扫描镜302，在此被扫描镜302的反射表面320反射。在图3的示例中，输出光束125以相反的顺序从多面镜301和扫描镜302反射。在图3中，来自光源110的输出光束125首先被引导到扫描镜302，在此由反射表面320反射，然后，输出光束125被引导到多面镜301，在此被反射表面320A反射。

图4示出激光雷达系统100的示例光源视场(FOV_L)和接收器视场(FOV_R)。激光雷达系统100的光源110可以随着FOV_L和FOV_R由扫描器120跨越能视域(FOR)扫描而发射光脉冲。在特定实施例中，光源视场可以指在特定时刻由光源110照射的角锥。类似地，接收器视场可以指接收器140可在特定时刻在其上接收或检测光的角锥，并且接收器视场外的任何光可能不被接收或检测到。作为示例，随着跨越能视域扫描光源视场，由光源110发射的光脉冲的一部分可以从激光雷达系统100顺发射方向发送，并且光脉冲可以在发射脉冲时FOV_L指向的方向中被发送。光脉冲可以散射离开目标130，并且接收器140可以接收并检测沿着FOV_R或包含在FOV_R内的散射光的一部分。

在特定实施例中，扫描器120可以被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描光源视场和接收器视场二者。随着扫描器120在描绘出扫描图案200的同时跨越激光雷达系统100的能视域扫描FOV_L和FOV_R，可以发射和检测多个光脉冲。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可以相对于彼此同步地被扫描，使得随着FOV_L跨越扫描图案200被扫描，FOV_R以相同的扫描速度遵循基本上相同的路径。此外，FOV_L和FOV_R可以随着它们跨越能视域被扫描保持彼此相同的相对位置。作为示例，FOV_L可以与FOV_R基本上重叠或居中于FOV_R(如图4中所示)，并且可以在整个扫描中保持FOV_L和FOV_R之间的该相对定位。作为另一示例，FOV_R可在整个扫描中落后于FOV_L特定的固定量(例如，FOV_R可在与扫描方向相反的方向中偏离FOV_L)。

在特定实施例中，FOV_L可具有与输出光束125的发散角基本上相同或相对应的角大小或范围Θ_L，并且FOV_R可以具有对应于接收器140可以接收和检测光的角度的角度大小或范围Θ_R。在特定实施例中，接收器视场可以是相对于光源视场的任何合适的大小。作为示例，接收器视场可以小于、基本上等于或大于光源视场的角度范围。在特定实施例中，光源视场可具有小于或等于50毫弧度的角度范围，并且接收器视场可具有小于或等于50毫弧度的角度范围。FOV_L可以具有任何合适的角度范围Θ_L，诸如例如约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad或50mrad。类似地，FOV_R可以具有任何合适的角度范围Θ_R，诸如例如约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad，或50mrad。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可具有大致相等的角度范围。作为示例，Θ_L和Θ_R二者都可以约等于1mrad、2mrad或4mrad。在特定实施例中，接收器视场可以大于光源视场，或者光源视场可以大于接收器视场。作为示例，Θ_L可约等于3mrad，并且Θ_R可约等于4mrad。作为另一示例，Θ_R可以比Θ_L大约L倍，其中L是任何合适的因子，诸如例如1.1、1.2、1.5、2、3、5或10。

在特定实施例中，像素210可表示或可对应于光源视场或接收器视场。随着输出光束125从光源110传播，输出光束125的直径(以及相应像素210的大小)可以根据光束发散角Θ_L而增加。作为示例，如果输出光束125具有2mrad的Θ_L，则在距激光雷达系统100 100m的距离处，输出光束125可以具有约20cm的大小或直径，并且相应的像素210还可以具有约20cm的相应大小或直径。在距激光雷达系统100 200m的距离处，输出光束125和相应的像素210可以各自具有约40cm的直径。

图5示出包括多个像素210和多条扫描线230的示例单向扫描图案200。在特定实施例中，扫描图案200可以包括任何合适数量的扫描线230(例如，约1、2、5、10、20、50、100、500或1000条扫描线)，并且扫描图案200的每条扫描线230可以包括任何合适数量的像素210(例如，1、2、5、10、20、50、100、200、500、1000、2000或5000个像素)。图5中所示的扫描图案200包括八条扫描线230，并且每条扫描线230包括约16个像素210。在特定实施例中，在两个方向中扫描扫描线230的扫描图案200(例如，交替地从右向左并且然后从左向右扫描)可称为双向扫描图案200，在相同方向中扫描扫描线230的扫描图案200可称为单向扫描图案200。图2中的扫描图案200可以称为双向扫描图案，并且图5中的扫描图案200可称为单向扫描图案200，其中每条扫描线230在基本上相同的方向中(例如，如从激光雷达系统100观看约从左到右)跨越FOR行进。在特定实施例中，单向扫描图案200的扫描线230可以在任何合适的方向中跨越FOR引导，诸如例如从左到右、从右到左、从上到下、从下到上，或相对于水平轴或竖直轴以任何合适的角度(例如，以0°、5°、10°、30°或45°角)。在特定实施例中，单向扫描图案200中的每条扫描线230可以是不直接连接到前一或后一扫描线230的单独线。

在特定实施例中，单向扫描图案200可由包括多面镜(例如，图3的多面镜301)的扫描器120产生，其中每条扫描线230与多面镜的特定反射表面320相关联。作为示例，图3中的多面镜301的反射表面320A可以产生图5中的扫描线230A。类似地，随着多面镜301旋转，反射表面320B、320C和320D可以分别连续地产生扫描线230B、230C和230D。此外，对于多面镜301的随后旋转，扫描线230A'、230B'、230C'和230D'可以分别通过来自反射表面320A、320B、320C和320D的输出光束125的反射而连续产生。在特定实施例中，单向扫描图案200的N条连续扫描线230可对应于N面多面镜的一整圈。作为示例，图5中的四条扫描线230A、230B、230C和230D可以对应于图3中的四面多面镜301的一整圈。此外，多面镜301的随后旋转可产生图5中接下来的四条扫描线230A'、230B'、230C'和230D'。

图6示出具有发射光脉冲400和本地振荡器(LO)光430的光源110的示例激光雷达系统100。图6中的激光雷达系统100包括光源110、扫描器120、接收器140和控制器150。接收器140包括检测器340、放大器350、脉冲检测电路365和频率检测电路600。图6中所示的激光雷达系统100可称为相干脉冲激光雷达系统，其中光源110发射LO光430和光脉冲400，其中每个发射的光脉冲400与LO光430的相应部分相干。另外，相干脉冲激光雷达系统中的接收器140可以被配置为检测LO光430和接收的光脉冲410，其中LO光430和接收的光脉冲410(其包括来自发射的光脉冲400之一的散射光)在接收器140处相干地混合在一起。LO光430可以被称为本地振荡器光信号或LO光信号。

在特定实施例中，相干脉冲激光雷达系统100可以包括光源110，该光源110被配置为发射光脉冲400和LO光430。发射的光脉冲400可以是输出光束125的由跨越激光雷达系统100的能视域的扫描器120扫描的一部分，并且LO光430可以被发送到激光雷达系统100的接收器140。光源110可以包括产生种子光和LO光430的种子激光器。另外，光源110可以包括放大种子光以产生发射的光脉冲400的光放大器。例如，光放大器可以是放大种子光的时间部分以产生发射的光脉冲400的脉冲光放大器，其中种子光的每个放大的时间部分对应于发射的光脉冲400之一。由光源110发射的光脉冲400可以具有以下光学特性中的一个或多个：在900nm和1700nm之间的波长；在0.01μJ和100μJ之间的脉冲能量；在80kHz和10MHz之间的脉冲重复频率；以及在0.1ns和20ns之间的脉冲持续时间。例如，光源110可以发射具有大约1550nm的波长、大约0.5μJ的脉冲能量、大约750kHz的脉冲重复频率和大约5ns的脉冲持续时间的光脉冲400。作为另一示例，光源110可以发射具有从大约1500nm到大约1510nm的波长的光脉冲。

在特定实施例中，相干脉冲激光雷达系统100可以包括扫描器120，扫描器120被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125。扫描器120可以接收来自光源110的输出光束125(其包括发射的光脉冲400)，并且扫描器120可以包括被配置为扫描输出光束125的一个或多个扫描镜。除了扫描输出光束125之外，扫描器还可以扫描跨越能视域的检测器340的FOV，使得输出光束125和检测器FOV以相同的扫描速度或以彼此相同的相对位置被扫描。可替代地，激光雷达系统100可以被配置为仅扫描输出光束125，并且检测器具有不被扫描的静态FOV。在该情况下，输入光束135(其包括接收的光脉冲410)可以绕过扫描器120并被引导到接收器140而不通过扫描器120。

在特定实施例中，相干脉冲激光雷达系统100可以包括光学组合器420，该光学组合器420被配置为将LO光430与接收的光脉冲410光学组合。将LO光430与接收的光脉冲410(其是输入光束135的一部分)光学组合可以包括将LO光430与输入光束135在空间上重叠以产生组合光束422。组合光束422可以包括来自组合在一起的LO光430和输入光束135的光，使得两个光束沿同一路径同轴传播。例如，图6中的组合器420可以是自由空间分光器，其反射LO光430的至少部分并透射输入光束135的至少部分，使得LO光430和输入光束135在空间上重叠并同轴地传播到检测器340。作为另一示例，图6中的组合器420可以是反射LO光430并将其引导到检测器340的反射镜，在检测器340中它与输入光束135组合。作为另一示例，组合器420可以包括光波导部件或光纤部件，其使得LO光430和输入光束135在空间上重叠，使得LO光430和输入光束135在波导中或光纤芯中一起传播。

在特定实施例中，相干脉冲激光雷达系统100可以包括检测LO光430和接收的光脉冲410的接收器140。接收的光脉冲410可以包括来自发射的光脉冲400之一的光，该光由距激光雷达系统100一定距离的目标130散射。接收器140可以包括一个或多个检测器340，并且LO光430和接收的光脉冲410可以在一个或多个检测器340处相干混合在一起。检测器340中的一个或多个可以产生与LO光430和接收的光脉冲410的相干混合相对应的光电流信号。图6中的激光雷达系统100包括具有一个检测器340的接收器140，该接收器140接收在检测器340处相干混合在一起的LO光430和光脉冲410。响应于接收的LO光430和光脉冲410的相干混合，检测器340产生由电子放大器350放大的光电流信号i。

在特定实施例中，接收器140可以包括确定接收的光脉冲410的到达时间的脉冲检测电路365。接收的光脉冲410的到达时间可以对应于与接收的光脉冲410的上升边缘、下降边缘、峰值或时间中心相关联的时间。可以至少部分地基于由接收器140的检测器340产生的光电流信号i来确定到达时间。例如，光电流信号i可以包括与接收的光脉冲410相对应的电流脉冲，并且电子放大器350可以产生具有与电流脉冲相对应的电压脉冲的电压信号360。脉冲检测电路365可以基于电压脉冲的特性(例如，基于与电压脉冲的上升边缘、下降边缘、峰值或时间中心相关联的时间)确定接收的光脉冲410的到达时间。例如，当发射光脉冲400时，脉冲检测电路365可以接收电子触发信号(例如，来自光源110或控制器150)，并且脉冲检测电路365可以基于与电压信号360的边缘、峰值或时间中心相关联的时间来确定接收的光脉冲410的到达时间。可以基于发射脉冲400的时间与检测到接收的脉冲410的时间之间的差来确定到达时间。

在特定实施例中，相干脉冲激光雷达系统100可以包括处理器(例如，控制器150)，该处理器至少部分地基于接收的光脉冲410的到达时间来确定到目标130的距离。接收的光脉冲410的到达时间可以对应于发射的光脉冲400的至少一部分行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间(ΔT)，其中行进返回目标130的发射的光脉冲400的一部分对应于接收的光脉冲410。到目标130的距离D可以从表达式D＝c·ΔT/2确定。例如，如果脉冲检测电路365确定光脉冲400的发射和光脉冲410的接收之间的时间ΔT是1μs，则控制器150可以确定到目标130的距离大约为150m。在特定实施例中，往返时间可以由接收器140、由控制器150或由接收器140和控制器150一起确定。例如，接收器140可以通过从检测到接收的脉冲410的时间减去发射脉冲400的时间来确定往返时间。作为另一示例，接收器140可以确定发射脉冲400的时间和检测到接收的脉冲410的时间。这些值可以被发送到控制器150，并且控制器150可以通过从检测到接收的脉冲410的时间减去发射脉冲400的时间来确定往返时间。

在特定实施例中，激光雷达系统100的控制器150可以经由一个或多个数据链路425耦合到激光雷达系统100的一个或多个部件。图6中的每个链路425表示将控制器150耦合到激光雷达系统100的另一部件(例如，光源110、扫描器120、接收器140、脉冲检测电路365或频率检测电路600)的数据链路。每个数据链路425可以包括一个或多个电链路、一个或多个无线链路或一个或多个光学链路，并且数据链路425可用于向控制器150发送数据、信号或命令或从控制器150发送数据、信号或命令。例如，控制器150可以经由链路425向光源110发送命令，指示光源110发射光脉冲400。作为另一示例，脉冲检测电路365可以经由链路425向控制器发送具有关于接收的光脉冲410的信息(例如，接收的光脉冲410的到达时间)的信号。另外，控制器150可以经由链路(图6中未示出)耦合到自主车辆驾驶系统的处理器。自主车辆处理器可以从控制器150接收点云数据并且可以基于接收的点云数据做出驾驶决定。

图7示出示例接收器140和与接收的光脉冲410相对应的示例电压信号360。激光雷达系统100的光源110可以发射光脉冲400，并且接收器140可以被配置为检测组合光束422。图7中的组合光束422包括LO光430和输入光135，其中输入光135包括一个或多个接收的光脉冲410。在特定实施例中，激光雷达系统100的接收器140可以包括一个或多个检测器340、一个或多个放大器350、一个或多个脉冲检测电路365、或一个或多个频率检测电路600。脉冲检测电路365可包括一个或多个比较器370或一个或多个时间数字转换器(TDC)380。频率检测电路600可以包括一个或多个电子滤波器610或一个或多个电子幅度检测器620。

图7中所示的接收器140包括检测器340，该检测器340被配置为接收组合光束422并产生与LO光430和接收的光脉冲410(其是输入光135的一部分)的相干混合相对应的光电流i。由检测器340产生的光电流i可以称为光电流信号或电流信号。检测器340可以包括APD、PN光电二极管或PIN光电二极管。例如，检测器340可以包括被配置为检测激光雷达系统100的800-1100nm工作波长处的光的硅APD或PIN光电二极管，或者检测器340可以包括被配置为检测在1200-1600nm工作波长处的光的InGaAs APD或PIN光电二极管。在图7中，检测器340耦合到电子放大器350，该电子放大器350被配置为接收光电流i并产生与接收的光电流相对应的电压信号360。例如，检测器340可以是响应于LO光430和接收的光脉冲410的相干混合而产生光电流脉冲的APD，并且电压信号360可以是与光电流的脉冲相对应的模拟电压脉冲。放大器350可以包括被配置为接收光电流i并放大光电流以产生与光电流信号相对应的电压信号的跨阻放大器。此外，放大器350可包括放大电压信号的电压放大器或过滤光电流或电压信号的电子滤波器(例如，低通或高通滤波器)。

在图7中，由放大器350产生的电压信号360耦合到脉冲检测电路365和频率检测电路600。脉冲检测电路包括N个比较器(比较器370-1，370-2，...，370-N)，并且每个比较器设置有特定的阈值或参考电压(V_T1,V_T2,…,V_TN)。例如，接收器140可以包括N＝10个比较器，并且阈值电压可以设定为0伏和1伏之间的10个值(例如，V_T1＝0.1V、V_T2＝0.2V和V_T10＝1.0V)。当电压信号360上升到高于或低于特定阈值电压时，比较器可产生电边缘信号(例如，上升或下降电边缘)。例如，比较器370-2可以在电压信号360上升到高于阈值电压V_T2时产生上升边缘。另外或可替代地，比较器370-2可以在电压信号360下降到低于阈值电压V_T2时产生下降边缘。

图7中的脉冲检测电路365包括N个时间数字转换器(TDC 380-1、380-2、...、380-N)，并且每个比较器耦合到TDC之一。图7中的每个比较器-TDC对(例如，比较器370-1和TDC380-1)可以称为阈值检测器。比较器可以向相应的TDC提供电边缘信号，并且TDC可以用作产生电输出信号(例如，数字信号、数字字或数字值)的定时器，该电输出信号表示从比较器接收边缘信号的时间。例如，如果电压信号360上升到高于阈值电压V_T1，则比较器370-1可以产生提供给TDC 380-1的输入端的上升边缘信号，并且TDC 380-1可以产生与TDC 380-1接收到边缘信号的时间相对应的数字时间值。数字时间值可以参考发射光脉冲的时间，并且数字时间值可以对应于或可以用于确定光脉冲行进到目标130并返回激光雷达系统100的往返时间。另外，如果电压信号360随后下降到低于阈值电压V_T1，则比较器370-1可以产生被提供给TDC 380-1的输入端的下降边缘信号，并且TDC 380-1可以产生与TDC 380-1接收到边缘信号的时间相对应的数字时间值。

在特定实施例中，脉冲检测输出信号可以是与接收的光脉冲410相对应的电信号。例如，图7中的脉冲检测输出信号可以是与模拟电压信号360相对应的数字信号，该模拟电压信号360进而对应于光电流信号i，该光电流信号i进而对应于接收的光脉冲410。如果输入光信号135包括接收的光脉冲410，则脉冲检测电路365可以接收电压信号360(对应于光电流i)并且产生与接收的光脉冲410相对应的脉冲检测输出信号。脉冲检测输出信号可以包括来自从比较器370接收一个或多个边缘信号的TDC 380中的每个TDC 380的一个或多个数字时间值，并且数字时间值可以表示模拟电压信号360。脉冲检测输出信号可以被发送到控制器150，并且可以至少部分地基于由TDC产生的一个或多个时间值来确定接收的光脉冲410的到达时间。例如，可以从与电压信号360的峰值(例如，V_peak)相关联的时间或从电压信号360的时间中心确定到达时间。图7中的脉冲检测输出信号可以对应于图1中的电输出信号145。

在特定实施例中，脉冲检测输出信号可以包括一个或多个数字值，该数字值对应于(1)发射光脉冲400的时间和(2)由接收器140检测到接收的光脉冲410的时间之间的时间间隔。图7中的脉冲检测输出信号可以包括来自从比较器接收边缘信号的TDC中的每个TDC的数字值，并且每个数字值可以表示光源110发射光脉冲400和从比较器接收边缘信号之间的时间间隔。例如，光源110可以发射被目标130散射的光脉冲400，并且接收器140可以接收散射的光脉冲的一部分作为输入光脉冲410。当光源发射光脉冲400时，TDC的计数值可以被重置为零计数。可替代地，接收器140中的TDC可以在两个或更多个脉冲周期(例如，10、100、1,000、10,000或100,000个脉冲周期)上连续累积计数，并且当发射光脉冲400时，当前TDC计数可以存储在存储器中。在发射光脉冲400之后，TDC可以累积与经过时间相对应的计数(例如，TDC可以根据时钟周期或时钟周期的一部分来计数)。

在图7中，当TDC 380-1从比较器370-1接收到边缘信号时，TDC380-1可以产生表示光脉冲400的发射和边缘信号的接收之间的时间间隔的数字信号。例如，数字信号可以包括与在光脉冲400的发射和边缘信号的接收之间经过的时钟周期数相对应的数字值。可替代地，如果TDC380-1在多个脉冲周期上累积计数，则数字信号可以包括与在接收边缘信号时的TDC计数相对应的数字值。脉冲检测输出信号可以包括与发射光脉冲400的一个或多个时间以及TDC接收到边缘信号的一个或多个时间相对应的数字值。来自脉冲检测电路365的脉冲检测输出信号可以对应于接收的光脉冲410并且可以包括来自从比较器接收边缘信号的TDC中的每个TDC的数字值。脉冲检测输出信号可以被发送到控制器150，并且控制器可以至少部分地基于脉冲检测输出信号来确定到目标130的距离。另外或可替代地，控制器150可以至少部分地基于从脉冲检测电路365的TDC接收的脉冲检测输出信号来确定接收的光脉冲410的光学特性。

在特定实施例中，激光雷达系统100的接收器140可以包括一个或多个模数转换器(ADC)。作为示例，代替包括多个比较器和TDC，接收器140可以包括从放大器350接收电压信号360并产生电压信号360的数字表示的ADC。尽管本公开描述或示出示例接收器140，其包括一个或多个比较器370和一个或多个TDC 380，但是接收器140可以另外或可替代地包括一个或多个ADC。作为示例，在图7中，代替N个比较器370和N个TDC 380，接收器140可以包括被配置为接收电压信号360并产生包括与电压信号360相对应的数字化值的数字输出信号的ADC。

图7中示出的示例电压信号360对应于接收的光脉冲410。电压信号360可以是由电子放大器350产生的模拟信号并且可以对应于由图7中的接收器140检测到的光脉冲。y轴上的电压电平对应于相应比较器370-1，370-2，...，370-N的阈值电压V_T1，V_T2，...，V_TN。时间值t₁，t₂，t₃，...，t_N-1对应于电压信号360超过相应阈值电压时的时间，并且时间值t′₁，t′₂，t′₃，…，t′_N-1对应于电压信号360低于相应阈值电压时的时间。例如，在电压信号360超过阈值电压V_T1时的时间t₁，比较器370-1可以产生边缘信号，并且TDC 380-1可以输出与时间t ₁相对应的数字值。此外，TDC380-1可以输出与电压信号360低于阈值电压V_T1时的时间t′₁相对应的数字值。可替代地，接收器140可以包括附加TDC(图7中未示出)，该附加TDC被配置为产生与电压信号360低于阈值电压V_T1时的时间t′₁相对应的数字值。来自脉冲检测电路365的脉冲检测输出信号可以包括与时间值t₁，t₂，t₃，...，t_N-1和t′₁，t′₂，t′₃，…，t′_N-1中的一个或多个相对应的一个或多个数字值。此外，脉冲检测输出信号还可以包括与与时间值相关联的阈值电压相对应的一个或多个值。由于图7中的电压信号360不超过阈值电压V_TN，因此相应的比较器370-N可能不产生边缘信号。结果，TDC 380-N可能不产生时间值，或者TDC380-N可能产生指示没有接收到边缘信号的信号。

在特定实施例中，由接收器140的脉冲检测电路365产生的脉冲检测输出信号可以对应于或可以用于确定由接收器140检测到的接收的光脉冲410的光学特性。接收的光脉冲410的光学特性可以对应于接收的光脉冲410的峰值光强度、峰值光功率、平均光功率、光能量、形状或幅度、时间持续时间或时间中心。例如，由接收器140检测到的光脉冲410可以具有以下光学特性中的一个或多个：在1纳瓦和10瓦之间的峰值光功率；在1阿托焦耳和10纳焦耳之间的脉冲能量；以及在0.1ns和50ns之间的脉冲持续时间。在特定实施例中，接收的光脉冲410的光学特性可以从由脉冲检测电路365的一个或多个TDC 380提供的脉冲检测输出信号来确定(例如，如图7中所示)，或光学特性可以从由脉冲检测电路365的一个或多个ADC提供的脉冲检测输出信号来确定。

在特定实施例中，接收的光脉冲410的峰值光功率或峰值光强度可以从由接收器140提供的脉冲检测输出信号的一个或多个值来确定。作为示例，控制器150可以基于电压信号360的峰值电压(V_peak)确定接收的光脉冲410的峰值光功率。控制器150可以使用将电压信号360的峰值电压与峰值光功率的值相关的公式或查找表。在图7的示例中，光脉冲410的峰值光功率可以从阈值电压V_T(N-1)确定，该阈值电压大约等于电压信号360的峰值电压V_peak(例如，阈值电压V_T(N-1)可以与具有10mW的峰值光功率的光脉冲410相关联)。作为另一示例，控制器150可以对脉冲检测输出信号的值应用曲线拟合或插值操作以确定电压信号360的峰值电压，并且该峰值电压可以用于确定接收的光脉冲410的相应的峰值光功率。

在特定实施例中，接收的光脉冲410的能量可以从脉冲检测输出信号的一个或多个值来确定。例如，控制器150可以对与电压信号360相对应的数字值进行求和以确定电压信号曲线下的面积，并且电压信号曲线下的面积可以与接收的光脉冲410的脉冲能量相关。作为示例，图7中电压信号曲线下的近似面积可以通过将曲线细分为M个子段(其中M近似为脉冲检测输出信号中包括的时间值的数量)并将子段中的每个子段的面积相加来确定(例如，使用数值积分技术，诸如黎曼和、梯形法则或辛普森法则)。例如，图7中的电压信号曲线360下的近似面积A可以由黎曼和使用表达式

来确定，其中V_Tk是与时间值t_k相关联的阈值电压，并且Δt_k是与时间值t_k相关联的子段的宽度。在图7的示例中，电压信号360可以对应于具有1皮焦的脉冲能量的接收的光脉冲410。

在特定实施例中，接收的光脉冲410的持续时间可以从相应电压信号360的持续时间或宽度来确定。例如，脉冲检测输出信号的两个时间值之间的差可以用于确定接收的光脉冲410的持续时间。在图7的示例中，与电压信号360相对应的光脉冲410的持续时间可以由差(t′₃-t₃)确定，该差可以对应于具有4纳秒的脉冲持续时间的接收的光脉冲410。作为另一示例，控制器150可以将曲线拟合或插值操作施加到脉冲检测输出信号的值，并且可以基于曲线拟合或插值来确定光脉冲410的持续时间。可以使用包括多个比较器370和TDC 380(如图7中所示)的接收器140或使用包括一个或多个ADC的接收器140来实现如在此所述的用于确定接收的光脉冲410的光学特性的一种或多种方法。

在图7中，由放大器350产生的电压信号360耦合到频率检测电路600以及脉冲检测电路365。脉冲检测电路365可以提供脉冲检测输出信号，该脉冲检测输出信号用于确定接收的光脉冲410的时域信息(例如，接收的光脉冲410的到达时间、持续时间或能量)，并且频率检测电路600可以针对接收的光脉冲410提供频域信息。例如，频率检测电路600的频率检测输出信号可以包括接收的光脉冲410的特定频率分量的幅度信息。频率检测输出信号可以包括接收的光脉冲410的一个或多个频率分量的幅度，并且该幅度信息可以被发送到控制器150用于进一步处理。例如，控制器150可以至少部分地基于幅度信息来确定接收的光脉冲是有效的接收的光脉冲410还是干扰光脉冲。

在特定实施例中，频率检测电路600可以包括多个并行的频率测量通道，并且每个频率测量通道可以包括滤波器610和相应的幅度检测器620。在图7中，频率检测电路600包括M个电子滤波器(滤波器610-1，610-2，...，610-M)，其中每个滤波器与特定频率分量(频率f_a，f_b，...，f_M)相关联。图7中的每个滤波器610可以包括具有特定通带中心频率和宽度的电子带通滤波器。例如，滤波器610-2可以是具有1GHz的中心频率f_b和20MHz的通带宽度的带通滤波器。每个滤波器610可以包括用一个或多个无源电子部件(例如，一个或多个电阻器、电感器或电容器)实现的无源滤波器。可替代地，每个滤波器610可以包括有源滤波器，该有源滤波器包括一个或多个有源电子部件(例如，一个或多个晶体管或运算放大器)以及一个或多个无源部件。

除了M个电子滤波器610之外，图7中的频率检测电路600还包括M个电子幅度检测器(幅度检测器620-1，620-2，...，620-M)。幅度检测器620可以被配置为提供与从滤波器610接收的电信号的幅度(例如，峰值、大小或能量)相对应的输出信号。例如，滤波器610-M可以接收电压信号360并向幅度检测器620-M提供电压信号360的具有处于或接近频率f_M的频率分量的部分。幅度检测器620-M可以产生与与频率分量f_M相关联的信号的幅度、峰值、大小或能量相对应的数字或模拟输出信号。每个幅度检测器620可以包括采样保持电路、峰值检测器电路、积分器电路或ADC。例如，幅度检测器620-M可以包括采样保持电路和ADC。采样保持电路可以产生与从滤波器610-M接收的信号的幅度相对应的模拟电压，并且ADC可以产生表示模拟电压的数字信号。

频率检测电路600可以包括1、2、4、8、10、20或任何其它合适数量的滤波器610和幅度检测器620，并且每个滤波器可以具有在大约200MHz和大约20GHz之间的中心频率。另外，每个滤波器610可以包括带通滤波器，该带通滤波器具有通带，该通带具有大约1MHz、10MHz、20MHz、50MHz、100MHz、200MHz的频率宽度或任何其它合适的频率宽度。例如，频率检测电路600可以包括具有大约1.0GHz、1.1GHz、1.2GHz和1.3GHz的中心频率的四个带通滤波器610，并且每个滤波器可以具有频率宽度为大约20MHz的通带。具有20-MHz通带的1.0-GHz滤波器可以通过或传输从大约0.99GHz到大约1.01GHz的频率分量，并且可以衰减该频率范围之外的频率分量。

在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可将特定光谱特征赋予发射的光脉冲400。光谱特征(其可称为频率特征、频率标签或频率变化)可以对应于被赋予发射的光脉冲400的特定频率分量的存在或不存在。另外或可替代地，光谱特征可以包括施加到发射的光脉冲400的幅度调制、频率调制或频率变化。例如，光谱特征可以包括施加到发射的光脉冲400的特定频率(例如，1GHz)处的幅度或频率调制。作为另一示例，光谱特征可以包括施加到发射的光脉冲400的两个或更多个特定频率(例如，1.6GHz和2.0GHz)处的幅度或频率调制。接收的光脉冲410可以包括施加到相关联的发射的光脉冲400的相同的光谱特征，并且光电流信号i(以及相应的电压信号360)可以包括与光谱特征相对应的一个或多个频率分量。频率检测电路600可以基于电压信号360(其对应于光电流信号i)确定一个或多个频率分量的一个或多个幅度。在图7的示例中，频率检测电路600可以包括M个带通滤波器610和M个幅度检测器620。每个带通滤波器610可以具有与频率分量(从f_a到f_M)之一相对应的中心频率，并且每个幅度检测器620可以产生与相应频率分量之一的幅度相对应的信号。由频率检测电路600产生的频率检测输出信号可以包括与M个频率分量的幅度相对应的M个数字值。

在特定实施例中，控制器150可以基于与接收的光脉冲410相关联的一个或多个频率分量的幅度来确定接收的光脉冲410是否与特定发射的光脉冲400相关联。如果接收的光脉冲410的一个或多个频率分量与特定发射的光脉冲400的光谱特征匹配，则控制器150可以确定接收的光脉冲410与特定发射的光脉冲400相关联(例如，接收的光脉冲410包括来自发射的光脉冲400的散射光)。否则，如果频率分量不匹配，则控制器150可以确定接收的光脉冲410不与特定发射的光脉冲400相关联。例如，接收的光脉冲410可以与由激光雷达系统100的光源110发射的不同的光脉冲400相关联，或者接收的光脉冲410可以与由激光雷达系统100外部的不同光源发射的干扰光信号相关联。作为另一示例，由光源110发射的特定光脉冲400可以包括在特定频率(例如，2GHz)处具有幅度调制的光谱特征，并且频率检测电路600可以包括滤波器610和确定用于接收的光脉冲410的2-GHz频率分量的幅度的幅度检测器620。如果2-GHz频率分量的幅度大于特定阈值(或在两个特定阈值的范围内)，则控制器150可以确定接收的光脉冲410与来自特定发射的光脉冲400的光相关联并且包括来自特定发射的光脉冲400的光。否则，如果2-GHz频率分量的幅度小于特定阈值，则控制器150可以确定接收的光脉冲410与来自特定发射的光脉冲400的光不相关联并且不包括来自特定发射的光脉冲400的光。另外或可替代地，如果不是特定光谱特征的一部分的不同频率分量(例如，1.8GHz频率分量)的幅度大于特定阈值，则控制器可以确定接收的光脉冲400与具有该特定光谱特征的发射的光脉冲400不相关联。

在特定实施例中，与接收的光脉冲410相关联的一个或多个频率分量的幅度可以按比例因子进行缩放。频率分量幅度的该缩放可用于补偿作为目标130距激光雷达系统100的距离的函数的接收的光脉冲410的能量、功率或强度的降低。控制器150可以从频率检测电路600接收与接收的光脉冲410的一个或多个频率分量的幅度相对应的数字值。在将频率分量值与阈值进行比较以确定接收的光脉冲410是否有效之前，频率分量值可以除以与接收的光脉冲410的光学特性(例如，接收的光脉冲410的能量、峰值功率或峰值强度)相对应的比例因子。可替代地，频率分量幅度可以乘以与D或D²相对应的比例因子，其中D是到目标130的距离，相应的发射的光脉冲从该目标散射。

在特定实施例中，光源110可以发射光脉冲400，其中每个发射的光脉冲400具有一个或多个不同光谱特征的特定光谱特征。光谱特征可用于确定接收的光脉冲是否是与发射的光脉冲400相关联的有效的接收的光脉冲410。有效的接收的光脉冲410可以指包括来自由光源110发射的光脉冲400的散射光的接收的光脉冲410。例如，光源110可以发射光脉冲400，每个光脉冲400包括相同的光谱特征。如果接收的光脉冲与相同的光谱特征匹配，则可以确定接收的光脉冲为与发射的光脉冲400相关联的有效的接收的光脉冲410。作为另一示例，光源110可以发射光脉冲400，每个光脉冲400包括两个或更多个不同光谱特征的一个光谱特征。如果接收的光脉冲与光谱特征之一匹配，则可以确定接收的光脉冲为与发射的光脉冲400相关联的有效的接收的光脉冲410。

在特定实施例中，如果接收的光脉冲包括与特定光谱特征相关联的一个或多个频率分量中的每一个，则可以确定接收的光脉冲与特定光谱特征匹配。此外，如果接收的光脉冲不包括与特定光谱特征不相关联的任何频率分量，则可以确定接收的光脉冲与特定光谱特征匹配。类似地，如果(i)接收的光脉冲不包括与光谱特征相关联的所有一个或多个频率分量或(ii)接收的光脉冲包括与光谱特征不相关联的一个或多个频率分量，则可以确定接收的光脉冲与光谱特征不匹配。确定接收的光脉冲410是否包括特定频率分量可以包括确定特定频率分量的幅度(例如，基于来自幅度检测器620的信号)。如果特定频率分量的幅度大于特定阈值(或在最小阈值和最大阈值之间)，则控制器150可以确定接收的光脉冲410包括特定频率分量。另外或可替代地，如果特定频率分量的幅度小于特定阈值，则控制器150可以确定接收的光脉冲410不包括特定频率分量。

在特定实施例中，光源110可以发射光脉冲400，其中每个发射的光脉冲400具有两个或更多个不同光谱特征的特定光谱特征，并且光谱特征可以用于将接收的光脉冲410与特定发射的光脉冲400相关联。例如，光源110可以发射具有在两个、三个、四个或任何其它合适数量的不同光谱特征之间交替(例如，顺序地或以伪随机方式)的光谱特征的光脉冲400。一个光谱特征可以包括1.5GHz处的幅度调制，而另一个光谱特征可以包括1.7GHz处的幅度调制。频率检测电路600可以包括确定1.5GHz和1.7GHz处的频率分量的幅度的两个滤波器和幅度检测器。基于接收的光脉冲410的1.5-GHz和1.7-GHz频率分量的幅度，控制器150可以确定接收的光脉冲410是否与具有1.5-GHz光谱特征或1.7-GHz光谱特征的发射的光脉冲400相关联。如果光源110发射具有1.5-GHz调制的第一脉冲和具有1.7-GHz调制的第二脉冲，则控制器150可以确定具有1.5-GHz频率分量的接收的光脉冲410与第一发射脉冲相关联。发射具有不同光谱特征的光脉冲400可以允许频率检测电路600和控制器150防止关于接收脉冲与哪个发射脉冲相关联的模糊性问题。基于与发射的光脉冲400的光谱特征相匹配的接收的光脉冲410的频率分量，接收的光脉冲410可以明确地与发射的光脉冲400相关联。

在特定实施例中，光源110可以发射光脉冲400，其中每个发射的光脉冲400具有一个或多个不同光谱特征的特定光谱特征，并且光谱特征可以用于确定接收的光脉冲是否是有效的接收的光脉冲410或干扰光信号。干扰光信号可以指由激光雷达系统100外部的光源发送的光信号。例如，另一个激光雷达系统可以发射由接收器140检测到的光脉冲，并且可以确定接收的光脉冲为干扰光信号，因为它不匹配从光源110发射的光脉冲400的光谱特征。控制器150可以通过将接收的光脉冲的频率分量与与赋予发射的光脉冲400的光谱特征相关联的预期频率分量进行比较来区分有效脉冲和干扰脉冲。如果接收的光脉冲的频率分量与赋予发射的光脉冲400的一个或多个不同的光谱特征中的任一个不匹配，则控制器150可以确定接收的光脉冲是无效的并且不与发射的光脉冲400中的任一个相关联。例如，接收的光脉冲可以是从激光雷达系统100外部的光源发送的干扰光脉冲，并且干扰光脉冲可以被丢弃或忽略，因为它不与发射的光脉冲400中的任一个相关联。

图8示出包括种子激光二极管450和半导体光放大器(SOA)460的示例光源110。在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可以包括(i)产生种子光440和LO光430的种子激光器450，以及(ii)脉冲光放大器460，其放大种子光440的时间部分以产生发射的光脉冲400。在图8的示例中，种子激光器是产生种子光440和LO光430的种子激光二极管450。种子激光二极管450可以包括法布里-珀罗激光二极管、量子阱激光器、DBR激光器、DFB激光器、VCSEL、量子点激光二极管或任何其它合适类型的激光二极管。在图8中，脉冲光放大器是半导体光放大器(SOA)460，其发射作为输出光束125的一部分的光脉冲400。SOA 460可以包括半导体光波导，该半导体光波导接收来自种子激光二极管450的种子光440并在种子光440传播通过波导时放大种子光440的时间部分以产生发射的光脉冲400。SOA 460可以具有20分贝(dB)、25dB、30dB、35dB、40dB、45dB的光功率增益或任何其它合适的光功率增益。例如，SOA 460可以具有40dB的增益，并且具有20pJ能量的种子光440的时间部分可以被SOA 460放大以产生具有大约0.2μJ能量的光脉冲400。包括提供由SOA 460放大的种子光440的种子激光二极管450的光源110可称为主振荡器功率放大器激光器(MOPA激光器)或MOPA光源。种子激光二极管450可称为主振荡器，并且SOA 460可称为功率放大器。

在特定实施例中，光源110可以包括电子驱动器480，该电子驱动器480(i)向种子激光器450提供电流并且(ii)向SOA 460提供电流。在图8中，电子驱动器480向种子激光二极管450提供种子电流I₁以产生种子光440和LO光430。提供给种子激光二极管450的种子电流I₁可以是基本上恒定的DC电流，使得种子光440和LO光430各自包括连续波(CW)光或具有基本上恒定光功率的光。例如，种子电流I₁可以包括大约1mA、10mA、100mA、200mA、500mA的DC电流或任何其它合适的DC电流。另外或可替代地，种子电流I₁可以包括电流脉冲。种子激光器450可以用具有足够长的持续时间的电流脉冲进行脉冲化，使得由种子激光器450发射的种子激光器光(例如，种子光440和LO光430)的波长稳定或达到在脉冲期间的某个时间基本上恒定的值。例如，电流脉冲的持续时间可以在50ns和2μs之间，并且SOA 460可以被配置为放大种子光440的5ns时间部分以产生发射的光脉冲400。被选择用于放大的种子光440的时间部分可以在时间上定位在电流脉冲的中间或末端附近，以允许种子激光器光的波长有足够的时间稳定。

在图8中，电子驱动器480向SOA 460提供SOA电流I₂，并且SOA电流I₂向通过SOA 460的波导传播的种子光440的时间部分提供光学增益。SOA电流I₂可以包括电流脉冲，其中每个电流脉冲使SOA 460放大种子光440的一个时间部分以产生发射的光脉冲400。SOA电流I₂可以具有大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns的持续时间或任何其它合适的持续时间。SOA电流I₂可以具有大约1A、2A、5A、10A、20A、50A、100A、200A、500A或任何其它合适的峰值电流的峰值幅度。例如，提供给SOA 460的SOA电流I₂可以包括具有大约5-10ns的持续时间和大约100A的峰值电流的一系列电流脉冲。该一系列电流脉冲可导致发射相应系列的光脉冲400，并且每个发射的光脉冲400可具有小于或等于相应电流脉冲的持续时间的持续时间。例如，电子驱动器480可以以700kHz的重复频率向SOA 460提供5ns持续时间的电流脉冲。这可以导致具有大约4ns的持续时间和700kHz的脉冲重复频率的发射的光脉冲400。

脉冲光放大器可以指以脉冲模式操作的光放大器，使得由光放大器发射的输出光束125包括光脉冲400。例如，脉冲光放大器可以包括SOA460，该SOA 460通过向SOA 460提供电流脉冲，以脉冲模式操作。种子光440可以包括CW光或具有基本上恒定的光功率的光，并且提供给SOA 460的每个电流脉冲可以放大种子光的时间部分以产生发射的光脉冲400。作为另一示例，脉冲光放大器可以包括光放大器以及光调制器。光调制器可以是以脉冲模式操作的声光调制器(AOM)或电光调制器(EOM)，使得调制器选择性地传输光脉冲。SOA 460也可以以与光调制器同步的脉冲模式操作以放大种子光的时间部分，或者可以向SOA 460提供基本上DC电流以作为CW光放大器操作。光调制器可以位于种子激光二极管450和SOA 460之间，并且光调制器可以以脉冲模式操作以传输种子光440的时间部分，该时间部分然后被SOA460放大。可替代地，光调制器可以位于SOA 460之后，并且光调制器可以以脉冲模式操作以传输发射的光脉冲400。

图8中所示的种子激光二极管450包括正面452和背面451。种子光440从正面452发射并引导到SOA 460的输入端461。LO光430从背面451发射并引导到激光雷达系统100的接收器140。种子光440或LO光430可以作为自由空间光束发射，并且光源110可以包括一个或多个透镜(图10中未示出)，该透镜(i)准直从背面451发射的LO光430，(ii)准直从正面452发射的种子光440，或(iii)将种子光440聚焦到SOA 460中。

在特定实施例中，正面452或背面451可以包括由半导体-空气界面形成的离散面(例如，通过切割或抛光半导体结构以形成种子激光二极管450而形成的表面)。此外，正面452或背面451可以包括提供在大约50％和大约99.9％之间的反射率(在种子激光器工作波长处)的介电涂层。例如，背面451在LO光430的波长处可以具有90％到99.9％的反射率。从背面451发射的LO光430的平均功率可以至少部分地取决于背面451的反射率，并且可以选择背面451的反射率的值以提供LO光430的特定平均功率。例如，背面451可以被配置为具有90％和99％之间的反射率，并且种子激光二极管450可以发射具有10μW至1mW的平均光功率的LO光430。在一些传统的激光二极管中，背面的反射率可以设计为相对较高或尽可能接近100％，以便最小化从背面产生的光量或最大化从正面产生的光量。在图8的种子激光二极管450中，与传统激光二极管相比，背面451的反射率可以降低到较低的值，使得从背面451发射特定功率的LO光430。作为示例，传统激光二极管可以具有反射率大于98％的背面，并且种子激光二极管450可以具有反射率在90％和98％之间的背面。

在特定实施例中，种子光440的波长和LO光430的波长可以大致相等。例如，种子激光二极管450可以具有大约1508nm的种子激光工作波长，并且种子光440和LO光430可以各自具有大约1508nm的相同波长。作为另一示例，种子光440的波长和LO光430的波长可以等于在某个百分比内(例如，在大约0.1％、0.01％或0.001％内)或在某个波长范围内(例如，在大约0.1nm、0.01nm或0.001nm内)。如果波长在1508nm的0.01％内，则种子光440和LO光430的波长可以各自在从1507.85nm到1508.15nm的范围内。

图9示出包括具有锥形光波导463的半导体光放大器(SOA)460的示例光源110。在特定实施例中，SOA 460可以包括输入端461、输出端462以及从输入端461延伸到输出端462的光波导463。输入端461可以接收来自种子激光二极管450的种子光440。当种子光440的时间部分沿着波导463从输入端461传播到输出端462时，波导463可以放大种子光440的时间部分。放大的时间部分可以从输出端462作为发射的光脉冲400发射。发射的光脉冲400可以是输出光束125的一部分，并且光源110可以包括透镜490，该透镜490被配置为收集和准直从输出端462发射的光脉冲400以产生准直的输出光束125。图9中的种子激光二极管450可以具有大约100μm、200μm、500μm、1mm或任何其它合适长度的二极管长度。SOA460可以具有大约1mm、2mm、3mm、5mm、10mm、20mm或任何其它合适长度的放大器长度。例如，种子激光二极管450可以具有大约300μm的二极管长度，并且SOA460可以具有大约4mm的放大器长度。

在特定实施例中，波导463可以包括至少部分地由SOA 460的半导体材料形成的半导体光波导，并且波导463可以在光传播通过SOA 460时沿横向方向限制光。在特定实施例中，波导463可以具有基本上固定的宽度，或者波导463可以具有锥形宽度。例如，波导463可以具有大约5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μm的基本固定宽度或任何其它合适宽度。在图9中，SOA 460具有锥形波导463，其宽度从输入端461到输出端462增加。例如，输入端461处的锥形波导463的宽度可以大约等于种子激光二极管450的波导的宽度(例如，输入端461可以具有大约1μm、2μm、5μm、10μm或50μm的宽度)。在SOA460的输出端462处，锥形波导463可以具有大约50μm、100μm、200μm、500μm、1mm的宽度或任何其它合适的宽度。作为另一示例，锥形波导463的宽度可以从输入端461处的大约20μm的宽度线性增加到输出端462处的大约250μm的宽度。

在特定实施例中，SOA 460的输入端461或输出端462可以是由半导体-空气界面形成的离散面。此外，输入端461或输出端462可包括介电涂层(例如，用于降低输入端461或输出端462的反射率的抗反射涂层)。抗反射(AR)涂层可以具有在小于5％、2％、0.5％、0.1％或任何其它合适的反射率值的种子激光器工作波长处的反射率。在图8中，输入端461可以具有减少由输入端461反射的种子光440的量的AR涂层。在图8或图9中，输出端462可以具有减少由输出端462反射的放大种子光的量的AR涂层。施加到输入端461或输出端462的AR涂层也可以通过在不存在种子光440时发射相干光来防止SOA 460充当激光器。

在特定实施例中，光源110可以包括种子激光二极管450和SOA460，该种子激光二极管450和SOA 460被集成在一起并且设置在单个芯片或衬底上或之中。例如，种子激光二极管450和SOA 460可以各自单独制造，并且然后附接到相同的衬底(例如，使用环氧树脂或焊料)。衬底可以是导电的或导热的，并且衬底可以具有大约等于种子激光器450和SOA460的热膨胀系数(CTE)的CTE。作为另一示例，种子激光二极管450和SOA 460可以一起制造在同一衬底上(例如，使用半导体制造工艺，诸如例如光刻、沉积和蚀刻)。种子激光二极管450和SOA 460可以各自包括InGaAs或InGaAsP半导体结构，并且衬底可以包括磷化铟(InP)。InP衬底可以是n掺杂的或p掺杂的，使得它是导电的，并且InP衬底的一部分可以充当种子激光二极管450和SOA 460二者的阳极或阴极。衬底可以热耦合到(i)散热器，该散热器散发由种子激光二极管450或SOA460产生的热量，或(ii)温度控制设备(例如，热电冷却器)，其将种子激光二极管450或SOA 460的温度稳定到特定温度设定点或特定温度范围内。在图8的示例中，种子激光器450和SOA 460可以是不设置在单个衬底上的单独设备，并且种子光440可以是自由空间光束。可替代地，在图8的示例中，种子激光器450和SOA 460可以是一起设置在单个衬底上的单独设备。在图9的示例中，种子激光器450和SOA 460可以集成在一起并且设置在单个芯片或衬底上或之中。

在图9中，种子激光二极管450的正面452和SOA 460的输入端461可以在没有半导体-空气界面的情况下耦合在一起，而不是具有由半导体-空气界面形成的离散面。例如，种子激光二极管450可以直接连接到SOA460，使得种子光440从种子激光二极管450直接耦合到SOA 460的波导463中。正面452可以对接耦合或固定(例如，使用光学透明粘合剂)到输入端461，或者种子激光二极管450和SOA 460可以一起制造，使得没有单独的正面452或输入端461(例如，正面452和输入端461可以合并在一起以形成种子激光二极管450和SOA 460之间的单个界面)。可替代地，种子激光二极管450可以经由无源光波导耦合到SOA 460，该无源光波导将种子光440从种子激光二极管450的正面452传输到SOA 460的输入端461。

在特定实施例中，在种子光440的两个连续时间部分之间的时间段期间，SOA 460可以被配置为光学吸收在SOA 460中传播的大部分种子光440。来自种子激光二极管450的种子光440可以耦合到SOA 460的波导463中。取决于提供给SOA 460的SOA电流I₂的量，种子光440可以在沿着波导463传播的同时被光学放大或光学吸收。如果SOA电流I₂超过克服SOA460的光学损耗的阈值增益值(例如，100mA)，则种子光440可以通过光子的受激发射被光学放大。否则，如果SOA电流I₂小于阈值增益值，则种子光440可能被光学吸收。种子光440的光学吸收过程可以包括种子光440的光子被位于SOA 460的半导体结构中的电子吸收。

在特定实施例中，SOA电流I₂可以包括由与光源110的脉冲周期τ相对应的时间段分隔的电流脉冲，并且每个电流脉冲可以导致光脉冲400的发射。例如，如果SOA电流I₂包括具有10-ns持续时间的20-A电流脉冲，则对于每个电流脉冲，可以放大种子光440的相应10-ns时间部分，导致光脉冲400的发射。在连续电流脉冲之间的时间段τ期间，SOA电流I₂可以设定为近似零或低于阈值增益值的某个其它值，并且在这些时间段期间SOA460中存在的种子光440可以被光学吸收。当SOA电流I₂为零时SOA 460的光学吸收可以大于或等于大约10分贝(dB)、15dB、20dB、25dB或30dB。例如，如果光学吸收大于或等于20dB，则耦合到波导463的输入端461中的小于或等于1％的种子光440可以从输出端462发射为不需要的泄漏光。使大部分种子光440在SOA 460中被吸收可以防止不需要的种子光440(例如，位于连续光脉冲400之间的种子光440)从SOA 460泄漏并传播通过激光雷达系统100的其余部分。此外，光学吸收不需要的种子光440可以允许种子激光器450以基本上恒定的电流I₁或基本上恒定的输出功率操作，使得种子光440和LO光430的波长稳定且基本上恒定。

在特定实施例中，SOA 460可以包括将来自电子驱动器480的SOA电流I₂传输到SOA460或从SOA 460传输SOA电流I₂的阳极和阴极。例如，SOA 460的阳极可以包括或可以电耦合到沉积在SOA 460的顶表面上的导电电极材料(例如，金)，并且阴极可以包括或可以电耦合到位于SOA 460的相对侧上的衬底。可替代地，SOA的阳极460可以包括或者可以电耦合到SOA460的衬底，并且阴极可以包括或者可以电耦合到SOA 460的顶表面上的电极。阳极和阴极可以电耦合到电子驱动器480，并且驱动器480可以提供正SOA电流I₂，该电流I₂从驱动器480流入阳极，通过SOA460，流出阴极，并且然后返回驱动器480。当将电流视为由电子流组成时，则可以将电子视为在相反方向中流动(例如，从驱动器480流入阴极，通过SOA 460，并且流出阳极，并且返回驱动器480)。

在特定实施例中，电子驱动器480可以在两个连续电流脉冲之间的时间段期间将SOA阳极电耦合到SOA阴极。例如，对于两个连续电流脉冲之间的大部分或全部时间段τ，电子驱动器480可以电耦合SOA 460的阳极和阴极。电耦合阳极和阴极可以包括将阳极直接电短路到阴极或通过特定电阻(例如，大约1Ω、10Ω或100Ω)耦合阳极和阴极。可替代地，将阳极和阴极电耦合可以包括向阳极和阴极施加反向偏压(例如，大约-1V、-5V或-10V)，其中反向偏压具有与施加的电流脉冲相关联的正向偏压极性相反的极性。通过将阳极电耦合到阴极，可以增加SOA的光学吸收。例如，当阳极和阴极电耦合时，SOA 460的光学吸收可以增加(与阳极和阴极没有电耦合相比)大约3dB、5dB、10dB、15dB或20dB。当阳极和阴极电耦合时，SOA 460的光学吸收可以大于或等于大约20dB、25dB、30dB、35dB或40dB。例如，当SOA电流I₂为零并且阳极和阴极没有电耦合时，SOA 460的光学吸收可以是20dB。当阳极和阴极电短路在一起时，光学吸收可增加10dB到30dB。如果SOA 460的光学吸收大于或等于30dB，则耦合到波导463的输入端461中的小于或等于0.1％的种子光440可以从输出端462发射作为不需要的泄漏光。

图10示出具有分光器470的示例光源110，该分光器470将来自种子激光二极管450的输出光472分光以产生种子光440和本地振荡器(LO)光430。在特定实施例中，光源110可以包括(i)具有正面452的种子激光二极管450，种子激光器输出光472从该正面452发射，以及(ii)分光器470，其将输出光472分光以产生种子光440和LO光430。在图10中，由种子激光二极管450发射的输出光472是自由空间光束，并且分光器470是产生自由空间光束(种子光440和LO光430)的自由空间分光器。在图8和图9的示例中，从种子激光二极管450的背面451发射的光用于产生LO光430。相比之下，在图10的示例中，种子光440和LO光430二者从由种子激光二极管450的正面452发射的输出光472产生。种子光440通过分光器470传输并被引导到SOA 460，并且LO光430被分光器470反射并被引导到激光雷达系统100的接收器140。光源110可以包括一个或多个透镜(图10中未示出)，该透镜将种子激光器输出光472准直或将种子光440聚焦到SOA 460的波导463中。

图10中的分光器470是接收种子激光器输出光472作为自由空间光束并产生两个自由空间光束(种子光440和LO光430)的自由空间分光器。在图10中，自由空间分光器470反射入射种子激光器输出光472的第一部分以产生LO光430并透射输出光472的第二部分以产生种子光440。可替代地，分光器470可以被布置成反射输出光472的一部分以产生种子光440并且透射输出光472的一部分以产生LO光430。图10中的自由空间分光器470可具有小于或等于1％、2％、5％、10％、20％、50％或任何其它合适的反射率值的反射率。例如，分光器470可以反射10％或更少的入射种子激光器输出光472以产生LO光430，并且剩余的90％或更多的输出光472可以透射通过分光器470以产生种子光440。作为另一示例，如果输出光472具有25mW的平均功率并且分光器470反射大约4％的输出光472，则LO光430可以具有大约1mW的平均功率，并且种子光440可以具有大约24mW的平均功率。如本文所使用的，分光器470可以指自由空间分光器、光纤分光器或光波导分光器。此外，光波导分光器可以称为集成分光器。

在特定实施例中，光源110可以包括光纤分光器470，该光纤分光器470将种子激光器输出光472分光以产生种子光440和LO光430。代替使用自由空间分光器470(如图10中所示)，光源110可以使用光纤分光器470。光纤分光器470可以包括一根输入光纤和两根或更多根输出光纤，并且耦合到输入光纤中的光可以在输出光纤之间分光。输出光472可以从种子激光二极管450的正面452耦合到光纤分光器470的输入光纤中，并且光纤分光器470可以将输出光472分成种子光440和LO光430。可以使用一个或多个透镜将输出光472耦合到输入光纤中，或者可以将输出光472直接耦合到输入光纤中(例如，输入光纤可以对接耦合到种子激光二极管450的正面452)。种子光440可以由第一输出光纤引导到SOA460，并且LO光430可以由第二输出光纤引导到接收器140。种子光440可以由一个或多个透镜从第一输出光纤耦合到SOA 460的波导463中，或者种子光440可以直接耦合到波导463中(例如，第一输出光纤可以对接耦合到SOA 460的输入端461)。光纤分光器470可以分出小于或等于1％、2％、5％、10％、20％、50％或任何其它合适量的输出光472以产生LO光430，并且剩余的光可以形成种子光440。例如，光纤分光器470可以分出10％或更少的输出光472以产生被引导到一根输出光纤的LO光430。剩余的90％或更多的输出光472可以作为种子光440被引导到另一个输出光纤。

图11示出具有包括光波导分光器470的光子集成电路(PIC)455的示例光源110。在特定实施例中，光源110可以包括分光器470和PIC455，其中分光器470是PIC的光波导分光器。PIC 455(其可称为平面光波电路(PLC)、集成光学设备、集成光电设备或硅光具座)可包括一个或多个光波导或一起集成到单个设备中的一个或多个光波导设备(例如，光波导分光器470)。PIC 455可以包括或可以由包括硅、InP、玻璃(例如，二氧化硅)、聚合物、电光材料(例如，铌酸锂(LiNbO₃)或钽酸锂(LiTaO₃))或其任何合适的组合的衬底制成。一个或多个光波导可以使用微制造技术(诸如例如光刻、沉积或蚀刻)在PIC衬底上或之中形成。例如，可以通过沉积和选择性蚀刻材料以在衬底上形成脊或通道波导，在玻璃或硅衬底上形成光波导。作为另一示例，光波导可以通过将材料注入或扩散到衬底中(例如，通过将钛扩散到LiNbO₃衬底中)以在衬底中形成具有比周围衬底材料更高的折射率的区域来形成。

在特定实施例中，光波导分光器470可以包括输入端口和两个或更多个输出端口。在图11中，来自种子激光二极管450的种子激光器输出光472耦合到波导分光器470的输入光波导(输入端口)中，并且波导分光器470在两个输出波导(输出端口1和输出端口2)之间将输出光472分光。种子激光器输出光472可以使用一个或多个透镜从种子激光二极管450的正面452耦合到分光器470的输入端口，或者种子激光二极管450可以对接耦合到输入端口，使得输出光472直接耦合到输入端口。种子光440由通过分光器470发送到输出端口1的输出光472的一部分形成，并且LO光430由通过分光器470发送到输出端口2的输出光472的一部分形成。波导分光器470将种子光440引导到输出端口1，该输出端口1耦合到SOA 460的波导463。另外，波导分光器470将LO光430引导到输出端口2，该输出端口2向接收器140发送LO光430。光波导分光器470可以分出小于或等于1％、2％、5％、10％、20％、50％或任何其它合适量的输出光472以产生LO光430，并且剩余的光可以形成种子光440。例如，光波导分光器470可以向输出端口2发送10％或更少的输出光472以产生LO光430，并且剩余的90％或更多的输出光472可以被发送到输出端口1以产生种子光440。

在特定实施例中，光源110可包括与PIC 455组合的一个或多个分立光学设备。分立光学设备(其可包括种子激光二极管450、SOA 460、一个或多个透镜或一个或多个光纤)可以被配置为将光耦合到PIC 455或接收从PIC 455发射的光。在图11的示例中，光源110包括PIC 455、种子激光二极管450和SOA 460。种子激光二极管450和SOA 460可以各自附接或结合到PIC 455，或者种子激光二极管450、SOA 460和PIC 455可以附接到公共衬底。例如，种子激光二极管450的正面452可以结合到PIC 455的输入端口，使得输出光472直接耦合到输入端口。作为另一示例，SOA 460的输入端461可以结合到PIC 455的输出端口1，使得种子光440直接耦合到SOA 460的波导463中。作为另一示例，光源110可以包括附接到或定位在输出端口2附近的透镜(图11中未示出)，并且透镜可以收集和准直LO光430。作为另一示例，光源110可以包括附接到或定位在输出端口2附近的光纤(未在图11中示出)，并且LO光430可以耦合到光纤中，该光纤将LO光430引导到接收器140。

图12示出包括种子激光二极管450a和本地振荡器(LO)激光二极管450b的示例光源110。在特定实施例中，光源110的种子激光器可以包括产生种子光440的种子激光二极管450a和产生LO光430的LO激光二极管450b。代替具有产生种子光440和LO光430二者的一个激光二极管(例如，如图8-11中所示)，光源110可以包括两个激光二极管，一个用于产生种子光440，并且另一个用于产生LO光430。具有两个激光二极管的光源110可以不包括分光器470。相反，由种子激光二极管450a发射的种子光440可以耦合到SOA 460，并且由LO激光二极管450b发射的LO光430可以被发送到接收器140。例如，种子激光二极管450a可以对接耦合到SOA 460的输入端461，并且来自LO激光二极管450b的LO光430可以耦合到光纤中，该光纤可以将LO光430引导到接收器140。

在特定实施例中，种子激光二极管450a和LO激光二极管450b可以被操作使得种子光440和LO光430具有特定的频率偏移。例如，种子光440和LO光430可以具有大约0Hz、1kHz、1MHz、100MHz、1GHz、2GHz、5GHz、10GHz、20GHz或任何其它合适的频率偏移的光学频率偏移。光学频率f(其可称为频率或载波频率)和波长λ可以通过表达式λ·f＝c相关。例如，具有1550nm波长的种子光440对应于具有大约193.4THz的光学频率的种子光440。在本文的一些情况下，当提及光的光学特性时，术语波长和频率可以互换使用。例如，具有基本上恒定光学频率的LO光430可以等效于具有基本上恒定波长的LO光430。作为另一示例，具有与种子光440大致相同波长的LO光430也可以称为具有与种子光440大致相同频率的LO光430。作为另一示例，具有距种子光440特定波长偏移的LO光430也可称为具有距种子光440的特定频率偏移的LO光430。光学频率偏移(Δf)和波长偏移(Δλ)可以通过表达式Δf/f＝-Δλ/λ相关。例如，对于具有1550-nm波长的种子光440，具有距种子光440+10-GHz频率偏移的LO光430对应于具有距种子光440的1550-nm波长(例如，大约1549.92nm的LO光430的波长)大约-0.08-nm的波长偏移的LO光430。

在特定实施例中，种子激光二极管450a或LO激光二极管450b可以是频率锁定的，使得它们发射具有基本上固定波长的光，或者使得在种子光440和LO光430之间存在基本上固定的频率偏移。频率锁定激光二极管可以包括使用例如外部光学腔、原子光学吸收线或注入激光二极管的光将由激光二极管发射的光的波长锁定到稳定的频率参考。例如，种子激光二极管450a可以被频率锁定(例如，使用外部光学腔)，并且来自种子激光二极管450a的一些光可以注入到LO激光二极管450b中以频率锁定LO激光二极管450到与种子激光二极管450a大致相同的波长。作为另一示例，种子激光二极管450a和LO激光二极管450b可以各自被单独频率锁定，使得两个激光二极管具有特定的频率偏移(例如，大约2GHz的频率偏移)。

图13示出包括种子激光器450、半导体光放大器(SOA)460和光纤放大器500的示例光源110。在特定实施例中，除了种子激光器450和脉冲光放大器460之外，光源110还可以包括放大由脉冲光放大器460产生的光脉冲400a的光纤放大器500。在图13中，SOA 460可以放大来自种子激光器450的种子光440的时间部分以产生光脉冲400a，并且光纤放大器500可以放大来自SOA 460的光脉冲400a以产生放大的光脉冲400b。放大的光脉冲400b可以是被发送到扫描器120并跨越激光雷达系统100的能视域扫描的自由空间输出光束125的一部分。

SOA 460和光纤放大器500可各自具有10dB、15dB、20dB、25dB、30dB、35dB、40dB的光功率增益或任何其它合适的光功率增益。在图13的示例中，SOA 460可以具有30dB的增益，并且光纤放大器500可以具有20dB的增益，这对应于50dB的总增益。具有5pJ能量的种子光440的时间部分可以被SOA 460放大(具有30dB的增益)以产生具有大约5nJ能量的光脉冲400a。光纤放大器500可以将5-nJ光脉冲400a放大20dB，以产生具有大约0.5μJ能量的输出光脉冲400b。图13中的种子激光器450产生种子光440和LO光430。种子光440可以从种子激光二极管450的正面452发射，并且LO光430可以从种子激光二极管450的背面451发射。可替代地，光源110可以包括分光器470，该分光器470将种子激光器输出光472分光以产生种子光440和LO光430。

图14示出示例光纤放大器500。在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可以包括光纤放大器500，该光纤放大器500放大由SOA 460产生的光脉冲400a以产生具有放大的光脉冲400b的输出光束125。光纤放大器500可以由产生准直的自由空间输出光束125的透镜(例如，输出准直器570)终止，该准直的自由空间输出光束125可以被引导到扫描器120。在特定实施例中，光纤放大器500可以包括一个或多个泵浦激光器510、一个或多个泵浦WDM 520、一个或多个光学增益光纤501、一个或多个光学隔离器530、一个或多个耦合器540、一个或多个检测器550、一个或多个滤光器560或一个或多个输出准直器570。

光纤放大器500可以包括由一个或多个泵浦激光器510光学泵浦(例如，提供能量)的光学增益光纤501。光学泵浦增益光纤501可以向传播通过增益光纤501时的每个输入光脉冲400a提供光学增益。泵浦激光器光可以在与光脉冲400a相同的方向(同向传播)中或在相反方向(反向传播)中行进通过增益光纤501。图14中的光纤放大器500包括在放大器500的输入侧的一个同向传播的泵浦激光器510和在输出侧的一个反向传播的泵浦激光器510。泵浦激光器510可以产生任何合适波长处的光以向增益光纤501的增益材料提供光激发(例如，大约808nm、810nm、915nm、940nm、960nm、976nm或980nm的波长)。泵浦激光器510可以作为CW光源操作并且可以产生任何合适量的平均光学泵浦功率，诸如例如大约1W、2W、5W、10W或20W的泵浦功率。来自泵浦激光器510的泵浦激光器光可以经由泵浦波分复用器(WDM)520耦合到增益光纤501中。泵浦WDM 520可以用于组合或分离泵浦光和由增益光纤501放大的光脉冲400a。

增益光纤501的光纤芯可以掺有吸收泵浦激光器光并且在光脉冲400a沿着增益光纤501传播时向光脉冲400a提供光学增益的增益材料。增益材料可以包括稀土离子，诸如例如铒(Er³⁺)、镱(Yb³⁺)、钕(Nd³⁺)、镨(Pr³⁺)、钬(Ho³⁺)、铥(Tm³⁺)、镝(Dy³⁺)或任何其它合适的稀土元素，或其任何合适的组合。例如，增益光纤501可以包括掺有铒离子或掺有铒和镱离子的组合的纤芯。稀土掺杂剂吸收泵浦激光器光并被“泵浦”或促进进入激发态，该激发态通过光子的受激发射向光脉冲400a提供放大。处于激发态的稀土离子也可以通过自发发射发射光子，导致增益光纤501产生放大的自发发射(ASE)光。

增益光纤501可以包括单包层或多包层光纤，其具有大约6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、12μm、20μm、25μm的纤芯直径或任何其它合适的纤芯直径。单包层增益光纤501可以包括由包层材料包围的纤芯，并且泵浦光和光脉冲400a二者可以基本上在增益光纤501的纤芯内传播。多包层增益光纤501可以包括纤芯、围绕纤芯的内包层、以及围绕内包层的一个或多个附加包层。光脉冲400a可以基本上在纤芯内传播，而泵浦光可以基本上在内包层和纤芯内传播。放大器500中的增益光纤501的长度可以是大约0.5m、1m、2m、4m、6m、10m、20m或任何其它合适的增益光纤长度。

光纤放大器500可包括位于放大器500的输入侧或输出侧的一个或多个滤光器560。滤光器560(其可包括吸收滤波器、二向色滤波器、长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器、陷波滤波器、布拉格光栅或光纤布拉格光栅)可以在特定的光学通带上透射光并基本上阻挡通带外的光。图14中的滤光器560位于放大器500的输出侧并且可以减少伴随输出光脉冲400b的来自增益光纤501的ASE的量。例如，滤波器560可以透射光脉冲400a的波长(例如，1550nm)处的光，并且可以衰减远离以1550nm为中心的5nm通带的波长处的光。

光纤放大器500可以包括一个或多个光学隔离器530。隔离器530可以减少或衰减反向传播光，这可使种子激光二极管450、SOA 460、泵浦激光器510或增益光纤501不稳定或造成损坏。图14中的隔离器530可以允许光在隔离器中绘制的箭头的方向中通过并且阻挡在相反方向中传播的光。反向传播光可以从来自增益光纤501的ASE光、来自泵浦激光器510的反向传播的泵浦光或者来自光纤放大器500的一个或多个光学接口的光反射产生。光学隔离器530可以通过阻挡大部分反向传播光(例如，通过将反向传播光衰减大于或等于5dB、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB或任何其它合适的衰减值)来防止与反向传播光相关联的不稳定或损坏。

光纤放大器500可以包括一个或多个耦合器540和一个或多个检测器550。耦合器540可以分出一部分光(例如，由耦合器540接收到的光的大约0.1％、0.5％、1％、2％或5％)并将分出部分引导到检测器550。在图14中，每个耦合器540可以分离并向检测器550发送每个光脉冲(400a或400b)的大约1％。一个或多个检测器550可以用于监视光纤放大器500的性能或健康状况。如果来自检测器550的电信号下降低于特定阈值水平，则控制器150可以确定放大器500存在问题(例如，输入光脉冲400a中光功率可能不足或泵浦激光器510可能故障)。响应于确定放大器500存在问题，控制器150可以关闭或禁用放大器500，关闭或禁用激光雷达系统100，或者发送激光雷达系统100需要维修或修理的通知。

在特定实施例中，光纤放大器500可以包括输入光纤，该输入光纤被配置为接收来自SOA 460的输入光脉冲400a。输入光纤可以是光纤放大器500的部件之一，或者可以耦合或接合到光纤放大器500的部件之一。例如，光脉冲400a可以耦合到光纤中，该光纤与位于放大器500输入端处的隔离器530的输入光纤接合。作为另一示例，来自SOA 460的光脉冲400a可以是使用一个或多个透镜耦合到光纤放大器500的输入光纤中的自由空间光束的一部分。作为另一示例，光纤放大器500的输入光纤可以定位在SOA 460的输出端462处或附近，使得光脉冲400a直接从SOA 460耦合到输入光纤中。

在特定实施例中，光纤放大器500的光学部件可以是自由空间部件、光纤耦合部件或自由空间和光纤耦合部件的组合。作为示例，图14中的每个光学部件可以是自由空间光学部件或光纤耦合光学部件。作为另一示例，输入光脉冲400a可以是自由空间光束的一部分，并且位于放大器500的输入侧的隔离器530、耦合器540和泵浦WDM 520可以各自是自由空间光学部件。另外，来自输入侧的泵浦激光器510的光可以是自由空间光束，该自由空间光束通过输入侧的泵浦WDM 520与输入光脉冲400a组合，并且组合的泵浦种子光可以形成经由一个或多个透镜耦合到增益光纤501中的自由空间光束。

图15示出种子电流(I₁)、LO光430、种子光440、脉冲SOA电流(I₂)和发射的光脉冲400的示例曲线图。图15中的参数中的每一个参数(I₁、LO光430、种子光440、I₂和发射的光脉冲400)随时间绘制。种子电流I₁的曲线图对应于提供给种子激光二极管450的基本上恒定的DC电流。基于DC电流I₁，由种子激光二极管450产生的LO光430和种子光440可以各自包括CW光或具有基本上恒定的光功率的光，如图15中的LO光430和种子光440的曲线图所示。例如，LO光430可以具有大约1μW、10μW、100μW、1mW、10mW、20mW、50mW或任何其它合适的平均光功率的基本上恒定的平均光功率。作为另一示例，种子光440可以具有大约1mW、10mW、20mW、50mW、100mW、200mW或任何其它合适的平均光功率的基本上恒定的平均光功率。作为另一示例，LO光430可以具有大约10μW的基本上恒定的光功率，并且种子光440可以具有大约100mW的基本上恒定的光功率。具有基本上恒定光功率的LO光430或种子光440可对应于在特定时间间隔(例如，大于或等于脉冲周期τ、相干时间Tc或时间间隔t_b–t_a的时间间隔)内基本上恒定的光功率。例如，LO光430的功率可以在大于或等于脉冲周期τ的时间间隔内变化小于±1％。

在特定实施例中，CW光可以指在特定时间间隔内(例如，在脉冲周期τ内、在相干时间Tc内或在时间间隔t_b–t_a内)具有基本上固定或稳定的光学频率或波长的光。具有基本上固定或稳定光学频率的光可以指具有在小于或等于±0.1％、±0.01％、±0.001％、±0.0001％、±0.00001％、±0.000001％的特定时间间隔内的光学频率变化或任何其它合适的变化的光。例如，如果具有1550-nm波长(其对应于大约193.4THz的光学频率)的LO光430在特定时间间隔内具有小于或等于±0.000001％的频率变化，则LO光430的频率在时间间隔内可能变化小于或等于大约±1.94MHz。

在特定实施例中，可以至少部分基于接收器140的饱和值将LO光430的平均光功率设定为特定值。例如，种子激光器450可以被配置为发射具有小于接收器140的饱和值(例如，小于接收器140的检测器340或放大器350的饱和值)的平均光功率的LO光430。如果接收器140接收到超过检测器340的光功率饱和值的输入光信号(例如，组合光束422)，则检测器340可以饱和或产生与输入光信号不同或失真的光电流i。检测器340可以用大约0.1mW、0.5mW、1mW、5mW、10mW、20mW或100mW的输入光功率饱和。如果接收器140的放大器350接收超过电流饱和值的输入光电流i，则放大器350可以饱和或产生与光电流信号i不同或失真的电压信号360。为了防止检测器340或放大器350饱和，输入光束135或LO光430的光功率可以选择为低于接收器140的饱和功率。例如，检测器340可以用10mW的输入光功率饱和，并且为了防止检测器340饱和，组合光束422的光功率可以限制为小于10mW。在特定实施例中，可以向LO光430的平均功率施加限制以防止饱和。例如，检测器340可以以1mW的平均光功率饱和，并且为了防止检测器340饱和，发送到检测器340的LO光430的平均光功率可以被配置为小于1mW。作为另一示例，LO光430的平均光功率可以设定为1μW和100μW之间的值，以防止检测器340中的饱和效应。

在特定实施例中，LO光430的平均光功率可以通过调节或设定如下来配置：(i)提供给种子激光二极管450的种子电流I₁的量，(ii)种子激光二极管450的背面451的反射率，(iii)自由空间分光器470的反射率，或(iv)被光纤或光波导分光器470分出的光量。在图8或图9的示例中，种子电流I₁和种子激光二极管450的背面451的反射率可以被配置为使得LO光430的平均光功率被设定为特定值(例如，10μW和100μW之间的值)。在图10的示例中，种子电流I₁和分光器470的反射率可以被配置为使得LO光430的平均光功率被设定为特定值(例如，低于10mW的值)。在图11的示例中，提供给种子激光二极管450的种子电流和由光波导分光器470分出到输出端口2的光量可以被配置为使得LO光430的平均光功率被设定为特定值(例如，低于1mW的值)。

在图15中，种子光440的阴影区域441对应于由SOA 460放大的种子光440的时间部分。SOA电流I₂包括电流脉冲，并且每个电流脉冲可以使SOA 460放大种子光440的相应时间部分441以产生发射的光脉冲400。种子光440的时间部分441可以指位于特定时间间隔中的种子光440的一部分，电流脉冲I₂在该时间间隔内被施加到SOA 460。例如，位于图15中时间t_a和t_b之间的时间间隔的种子光440的部分对应于种子光440的一个时间部分441。时间t_a和t_b之间的SOA电流的相应脉冲导致时间部分441的放大和光脉冲400的发射。时间部分441的持续时间(例如，如由t_b-t_a表示)或SOA电流脉冲的持续时间可以是大约0.5ns、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns或任何其它合适的持续时间。

图15中的每个发射的光脉冲400可以包括由SOA 460放大的种子光440的时间部分441，并且在SOA电流I₂的连续脉冲之间的时间段期间，种子光440可以基本上被SOA 460吸收。发射的光脉冲400是输出光束125的一部分并且具有Δτ的脉冲持续时间和τ的脉冲周期。例如，发射的光脉冲400可以具有大约100ns、200ns、500ns、1μs、2μs、5μs、10μs或任何其它合适的脉冲周期的脉冲周期。作为另一示例，发射的光脉冲400可以具有1-10ns的脉冲持续时间和0.5-2.0μs的脉冲周期。在特定实施例中，当电流脉冲施加到SOA 460时，可能存在时间延迟，直到SOA 460的光学增益建立起来以超过SOA 460的光学损耗。结果，发射的光脉冲400的脉冲持续时间Δτ可以小于或等于SOA电流I₂的相应脉冲的持续时间。例如，持续时间为8ns的SOA电流脉冲可以产生持续时间为6ns的发射的光脉冲400。在图15的示例中，发射的光脉冲400可以具有大约5ns的持续时间，并且SOA电流脉冲可以具有大约5ns到10ns的持续时间(例如，如由t_b-t_a表示)。

图16示出种子光440、发射的光脉冲400、接收的光脉冲410、LO光430和检测器光电流i的示例曲线图。图15中的参数(种子光440、发射的光脉冲400、接收的光脉冲410、LO光430和光电流i)中的每一个参数都随时间绘制。种子光440可以包括CW光或具有基本上恒定的光功率的光，并且种子光440的时间部分441可以被SOA 460放大以产生发射的光脉冲400。发射的光脉冲400是输出光束125的一部分，并且接收的光脉冲410是输入光束135的一部分。在光脉冲400发射之后的时间间隔ΔT被接收的接收的光脉冲410可以包括来自由目标130散射的发射的光脉冲400的光。从激光雷达系统100到目标130的距离D可以通过表达式D＝c·ΔT/2来确定。

在特定实施例中，接收的光脉冲410和LO光430可以在接收器140的一个或多个检测器340处组合和相干混合在一起。每个检测器340可以产生与接收的光脉冲410和LO光430的相干混合相对应的光电流信号i。在图16中，接收的光脉冲410与LO光430的时间部分431相干混合以产生检测器光电流i的相应脉冲。LO光430的时间部分431可以指与接收的光脉冲410一致的LO光430的部分。在图16中，时间部分431和接收的光脉冲410各自位于时间t_c和t_d之间的时间间隔中。光脉冲410和时间部分431的相干混合可以发生在接收器140的检测器340处，并且检测器340可以响应于相干混合产生检测器光电流i的脉冲。两个光信号(例如，接收的光脉冲410和LO光430)的相干混合可以称为光混合、混合、光干涉、相干组合、相干检测、零差检测或外差检测。

在特定实施例中，当彼此相干的两个光信号被光学组合并然后由检测器340检测时，可能发生相干混合。如果两个光信号可以相干混合在一起，则该两个光信号可以称为彼此相干。彼此相干的两个光信号可以包括两个光信号(i)具有大致相同的光学频率，(ii)具有特定的光学频率偏移(Δf)，或(iii)在特定时间段内各自具有基本上固定或稳定的光学频率。例如，图16中的种子光440和LO光430可以彼此相干，因为它们可以具有大致相同的光学频率，或者它们的频率中的每个频率可以在大致等于相干时间T_c的时间段内基本上固定。作为另一示例，图16中的发射的光脉冲400和LO光430的时间部分431可以彼此相干。并且由于接收的光脉冲410可以包括发射的光脉冲400的一部分，所以接收的光脉冲410和时间部分431也可以彼此相干。

在特定实施例中，如果两个光信号各自在特定时间段内具有稳定的频率，则该两个光信号可以(i)光学组合在一起，以及(ii)在检测器340处相干混合。光学组合两个光信号(例如，输入光束135和LO光430)可以指组合两个光信号，使得它们相应的电场相加在一起。光学组合两个光信号可以包括重叠两个光信号(例如，采用光学组合器420)，使得它们基本上同轴并且在相同方向中并且沿着大致相同的光路一起传播。另外，光学组合两个光信号可以包括重叠两个光信号，使得它们相应的偏振的至少一部分具有相同的定向。一旦两个光信号被光学组合，它们可以在检测器340处相干混合，并且检测器340可以产生与两个光信号的总电场相对应的光电流信号i。

在特定实施例中，种子光440的一部分可以与LO光430的一部分相干。例如，LO光430和种子光440可以在大约等于相干时间T_c的时间段内彼此相干。在图8-11中的每一个图中，LO光430和种子光440可以彼此相干，因为该两个光信号源自相同的种子激光二极管450。在图12中，LO光430和种子光440可以彼此相干，因为该两个光信号可以具有特定的频率偏移。在图16中，种子光440的时间部分441可以与LO光430的时间部分431相干。另外，时间部分441可以与在至少时间间隔ΔT或T_c(例如，从大约时间t_a到至少时间t_d)内延伸的LO光430的任何部分相干。相干时间T_c可以对应于种子激光二极管450发射的光相干的时间(例如，发射的光可以在T_c的时间间隔内具有基本上固定或稳定的频率)。相干长度L_c是来自种子激光二极管450的光相干的距离，并且相干时间和相干长度可以通过表达式L_c＝c·T_c相关。例如，种子激光二极管450可以具有大约500m的相干长度，这对应于大约1.67μs的相干时间。由种子激光二极管450发射的种子光440和LO光430可以具有大约1m、10m、50m、100m、300m、500m、1km的相干长度或任何其它合适的相干长度。类似地，种子光440和LO光430可以具有大约3ns、30ns、150ns、300ns、1μs、1.5μs、3μs的相干时间或任何其它合适的相干时间。

在特定实施例中，每个发射的光脉冲400可以与LO光430的相应部分相干。在图16中，LO光430的相应部分可以包括从大约时间t_a延伸到至少时间t_d的LO光430的任何部分(包括时间部分431)，并且发射的光脉冲400可以与从时间t_a到时间t_d的LO光430的任何部分相干。在图15中，每个发射的光脉冲400可以在从发射光脉冲400时直到发射脉冲之后的至少时间τ(脉冲周期)的时间段内与LO光430相干。类似地，在图8-11中的每一个图中，发射的光脉冲400可以在发射脉冲400之后与LO光430相干至少时间τ。在图13中，光纤放大器500可以保持光脉冲400a的相干性，并且发射的光脉冲400b可以在发射脉冲400b之后与LO光430相干至少时间τ。

在特定实施例中，每个发射的光脉冲400可以包括由SOA 460放大的种子光440的时间部分441，并且放大过程可以是保持时间部分441的相干性的相干放大过程。由于时间部分441可以与LO光430的相应部分相干，所以发射的光脉冲400也可以与LO光430的相同部分相干。与LO光430的相应部分相干的发射的光脉冲400可以对应于与LO光430的相应部分相干的时间部分441。在图16的示例中，时间部分441可以在至少时间间隔ΔT或T_c(例如，从大约时间t_a到至少时间t_d)内与LO光430相干。由于发射的光脉冲400可以与时间部分441相干，因此从大约时间t_a直到至少时间t_d，发射的光脉冲400也可以与LO光430的任何部分(包括时间部分431)相干。在从时间t_a直到至少时间t_d的时间段内与LO光430的任何部分相干的发射的光脉冲400指示发射的光脉冲400可以在同一时间段内与LO光430的任何部分(包括时间部分431)相干混合。接收的光脉冲410包括来自发射的光脉冲400的光(例如，来自被目标130散射的发射的光脉冲400的光)，并且因此接收的光脉冲410可以与发射的光脉冲400相干。基于此，接收的光脉冲410也可以在t_a到t_d时间段内与LO光430的任何部分相干混合。

在特定实施例中，与LO光430的相应部分相干的发射的光脉冲400可以对应于具有大于或等于2×R_OP的相干长度的LO光430，其中R_OP是激光雷达系统100的操作范围。大于或等于2×R_OP的相干长度L_c对应于大于或等于2×R_OP/c的相干时间T_c。由于量2×R_OP/c可以近似等于脉冲周期τ，所以大于或等于2×R_OP的相干长度L_c可以对应于大于或等于脉冲周期τ的相干时间T_c。LO光430和种子光440可以在相干时间T_c内彼此相干，该相干时间T_c对应于在相干时间T_c内与LO光430相干的图16中的时间部分441。类似地，包括由SOA 460放大的时间部分441的发射的光脉冲400可以在相干时间T_c内与LO光430相干。如果LO光430的相干长度大于或等于2×R_OP(或者，如果T_c大于或等于τ)，则从发射光脉冲400时的时间到发射脉冲后的至少时间τ，发射的光脉冲400可以与LO光430的任何部分(包括时间部分431)相干。这指示只要到目标130的距离D在激光雷达系统100的操作范围内(例如，D≤R_OP)，接收的光脉冲410(其包括来自从目标130散射的发射的光脉冲400的光)可以与LO光430相干混合。

在特定实施例中，每个发射的光脉冲400可以与LO光430的相应部分相干，并且LO光430的相应部分可以包括LO光430的时间部分431。时间部分431表示在接收的光脉冲410由接收器140检测到时的时间由接收器140检测到的LO光430的部分。在图16中，时间部分431与接收的光脉冲410一致，并且两个光信号都位于时间t_c和t_d之间。由于接收的光脉冲410包括来自发射的光脉冲400的散射光，所以接收的光脉冲410可以与LO光430的时间部分431相干。如图16中所示，接收的光脉冲410和时间部分431可以在接收器的检测器340处被相干混合在一起，并且相干混合可以导致检测器光电流i的脉冲。

在特定实施例中，接收的光脉冲410可以与LO光430的时间部分431相干。在图16中，相干混合在一起的接收的光脉冲410和时间部分431彼此相干。在特定实施例中，接收的光脉冲410和时间部分431的相干混合可能不需要与种子光440或LO光430相关联的相干时间T_c大于或等于脉冲周期τ。例如，即使相干时间小于ΔT或小于脉冲周期τ，接收的光脉冲410和时间部分431也可以相干混合。如果与种子光440或LO光430相关联的相干时间T_c大于或等于接收的光脉冲410的持续时间或时间部分431的持续时间，则可以发生相干混合。如果接收的光脉冲410和时间部分431在至少时间部分431的持续时间内各自具有基本上固定的频率，则接收的光脉冲410和时间部分431可以相干混合在一起。只要接收的光脉冲410和时间部分431在光脉冲410的持续时间或在时间部分431的持续时间内各自具有基本上稳定的光学频率，则该两个光信号可以相干混合在一起。在图16的示例中，接收的光脉冲410和时间部分431可以在时间部分431的持续时间内是相干的(例如，相干时间T_c可以大于或等于t_d-t_c)，并且它们的电场可以相干组合(例如，加在一起)和相干混合在一起。

图17示出由LO光430和接收的光脉冲410的相干混合产生的示例电压信号360。LO光430和接收的光脉冲410各自由示出相对光功率与光学频率的频域曲线图表示。LO光430具有f₀的中心光学频率和Δν₁的相对窄的光谱线宽。光脉冲410具有相同的中心频率f₀和Δν₂的更宽的光谱线宽。LO光430和光脉冲410在检测器340处的相干混合可以导致光电流i的脉冲，该光电流i由产生电压信号360的放大器350放大。上面的电压信号曲线图示出时域中的电压信号360并且包括持续时间为Δτ′的电压脉冲。电压脉冲的持续时间Δτ′可以大于相应发射的光脉冲400的持续时间Δτ。例如，发射的光脉冲410的持续时间可以在传播到目标130和从目标130传播时或由于来自目标130的散射的脉冲加宽效应而增加。另外或替代地，检测器340或放大器350的有限时间响应可导致具有比相应的发射的光脉冲400或接收的光脉冲410的持续时间更长的持续时间的电压脉冲。图17中的较低电压信号曲线图是电压信号360的频域曲线图，指示电压信号360具有Δν的电带宽。

光信号(例如，种子光440、LO光430或光脉冲410)的光谱线宽可称为线宽、光线宽、带宽或光带宽。光谱线宽或电带宽可以指在光谱的半功率点(其可以被称为3-dB点)处测量的光谱的近似宽度。光谱线宽或电带宽可以在特定时间段内指定，诸如例如在大约等于脉冲持续时间(例如，Δτ或t_b-t_a)、时间部分持续时间(例如，t_d–t_c)、脉冲周期τ、相干时间T_c的时间段或任何其它合适的时间段内。可以在大约1μs、10μs、100μs、1ms、10ms、100ms、1s、10s、100s的时间段或任何其它合适的时间段内指定光谱线宽或电带宽。例如，当在100-ms时间间隔内测量时，LO光430可以具有4MHz的光谱线宽Δν₁。光信号的光谱线宽可与光信号的光学频率的变化有关。例如，具有4MHz的光谱线宽Δν₁的LO光430可以对应于在100-ms时间间隔内具有大约±2MHz的频率变化的LO光430。

在特定实施例中，种子光440或LO光430可以具有小于大约50MHz、10MHz、5MHz、3MHz、1MHz、0.5MHz、100kHz或任何其它合适的光谱线宽值的光谱线宽Δν₁。在图17的示例中，图17中的LO光430可以具有大约3MHz的光谱线宽Δν₁，并且相应的种子光(图17中未示出)可以具有大致相同的光谱线宽。当种子光440的时间部分441被放大以产生发射的光脉冲400时，发射的光脉冲400的光谱线宽可以具有大于Δν₁的加宽线宽Δν₂。例如，发射的光脉冲400和相应的接收的光脉冲410可以各自具有大约10MHz、50MHz、100MHz、200MHz、300MHz、500MHz、1GHz、10GHz或任何其它合适线宽的光谱线宽Δν₂。作为另一示例，图17中的LO光430可以具有5MHz的光谱线宽Δν₁，并且图17中的接收的光脉冲410可以具有100MHz的光谱线宽Δν₂。作为另一示例，图17中的接收的光脉冲410可以具有大约3-6ns的持续时间Δτ和大约75-150MHz的光谱线宽Δν₂。

在特定实施例中，电压信号360的电带宽Δν可以大约等于相应的LO光430的线宽和接收的光脉冲410的线宽的数字组合。电带宽Δν可以大于线宽Δν₁和Δν₂二者。例如，电带宽Δν可以大约等于LO光430的线宽和接收的光脉冲410的线宽之和(例如，

)。作为另一示例，电带宽Δν可以大约等于/>

在图17中，LO光430可以具有大约3MHz的光谱线宽Δν₁，并且接收的光脉冲410可以具有大约150MHz的光谱线宽Δν₂。电压信号360的电带宽Δν可以大约等于两个线宽之和，或153MHz。

在特定实施例中，检测器340响应于LO光430和接收的光脉冲410的相干混合而产生的光电流信号i可以表达为i(t)＝k|ε_Rx(t)+ε_LO(t)|²，其中k是常数(例如，k可以说明检测器340的响应度以及其它常数参数或转换因子)。为了清楚起见，常数k或其它常数(例如，转换常数或2或4的因子)可以从本文与光电流i相关的表达式中排除。在i(t)的表达式中，ε_Rx(t)是接收的光脉冲410的电场，并且ε_LO(t)是LO光430的电场。接收的光脉冲410的电场可以表达为E_Rxcos[ω_Rxt+φ_Rx(t)]，其中E_Rx是接收的光脉冲410的电场幅度，其可以表达为E_Rx(t)，因为电场幅度可以随时间变化。类似地，LO光430的电场可以表达为E_LOcos[ω_LOt+φ_LO(t)]，其中E_LO是LO光430的电场幅度，其也可以表达为E_LO(t)。频率ω_Rx表示接收的光脉冲410的电场的光学频率，并且ω_LO表示LO光430的电场的光学频率。由ω表示的频率是径向频率(单位为弧度/s)并且通过表达式ω＝2πf与光学频率f(单位为周期/秒)相关。可表达为ω_Rx(t)或ω_LO(t)的频率ω_Rx和ω_LO中的每一个可随时间变化或可随时间基本上恒定。参数φ_Rx(t)表示接收的光脉冲410的电场相位，并且φ_LO(t)表示LO光430的电场相位。可表达为φ_Rx和φ_LO的相位φ_Rx(t)和φ_LO(t)中的每一个可随时间变化或可随时间基本上恒定。

上述光电流信号i的表达式可以扩展并写为

2E_RxE_LOcos[(ω_Rx-ω_LO)t+φ_Rx(t)-φ_LO(t)]。在该光电流信号的扩展表达式i(t)中，第一项/>

对应于接收的光脉冲410的功率，并且第二项/>

对应于LO光430的功率。如果接收的光脉冲410是脉冲宽度为Δτ的高斯脉冲，则第一项可以表达为/>

其中P_Rx是接收的光脉冲410的峰值功率。如果LO光430具有基本上恒定的光功率，则第二项可以表达为/>

其中P_LO是LO光430的平均功率。在特定实施例中，与LO光430和接收的光脉冲410的相干混合相对应的光电流信号i可以包括相干混合项。上述表达式2E_RxE_LOcos[(ω_Rx-ω_LO)t+φ_Rx(t)-φ_LO(t)]中的第三项可以称为相干混合项。如果接收的光脉冲410和LO光430具有大致相同的光学频率，则ω_Rx大约等于ω_LO，并且相干混合项可以表达为2E_RxE_LOcos[φ_Rx(t)-φ_LO(t)]。相干混合项表示接收的光脉冲410的电场和LO光430的电场之间的相干混合。相干混合项与如下成比例：(i)E_Rx，接收的光脉冲410的电场幅度，以及(ii)E_LO，LO光430的电场幅度。接收的光脉冲410的电场幅度可以是时间相关的(例如，对应于高斯或其它脉冲形状)，并且E_LO项可以基本上恒定，对应于基本上恒定的LO光430的光功率。

如本文所述的相干脉冲激光雷达系统100可以具有比传统的非相干脉冲激光雷达系统更高的灵敏度。例如，与传统的非相干脉冲激光雷达系统相比，相干脉冲激光雷达系统可以能够检测距离较远或具有较低反射率的目标130。在传统的非相干脉冲激光雷达系统中，接收的光脉冲可以由检测器直接检测，无需LO光，并且也无需相干混合。在传统的非相干脉冲激光雷达系统中产生的光电流信号可对应于上面讨论的

项，它表示接收的光脉冲的功率。/>

项的大小可以主要由到目标130的距离和目标130的反射率确定，并且除了提高发射的光脉冲400的能量之外，增加/>

项的大小可能不切实际或不可行。在如本文所讨论的相干脉冲激光雷达系统100中，检测到的信号包括与E_Rx和E_LO的乘积成比例的相干混合项，并且相干脉冲激光雷达系统100的改进的灵敏度可以来自相干混合项。虽然增加远距离或低反射率目标130的E_Rx幅度可能不切实际或不可行，但可以通过增加LO光430的功率来增加E_LO项的幅度。LO光430的功率可以设定为导致有效提高相干混合项的大小的水平，这导致激光雷达系统100的增加灵敏度。在传统的非相干脉冲激光雷达系统的情况下，感兴趣的信号取决于/>

即接收的光脉冲的功率。在相干脉冲激光雷达系统100中，取决于E_Rx和E_LO的乘积的感兴趣的信号可以通过增加LO光430的功率来增加。LO光430用于有效地提高相干混合项，这可以导致激光雷达系统100的改进的灵敏度。

图18示出包括组合器420和两个检测器(340a、340b)的示例接收器140。在特定实施例中，激光雷达系统100的接收器140可以包括光学组合器420，其(i)将LO光430与接收的光脉冲410(其是输入光束135的一部分)组合并且(ii)将组合光的第一部分422a引导到第一输出，并且将组合光的第二部分422b引导到第二输出。例如，组合器420可以是50-50自由空间分光器，其反射大约50％的入射光并透射大约50％的入射光。在图18中，组合光束422a被引导到检测器340a并且包括LO光430的透射部分和接收的光脉冲410的反射部分(例如，大约50％的入射LO光430和大约50％的接收的光脉冲410)。类似地，组合光束422b被引导到检测器340b并且包括LO光430的反射部分和接收的光脉冲410的透射部分。

在特定实施例中，激光雷达系统100的接收器140可以包括一个或多个检测器340，该检测器340被配置为产生与LO光430和接收的光脉冲410的相干混合相对应的一个或多个相应的光电流信号i。图18中的接收器140包括两个检测器340a和340b，并且每个检测器产生相应的光电流信号i_a和i_b。构成组合光束422a的LO光430和接收的光脉冲410的部分可以在检测器340a处相干混合以产生光电流信号i_a。类似地，构成组合光束422b的LO光430和接收的光脉冲410的部分可以在检测器340b处相干混合以产生光电流信号i_b。

在特定实施例中，检测器340a和340b中的每一个可以产生光电流信号，并且两个检测器340a和340b可以被配置为使得它们相应的光电流i_a和i_b被减去。例如，检测器340a的阳极可以电连接到检测器340b的阴极，并且从阳极-阴极连接中减去的光电流信号i_a-i_b可以被发送到放大器350。减去的光电流信号可以表达为i_a(t)-i_b(t)＝2E_RxE_LOcos[(ω_Rx-ω_LO)t+φ_Rx(t)-φ_LO(t)]，其对应于上述相干混合项。减去的光电流信号不包括项

和

通过减去两个光电流，在光电流信号i_a和i_b中的每一个中出现的共模项/>

和/>

(以及共模噪声)被去除，留下相干混合项，即感兴趣的量。因为减法可以去除共模噪声，所以减去的光电流信号与单独的光电流信号i_a和i_b中的每一个相比可以具有降低的噪声。如果频率ω_Rx和ω_LO大致相等，则相干混合项可以表达为2E_RxE_LOcos[φ_Rx(t)-φ_LO(t)]。

图19示出包括集成光学组合器420和两个检测器(340a、340b)的示例接收器140。图19中的集成光学组合器420的功能类似于图18中的自由空间光学组合器420，但是集成光学组合器420可以包括引导、组合或分离光(而不是使光作为自由空间光束传播)的光波导。集成光学组合器420可以是包括两个输入端口和两个输出端口的PIC的一部分。在图19中，一个输入端口接收输入光束135(其包括接收的光脉冲410)，而另一个输入端口接收LO光430。组合器420将输入光束135与LO光430组合并将组合光束422a引导到一个输出端口，并且将组合光束422b引导到另一个输出端口。组合光束422a被引导到检测器340a并且包括LO光430和接收的光脉冲410的部分(例如，大约50％的LO光430和大约50％的接收的光脉冲410)。组合光束422b被引导到检测器340b并且包括LO光430和接收的光脉冲410的其它部分。在图19中(如图18中)，来自检测器340a和340b中的每一个检测器的光电流被减去以产生可以被发送到放大器的减去的光电流信号i_a-i_b。图19中(如图18中)减去的光电流信号可以表达为i_a(t)-i_b(t)＝2E_RxE_LOcos[(ω_Rx-ω_LO)t+φ_Rx(t)-φ_LO(t)]。

在特定实施例中，接收器140可以包括一个或多个透镜。例如，图18中的接收器140可以包括一个或多个透镜(图18中未示出)，该透镜将组合光束422a聚焦到检测器340a上或者将组合光束422b聚焦到检测器340b上。作为另一示例，图19中的接收器140可以包括一个或多个透镜(图19中未示出)，该透镜将输入光束135或LO光430聚焦到组合器420的光波导中。作为另一示例，图19中的接收器140可以包括一个或多个透镜(图19中未示出)，该透镜将组合光束422a作为自由空间光束聚焦到检测器340a上，或者将组合光束422b作为自由空间光束聚焦到检测器340b上。可替代地，图19中的检测器340a和340b中的每一个检测器可以对接耦合或固定到组合器420的输出端口而无需中间透镜。例如，检测器340a和340b可以各自靠近组合器420的输出端口定位以直接接收相应的组合光束422a和422b。在图19中，组合光束422a和422b并非自由空间光束，而是主要是通过组合器420的波导传播并直接耦合到检测器340a和340b的受限光束，具有最小的自由空间传播(例如，小于1mm的自由空间传播)。

图20示出包括90度光混合器428和四个检测器(340a、340b、340c、340d)的示例接收器140。90度光混合器428是可包括两个输入端口和四个输出端口的光学组合器部件。在两个输入端口中的每一个输入端口处接收到的输入光在四个输出端口中的每一个输出端口之间组合和分离。在特定实施例中，接收器140可包括90度光混合器428，该90度光混合器428组合LO光430和输入光束135(其包括接收的光脉冲410)并产生四个组合光束(422a、422b、422c、422d)。组合光束中的每个组合光束可以包括LO光430的一部分和接收的光脉冲410的一部分，并且组合光束中的每个组合光束可以被引导到接收器140的四个检测器之一。在图20中，四个检测器中的每一个检测器可以产生对应于LO光430的一部分与接收的光脉冲410的一部分的相干混合的光电流信号。

在特定实施例中，90度光混合器428可以被配置为使得被引导到输出端口中的每个输出端口的组合光束可以具有大致相同的光功率或能量。例如，图20中的90度光混合器428可以将输入光束135分成四个大致相等的部分并将输入光束部分中的每个输入光束部分引导到检测器之一。类似地，LO光430可以分成被引导到四个检测器中的每一个检测器的四个大致相等的部分。在图20的示例中，被引导到检测器340a的组合光束422a可以包括大约四分之一的LO光430的功率和大约四分之一的接收的光脉冲410的能量。类似地，图20中的其它组合光束(422b、422c、422d)中的每一个也可以包括大约四分之一的LO光430和大约四分之一的接收的光脉冲410。

在特定实施例中，90度光混合器428可以实现为集成光学设备。图20中的90度光混合器428是包括两个集成分光器(470a、470b)和两个集成光学组合器(420a、420b)的集成光学设备。分光器470a可以将接收的光脉冲410分成具有基本上相等的脉冲能量的两个部分，第一部分被引导到组合器420a，并且第二部分被引导到组合器420b。类似地，分光器470b可以将LO光430分成具有基本上相等功率的两个部分，第一部分被引导到组合器420a，并且第二部分被引导到组合器420b。每个光学组合器可以将接收的光脉冲410的一部分与LO光430的一部分组合，并且组合的部分可以分成第一组合光束(例如，组合光束422a)和第二组合光束(例如，组合光束422b)。组合光束422a被引导到检测器340a并且包括LO光430和接收的光脉冲410的部分(例如，大约25％的LO光430和大约25％的接收的光脉冲410)。组合光束422b被引导到检测器340b并且可以包括大约25％的LO光430和大约25％的接收的光脉冲410。

在特定实施例中，90度光混合器428可实现为自由空间光学设备。例如，自由空间90度光混合器428可以包括分光器立方体，其接收输入光束135和LO光430作为自由空间光束并产生四个自由空间组合光束(422a、422b、422c、422d)。在特定实施例中，90度光混合器428可实现为光纤设备。例如，自由空间90度光混合器428可以包含在封装中，该封装具有将输入光束135和LO光430引导到封装中的两个输入光纤和接收四个相应组合光束并且将它们引导到四个相应的检测器的四个输出光纤。

在特定实施例中，90度光混合器428可以包括移相器429，该移相器429将90度相变(Δφ)赋予接收的光脉冲410的一部分或LO光430的一部分。例如，分光器470a可以将接收的光脉冲410分成两个部分，并且移相器429可以关于另一部分将90度的相变赋予光脉冲410的一个部分。作为另一示例，分光器470b可以将LO光430分成两个部分，并且移相器429可以关于另一部分将90度的相变赋予LO光430的一个部分。在图20中，分光器470b将LO光430分成两个部分，并且移相器429将90度的相变赋予引导到组合器420b的LO光430的一部分。引导到组合器420a的LO光430的另一部分不通过移相器429并且不接收来自移相器429的相移。90度相变也可以用弧度表达为π/2相变。相变可以称为相移。

在特定实施例中，移相器429可以实现为集成光学90度光混合器428的一部分。例如，移相器429可以实现为仅LO光430的一部分通过其传播的光波导的一部分。光波导的该部分可以是温度控制的，以调节波导部分的折射率并在LO光430的两个部分之间产生大约90度的相对相位延迟。另外或可替代地，90度光混合器428作为整体可进行温度控制以设定并保持90度相位延迟。作为另一示例，移相器429可以通过将外部电场施加到光波导的一部分以改变波导部分的折射率并产生90度相位延迟来实现。在特定实施例中，移相器429可以实现为自由空间或光纤耦合的90度光混合器428的一部分。例如，自由空间90度光混合器428中的输入和输出光束可以由光混合器428的光学表面反射或透射，使得关于LO光430的另一部分向LO光430的一个部分赋予90度的相对相移。

在图20中，来自检测器340a和340b的光电流被减去以产生减去的光电流信号i_a(t)-i_b(t)＝E_RxE_LOcos[(ω_Rx-ω_LO)t+φ_Rx(t)-φ_LO(t)]。如果ω_Rx和ω_LO大致相等，则减去的光电流信号i_a-i_b可以表达为E_RxE_LOcos[φ_Rx(t)-φ_LO(t)]。类似地，来自检测器340c和340d的光电流被减去以产生光电流信号i_c(t)-i_d(t)＝E_RxE_LOsin[(ω_Rx-ω_LO)t+φ_Rx(t)-φ_LO(t)]，如果两个频率大致相等，则可以表达为E_RxE_LOsin[φ_Rx(t)-φ_LO(t)]。减去的光电流信号中的每一个表示与接收的光脉冲410的一部分和LO光430的一部分的相干混合相对应的相干混合项。两个减去的光电流信号是相似的，除了i_a-i_b包括余弦函数，而i_c-i_d包括正弦函数。两个减去的光电流信号之间的该差是由移相器429提供的90度相移引起的。因为向引导到组合器420b的LO光430赋予了90度相移，所以减去的光电流信号i_c-i_d包括正弦函数(关于余弦函数具有90度的相位偏移)。

上述减去的光电流表达式中的相位项φ_Rx-φ_LO表示接收的光脉冲410和LO光430之间的相对相位偏移。如果相位项φ_Rx-φ_LO大约等于90°(模2π)，则减去的光电流信号i_a-i_b可以大约为零，并且减去的光电流信号i_c-i_d可以大约为E_Rx E_LO。相反，如果相位项φ_Rx-φ_LO大约等于0°(模2π)，则减去的光电流信号i_a-i_b可以大约为E_RxE_LO，并且减去的光电流信号i_c-i_d可以大约为零。因此，两个减去的光电流信号都基于接收的光脉冲410和LO光430之间的相对相位φ_Rx-φ_LO而变化。与输入光束135和LO光430之间的光路长度差相对应的相对相位φ_Rx-φ_LO可以在特定时间间隔内变化大于或等于π/8、π/4、π/2、π或2π(例如，至少部分地由于由温度变化或小的路径长度变化引起的光路长度中相对小的变化)。相对相位的该变化可导致减去的光电流信号中的每一个减去的光电流信号的显著的时间相关变化。

减去的光电流信号的变化可以通过处理或组合与两个减去的光电流信号相关联的信号以产生独立于相对相位差的输出电信号来解决。例如，与两个减去的信号相关联的电信号可以被平方并且然后相加在一起(例如，接收器140或控制器150可以产生与(i_a-i_b)²+(i_c-i_d)²相对应的输出电信号)。该平方和求和运算导致与

(或等效地，P_RxP_LO，其是接收的光脉冲410的功率和LO光430的功率的乘积)成比例但不取决于相对相位差φ_Rx-φ_LO的输出电信号。这样，可以获得与接收的光脉冲410的功率和LO光430的功率成比例但对相对相位差φ_Rx-φ_LO不敏感的输出电信号。在传统的非相干脉冲激光雷达系统中，输出信号可主要取决于接收的光脉冲的功率。由于相干脉冲激光雷达系统100中的输出电信号可取决于P_Rx和P_LO，因此可以通过针对LO光430选择合适的功率来(关于传统的非相干脉冲激光雷达系统)提高激光雷达系统100的灵敏度。

图21示出包括两个偏振分光器710的示例接收器140。在特定实施例中，接收器140可以包括将LO光430分成两个正交偏振分量(例如，水平和垂直)的LO光偏振分光器710。另外，接收器140可以包括输入光束偏振分光器710，其将输入光束135(其包括接收的光脉冲410)分成相同的两个正交偏振分量。在图21中，LO光偏振分光器(PBS)710将LO光430分成水平偏振LO光束430H和垂直偏振LO光束430V。类似地，输入光束PBS 710将输入光束135分成水平偏振输入光束135H和垂直偏振输入光束135V。水平偏振光束被引导到水平偏振接收器，而垂直偏振光束被引导到垂直偏振接收器。图21中所示的接收器140可称为偏振不敏感接收器，因为接收器140可以被配置为检测接收的光脉冲410而不管接收的光脉冲410的偏振如何。

在特定实施例中，如图21中所示的偏振不敏感的接收器140可以用自由空间部件、光纤部件、集成光学部件或它们的任何合适的组合来实现。例如，两个PBS 710可以是自由空间偏振分束立方体，并且输入光束135和LO光430可以是自由空间光束。作为另一示例，两个PBS 710可以是光纤部件，并且输入光束135和LO光430可以经由光纤(例如，单模光纤或偏振保持光纤)传送到PBS 710。此外，水平和垂直偏振光束可以经由偏振保持光纤传送到相应的H偏振和V偏振接收器。

在特定实施例中，接收器140可以包括水平偏振接收器和垂直偏振接收器。H偏振接收器可以组合水平偏振LO光束430H和水平偏振输入光束135H并且产生与两个水平偏振光束的相干混合相对应的一个或多个光电流信号。类似地，V偏振接收器可以组合垂直偏振LO光束430V和垂直偏振输入光束135V并产生与两个垂直偏振光束的相干混合相对应的一个或多个光电流信号。H偏振和V偏振接收器中的每一个可以包括(i)光学组合器420和两个检测器340(例如，如图18或19中所示)或(ii)90度光混合器428和四个检测器340(例如，如图20中所示)。H偏振和V偏振接收器可以各自保持相应水平和垂直偏振光束的偏振。例如，H偏振和V偏振接收器可以各自包括保持光束偏振的偏振保持光纤。另外或可替代地，H偏振和V偏振接收器可以各自包括具有光波导的PIC，该光波导被配置为保持光束的偏振。

输入光束135的偏振可以随时间变化或者可能不受激光雷达系统100控制。例如，接收的光脉冲410的偏振可以至少部分地取决于(i)光脉冲400从其散射的目标130的光学特性或(ii)光脉冲400在传播到目标130并返回激光雷达系统100时遇到的大气条件。然而，由于LO光430产生并包含在激光雷达系统100内，可以将LO光430的偏振设定为特定的偏振状态。例如，发送到LO光PBS 710的LO光430的偏振可以被配置为使得由PBS 710产生的LO光束430H和430V具有大致相同的功率。由种子激光器450产生的LO光430可以是线偏振的，并且半波片可以用于旋转LO光430的偏振，使得它关于LO光PBS 710以大约45度定向。LO光PBS710可以将45度偏振LO光430分成具有大致相同功率的水平和垂直分量。通过将LO光430的一部分提供给H偏振接收器和V偏振接收器二者，图21中的接收器140可以产生有效的非零输出电信号，而不管接收的光脉冲410的偏振如何。

LO光430和接收的光脉冲410的相干混合可能需要LO光430的电场和接收的光脉冲410的电场在大致相同的方向中定向。例如，如果LO光430和输入光束135二者都是垂直偏振的，则该两个光束可以在检测器340处光学组合在一起并相干混合。然而，如果两个光束是正交偏振的(例如，LO光430是垂直偏振的并且输入光束135是水平偏振的)，则该两个光束可能不会相干混合，因为它们的电场不在相同的方向中定向。入射在检测器340上的正交偏振光束可能不会相干混合，从而导致来自接收器140的输出信号很少或没有。为了减轻与偏振相关的信号变化的问题，激光雷达系统100可以包括(i)偏振不敏感接收器140(例如，如图21中所示)或(ii)光学偏振元件，以确保LO光430和输入光束135的至少一部分具有相同的偏振。

如图21中所示的偏振不敏感接收器140可以确保接收器140响应于接收的光脉冲410产生有效的非零输出电信号，而不管接收的光脉冲410的偏振如何。例如，来自H偏振和V偏振接收器的输出电信号可以加在一起，产生对接收的光脉冲410的偏振不敏感的组合输出信号。如果接收的光脉冲410是水平偏振的，则H偏振接收器可生成非零输出信号，并且V偏振接收器可生成很少的输出信号或不生成输出信号。类似地，如果接收的光脉冲410是垂直偏振的，则H偏振接收器可以生成很少的输出信号或不生成输出信号，并且V偏振接收器可以生成非零输出信号。如果接收的光脉冲410具有包括垂直分量和水平分量的偏振，则H偏振和V偏振接收器中的每一个可以生成与相应偏振分量相对应的非零输出信号。通过将来自H偏振和V偏振接收器的信号相加，接收器140都可以产生有效的非零输出电信号，而不管接收的光脉冲410的偏振如何。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括改变发射的光脉冲400、LO光430或接收的光脉冲410的偏振的光学偏振元件。光学偏振元件可以允许LO光430和接收的光脉冲410相干混合。例如，光学偏振元件可以改变LO光430的偏振，使得不管接收的光脉冲410的偏振如何，LO光430和接收的光脉冲410可以相干混合在一起。光学偏振元件可以确保接收的光脉冲410和LO光430的至少一部分具有在相同方向中定向的偏振。光学偏振元件可以包括一个或多个四分之一波片、一个或多个半波片、一个或多个光学偏振器、一个或多个光学去偏振器或其任何合适的组合。例如，光学偏振元件可以包括四分之一波片，该四分之一波片将发射的光脉冲400或接收的光脉冲410的偏振转换成基本上圆形或椭圆形的偏振。光学偏振元件可以包括自由空间光学部件、光纤部件、集成光学部件或其任何合适的组合。

在特定实施例中，光学偏振元件可以包括在接收器140中，作为将接收器配置为偏振不敏感接收器的替代方案。例如，不是产生水平偏振光束和垂直偏振光束并具有两个接收器通道(例如，H偏振接收器和V偏振接收器)，接收器140可以包括确保LO光430和接收的光脉冲410的至少一部分可以相干混合在一起的光学偏振元件。光学偏振元件可以包括在图18、19或20中所示的接收器140中的每一个接收器中，以允许接收器相干地混合LO光430和接收的光脉冲410，而不管接收的光脉冲410的偏振如何。

在特定实施例中，光学偏振元件(例如，四分之一波片)可以将LO光430的偏振转换成圆偏振光。例如，由种子激光器450产生的LO光430可以是线偏振的，并且四分之一波片可以将线偏振的LO光430转换成圆偏振光。圆偏振LO光430可以包括垂直和水平偏振分量二者。因此，不管接收的光脉冲410的偏振如何，圆偏振LO光430的至少一部分可以与接收的光脉冲410相干混合。在图18或19中所示的接收器140中，LO光430可以在通过组合器420之前通过四分之一波片发送。

在特定实施例中，光学偏振元件可以使LO光430的偏振去偏振。例如，由种子激光器450产生的LO光430可以是线偏振的，并且光学去偏振器可以将线偏振的LO光430转换成具有基本上随机或加扰的偏振的去偏振光。去偏振的LO光430可以包括两个或更多个不同的偏振，使得不管接收的光脉冲410的偏振如何，去偏振的LO光430的至少一部分可以与接收的光脉冲410相干混合。光学去偏振器可以包括Cornu去偏振器、Lyot去偏振器、楔形去偏振器或任何其它合适的去偏振器元件。在图20中所示的接收器140中，LO光430可以在通过90度光混合器428的分光器470b之前通过四分之一波片或去偏振器发送。

图22-25各自示出包括种子激光器450、半导体光放大器(SOA)460和一个或多个光调制器495的示例光源110。在特定实施例中，光源110可以包括相位或幅度调制器495，该相位或幅度调制器495被配置为改变种子光440、LO光430或发射的光脉冲400的频率、相位或幅度。光学相位或幅度调制器495可以包括电光调制器(EOM)、声光调制器(AOM)、电吸收调制器、液晶调制器或任何其它合适类型的光学相位或幅度调制器。例如，光调制器495可以包括改变种子光440或LO光430的频率或相位的电光相位调制器或AOM。作为另一示例，光调制器495可以包括改变种子光440或LO光430的幅度的电光幅度调制器、电吸收调制器或液晶调制器。光调制器495可以是自由空间调制器、光纤调制器(例如，具有光纤输入或输出端口)，或集成光调制器(例如，集成到PIC中的基于波导的调制器)。

在特定实施例中，光调制器495可以包括在种子激光二极管450或SOA 460中。例如，种子激光二极管450可包括波导部分，外部电流或电场可施加到该波导部分以改变波导部分的载流子密度或折射率，导致种子光440或LO光430的频率或相位上的变化。作为另一示例，种子光440或LO光430的频率、相位或幅度可以通过改变或调制种子电流I₁或SOA电流I₂来改变。在该情况下，种子激光二极管450或SOA 460可以不包括单独的或分立的调制器，而是调制功能可以分布在种子激光二极管450或SOA 460内。例如，种子光440或LO光430的光学频率可以通过改变种子电流I₁来改变。改变种子电流I₁可引起种子激光二极管450的折射率变化，这可导致由种子激光二极管450产生的光的光学频率上的变化。

在图22中，光源110包括位于种子激光器450和分光器470之间的调制器495。种子激光器输出光472通过调制器495，并且然后被分光器470分离以产生种子光440和LO光430。图22中的调制器495可以被配置为改变种子激光器输出光472的频率、相位或幅度。例如，调制器495可以是向种子激光器输出光472施加时变相移的相位调制器，这可导致种子激光器输出光472的频率变化。调制器495可以与发射的光脉冲400同步驱动，使得发射的光脉冲400和LO光430各自具有由调制器495赋予的不同的频率变化。

在图23中，光源110包括位于种子激光器450和SOA460之间的调制器495。图23中的调制器495可以被配置为改变种子光440的频率、相位或幅度。例如，由于LO光430不通过调制器495，因此调制器495可以改变种子光440的光学频率，使得它不同于LO光430的光学频率。在图24中，光源110包括位于LO光430的路径中的调制器495。图23中的调制器495可以被配置为改变LO光430的频率、相位或幅度。例如，由于种子光440不通过调制器495，因此调制器495可以改变LO光430的光学频率，使得它不同于种子光440的光学频率。在图23或图24中，种子光440和LO光430可以由分光器470产生，该分光器470将种子激光器输出光472分光以产生种子光440和LO光430。可替代地，在图23或图24中，种子光440可以从种子激光二极管的正面452发射，并且LO光430可以从种子激光二极管的背面451发射。

在图25中，光源110包括三个光调制器495a、495b和495c。在特定实施例中，光源110可以包括一个、两个、三个或任何其它合适数量的调制器495。调制器495a、495b和495c中的每一个可以被配置为改变种子激光器输出光472、种子光440或LO光430的频率、相位或幅度。例如，调制器495b可以是在通过SOA 460之前调制种子光440的幅度的幅度调制器。作为另一示例，调制器495b可以是改变种子光440的频率的相位调制器。作为另一示例，调制器495c可以是改变LO光430的频率的相位调制器。

图26示出具有包括相位调制器495的光子集成电路(PIC)455的示例光源110。图26中的布置对应于图23中的布置，其中位于种子激光器450和SOA 460之间的调制器495向种子光440施加调制。相位调制器495可用于改变行进通过调制器的光的光学频率。例如，光源110可以包括相位调制器495，该相位调制器495改变种子激光器输出光472、种子光440、LO光430或发射的光脉冲400的光学频率。相位调制器495可以包括调制器驱动电压V(t)可以施加到其上的电极496。位于电极496附近的PIC波导的部分可以包括电光材料(例如，铌酸锂)或半导体材料(例如，硅或InP)，当向材料施加电场时，该电光材料或半导体材料表现出折射率上的变化。来自施加的电压信号的电场可导致电极496附近的波导部分中的折射率变化，并且折射率变化可以向传播通过相位调制器495的光赋予相应的相移。如果施加时变调制器驱动电压信号V(t)，则赋予传播通过相位调制器495的光的相应时变相移可导致光的频率变化。

图26中示出的相位调制器495被配置为改变行进通过调制器的种子光440的光学频率。在图26中，传播通过相位调制器495的种子光440的光学频率f₀可以通过向电极496施加一个或多个特定时变电压信号来改变。例如，向电极496施加具有频率Δf(e.g.,V(t)＝V₀sin(2π·Δf·t))的正弦电压信号V(t)可以引起相应的正弦折射率变化，该正弦折射率变化导致种子光440在频率f₀±nΔf处的频率边带的生成，其中n为正整数。施加到电极496的其它电压信号(例如，线性电压斜坡、方波、锯齿波或三角波)可以导致其它频率变化，诸如例如，种子光440的频率f₀到光学频率f₀+Δf或f₀-Δf中的Δf的偏移。

在特定实施例中，光源110可以包括光学相位调制器495，该光学相位调制器495将种子光440或LO光430的光学频率改变Δf使得种子光440和LO光430具有Δf的频率偏移。频率偏移Δf可以是大约10MHz和大约50GHz之间的任何合适的频率偏移，诸如例如100MHz、500MHz、1GHz、2GHz或5GHz的频率偏移。光源110可以包括使种子光440的频率偏移的相位调制器495或使LO光430的频率偏移的相位调制器495。例如，光源110可以包括相位调制器495，该相位调制器495使LO光430的频率偏移1GHz，使得种子光440和LO光430具有1-GHz频率偏移。在图26中，种子激光器输出光472被分光器470分光以产生种子光440(其被发送到输出端口1)和LO光430(其被发送到输出端口2)。种子激光器输出光472和LO光430可以具有光学频率f₀。种子光440通过相位调制器495，并且相位调制器495可以将种子光440的光学频率偏移Δf至频率f₁，其中f₁＝f₀+Δf。在图26中，相位调制器495可以与提供给SOA 460的电流脉冲同步驱动，使得将特定的频率变化施加到发射的光脉冲400中的每一个。在连续发射的光脉冲400之间的时间段期间，当种子光440可以基本上被SOA 460吸收时，相位调制器495可以是不活动的或者可以不被特定电压信号驱动，并且频率变化可以不施加到种子光440。

图27示出由LO光430和接收的光脉冲410的相干混合产生的示例电压信号360，其中LO光430和接收的光脉冲410具有Δf的频率差。LO光430具有f₀的中心光学频率和Δν₁的相对窄的光谱线宽。接收的光脉冲410具有中心频率f₁和更宽的光谱线宽Δν₂，并且光脉冲410的频率关于LO光430的频率偏移Δf，使得f₁＝f₀+Δf。例如，种子光440可以通过相位调制器495发送，该相位调制器495将种子光的光学频率偏移Δf。放大种子光440的时间部分441的SOA 460可以基本上保持种子光440的光学频率。结果，发射的光脉冲400或相应的接收的光脉冲410也可以具有关于LO光430的Δf的大约相同的光学频率偏移。

LO光430和光脉冲410在检测器340处的相干混合可以导致光电流i的脉冲，该光电流i被放大器350放大，该放大器350产生图27中所示的电压信号360。上电压信号曲线图示出时域中的电压信号360，并包括持续时间为Δτ′的电压脉冲。电压脉冲(其对应于光电流i的脉冲)表现出周期性脉动，每个脉动间隔1/Δf的时间间隔。下电压信号曲线图是电压信号360的频域图，其指示电压信号360以Δf的频率为中心并且具有Δν的电带宽。以频率Δf为中心的电压信号360表明电压信号360具有大约为Δf的频率分量，其对应于具有时间间隔1/Δf的周期性时域脉动。电压信号360中的频率分量Δf源于接收的光脉冲410和LO光430之间的Δf的频率偏移。LO光430和接收的光脉冲410的相干混合可以导致具有可以表达为E_RxE_LOcos[2π·Δf·t+φ_Rx-φ_LO]的相干混合项的光电流信号i。这里，由于LO光430和接收的光脉冲410的光学频率不同，因此相干混合项以Δf的频率周期性变化。相干混合项的该变化对应于图27中电压信号360中的周期性脉动和Δf的频率分量。图27中的曲线图类似于图17中的那些曲线图，与图27不同的是，LO光430和接收的光脉冲410具有Δf的频率差(这引起电压信号360中的周期性脉动)，而在图17中，不存在频率差(例如，Δf大约为零，并且在电压信号360中不存在周期性脉动)。

在特定实施例中，施加到种子光440的Δf的光学频率变化可以对应于赋予发射的光脉冲400的光谱特征。例如，接收器140可以包括频率检测电路600(例如，如在图7中)，该频率检测电路600确定电压信号360中频率分量Δf的幅度。频率检测电路600可以包括中心频率为Δf的带通滤波器610，并且相应的幅度检测器620可以确定Δf频率分量的幅度。频率检测电路600可用于确定(i)接收的光脉冲410是否有效并且是否与由光源110发射的光脉冲400相关联，或(ii)接收的光脉冲是否无效并且是否与干扰光信号相关联。

在特定实施例中，可以选择施加到种子光440或LO光430的光学频率变化，使得频率变化Δf大于1/Δτ(其中Δτ是发射的光脉冲400的持续时间)或大于1/Δτ′(其中Δτ′是与接收的光脉冲410相对应的电压脉冲的持续时间)。例如，频率变化Δf可以大约等于2/Δτ、4/Δτ、10/Δτ、20/Δτ或1/Δτ的任何其它合适的因子。作为另一示例，具有5ns的持续时间Δτ的发射的光脉冲400可以具有大于200MHz的频率变化Δf。作为另一示例，发射5-ns光脉冲400的光源110可以被配置为使得发射的光脉冲关于LO光430具有1-GHz频率偏移。具有大于1/Δτ的Δf可以确保电压信号360包括与电压信号360的总脉冲包络不同的足够数量的脉动。在图27的示例中，Δf大约等于3/Δτ，并且电压信号360包括叠加在脉冲包络上的大约七个脉动。Δf和1/Δτ之间的该差可以允许将电压信号360中的频率分量Δf与与电压信号360的总脉冲包络相关联的频率分量区分开(例如，由频率检测电路600)来确定。

图28示出具有光子集成电路(PIC)455的示例光源110，该光子集成电路455包括位于分光器470之前的相位调制器495。在特定实施例中，光源110可以包括调制器495，该调制器495在输出光472被分光以产生种子光440和LO光430之前调制种子激光器输出光472。图28中的布置对应于图22中的布置，其中调制器495位于种子激光器450和分光器470之间。从种子激光二极管450的正面452发射的种子激光器输出光472被引导到相位调制器495。调制器495可以用提供给电极496的时变驱动电压V(t)来驱动，以改变种子激光器输出光472的光学频率。在通过相位调制器495之后，种子激光器输出光472被分光器470分光以产生种子光440和LO光430。

在特定实施例中，可以操作相位调制器495，使得将不同的频率变化施加到种子激光器输出光472的不同部分。例如，相位调制器495可以(i)将第一频率变化施加到与由SOA460放大的种子光440的时间部分441相对应的种子激光器输出光472的部分，以及(ii)将第二频率变化(不同于第一频率变化)施加到种子激光器输出光472的其它部分。发射的光脉冲400可以包括第一频率变化，并且位于发射的光脉冲400之间的LO光430可以包括第二频率变化。第一和第二频率变化可以各自为大约0Hz、100MHz、500MHz、1GHz、2GHz、5GHz或任何其它合适的频率变化。例如，施加到发射的光脉冲400的第一频率变化可以是1-5GHz，并且施加到在发射的光脉冲400之间的LO光430的部分的第二频率变化可以是大约0Hz。在特定实施例中，相位调制器495可以与提供给SOA 460的SOA电流脉冲(I₂)同步驱动，使得将特定的频率变化施加到发射的光脉冲400中的每一个。在连续发射的光脉冲400之间的时间段期间，相位调制器495可以是不活动的(例如，可以将驱动电压设定为零伏)，使得很少或没有频率变化被施加到LO光430。在图28的示例中，当发射光脉冲400以将频率变化施加到发射的光脉冲400时，可以激活相位调制器495，并且在其它时间，相位调制器495可以是不活动的，使得不向LO光430施加频率变化。接收的光脉冲410可以与LO光430相干混合，以产生具有与接收的光脉冲410和LO光430之间的频率差相对应的频率分量的相干混合项。

图29示出具有光子集成电路(PIC)455的示例光源110，该光子集成电路包括幅度调制器495d和相位调制器495e。在特定实施例中，光源110可以包括幅度调制器495d，其具有：(i)接收来自种子激光二极管450的种子激光器输出光472的输入端口，(ii)耦合到SOA460的第一输出端口，以及(iii)耦合到接收器140的第二输出端口。图29中所示的集成光学幅度调制器495d(其可以称为开关或光开关)包括马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)，其具有设置在干涉仪的一个路径上的电极496d。通过向电极496d施加不同的电压，在输入端口处接收的种子激光器输出光472可以在两个输出端口之间切换。种子光440包括由幅度调制器495d引导到输出端口1的输出光472的部分，并且LO光430包括被引导到输出端口2的输出光472的部分。例如，施加到电极496d的第一电压可以使幅度调制器495d将基本上所有的输出光472引导到输出端口1。输出光472的该部分形成种子光440，该种子光440通过相位调制器495e发送到SOA 460。施加到电极496d的与第一电压不同的第二电压可以使幅度调制器495d将基本上所有的输出光472引导到输出端口2，并且输出光472的该部分形成可以发送到接收器140的LO光430。

种子激光二极管450可以提供有基本上恒定的种子电流I₁，使得种子激光器输出光472的功率基本上恒定。可以向幅度调制器495d提供时变电压信号以在输出端口1和输出端口2之间切换种子激光器输出光472。例如，施加到电极496d的电压信号可以在第一电压和第二电压之间交替以使得输出光472分别在输出端口1和2之间切换。在两个输出端口之间交替切换输出光472可导致种子光440和LO光430时间交错，使得当种子光440最大化时，LO光430最小化，反之亦然，如由图29中两个曲线图所示。电压脉冲可以施加到电极496d以将输出光472的相应脉冲引导到输出端口1。输出光472的每个脉冲对应于由SOA460放大以产生发射的光脉冲400的种子光的时间部分441。位于电压脉冲之间的输出光472的部分可以作为LO光430被引导到输出端口2。幅度调制器495d可以与提供给SOA 460的SOA电流脉冲(I₂)同步驱动，使得被引导到输出端口1的输出光472的每个部分被SOA 460放大以产生发射的光脉冲400。

图29中的示例PIC 455包括相位调制器495e，其可以类似于图26中所示的相位调制器495。施加到电极496e的特定电压信号V(t)可以在种子光440的每个时间部分441中产生频率变化，这导致发射的光脉冲400中的每个发射的光脉冲中的相应频率变化。提供给调制器495d和495e中的每一个调制器的驱动电压可以与提供给SOA 460的SOA电流脉冲同步，使得将频率变化赋予之后由SOA 460放大的每个时间部分441。接收的光脉冲410可以与LO光430相干混合以产生具有与接收的光脉冲410和LO光430之间的频率差相对应的频率分量的相干混合项。

图30示出种子电流(I₁)、种子光440、发射的光脉冲400、接收的光脉冲410和LO光430的示例曲线图。图30中的曲线图各自示出随时间绘制的特定量，包括种子光440和LO光430的光功率和光学频率二者的时间行为。在特定实施例中，光源110可以通过改变提供给种子激光二极管450的种子电流I₁或通过改变提供给SOA 460的SOA电流I₂来改变种子激光器输出光472、种子光440、LO光430或发射的光脉冲400的光学频率。并非将分立的光调制器495结合到光源110中，光源110可以基于提供给种子激光二极管450或SOA 460的电流来赋予光学频率变化。例如，图6、8、9、10、11、12或13中所示的光源110可以不包括调制器495并且可以基于提供到种子激光二极管450或SOA 460的电流来赋予光学频率变化。改变提供到种子激光二极管450或SOA 460的电流可以引起由种子激光二极管450或SOA 460发射的光的光学频率的相应变化(例如，光学频率的变化可以由折射率、载流子密度或与电流变化相关联的温度的变化引起)。例如，电子驱动器480可以向种子激光二极管450提供时变种子电流I₁，这导致接收的光脉冲410和LO光430的相应时间部分431之间的Δf的频率偏移。

在特定实施例中，种子电流I₁可以在K+1个不同电流值(其中K等于1、2、3、4或任何其它合适的正整数)之间交替，使得(i)每个时间部分441(并且每个相应的发射的光脉冲400)具有K个不同频率的特定光学频率，并且(ii)LO光430的每个相应时间部分431具有与其它K个频率中的每一个频率不同的一个特定光学频率。在图30的示例中，提供给种子激光二极管450的种子电流I₁在两个值i₀和i₁之间交替。两个种子电流值之间的差i₀-i₁可以是大约1mA、2mA、5mA、10mA、20mA、或种子电流的任何其它合适的差。例如，电子驱动器480可以提供大约i₀＝102mA和i₁＝100mA的种子电流，对应于2mA的种子电流差。种子激光二极管450产生种子光440和LO光430，并且种子光440和LO光430的光功率可以在种子电流I₁改变时表现出变化。例如，当种子电流I₁从i₀减小到i₁时，种子光440或LO光430的光功率可以减少小于大约1mW、5mW或10mW。另外，当种子电流I₁在值i₀和i₁之间改变时，种子光440和LO光430的光学频率可以在相应的值f₀和f₁之间改变Δf。由种子电流I₁的变化引起的频率变化Δf可以是大约10MHz和大约50GHz之间的任何合适的频率变化，诸如例如100MHz、500MHz、1GHz、2GHz或5GHz的频率变化。

在特定实施例中，电子驱动器480可以(i)在光源110发射光脉冲400的时间间隔期间向种子激光二极管450提供电流i₁，并且(ii)在发射光脉冲400之后和发射随后的光脉冲400之前的一段时间内，向种子激光二极管450提供不同的电流i₀。将电流从i₁切换到i₀可以导致LO光430的频率变化Δf，其中频率变化是关于：(i)在发射光脉冲400的时间间隔期间种子光440或LO光430的频率，以及(ii)发射的光脉冲400的频率。通过将接收的光脉冲410与LO光430相干混合而产生的光电流信号可以包括频率约为Δf的频率分量。在图30的示例中，种子电流I₁在两个电流值(i₀和i₁)之间随时间交替，使得(i)种子光440的时间部分441具有频率f₁，以及(ii)在发射光脉冲400之后的时间段期间，LO光430(包括时间部分431)具有f₀的频率，其中f₁＝f₀+Δf。发射的光脉冲400和接收的光脉冲410可以各自具有与时间部分441的频率相对应的大约f₁的光学频率。接收的光脉冲410可以在时间t_c和t_d之间与LO光430的时间部分431(其可以具有f₀的频率)相干混合，以产生具有在大约Δf的频率处的频率分量的光电流信号。

在特定实施例中，种子电流I₁和SOA电流I₂可以同步在一起，使得(i)当SOA电流脉冲被提供给SOA 460时，种子电流I₁被设定为第一值，并且(ii)在SOA电流的连续脉冲之间的时间段期间，种子电流I₁被设定为第二值。在图30中，当发射光脉冲400时(时间t_a和t_b之间)，种子电流I₁被设定为值i₁，并且在连续的光脉冲400之间的时间段期间，种子电流I₁被设定为值i₀。种子电流I₁可以在小于或等于脉冲周期τ的时间段内设定为值i₀，该脉冲周期τ对应于连续的光脉冲400之间的时间。例如，种子电流I₁可以从时间t_b直到至少时间t_d被设定为i₀。在发射随后的光脉冲400(图30中未示出)的时间或之前，种子电流I₁可切换回值i₁，这将种子光440和LO光430的频率改变回到f₁。在发射随后的光脉冲400之后，种子电流I₁可以再次设定为值i₀，这将LO光430的频率改变Δf至f₀。

在特定实施例中，电子驱动器480可以将种子电流I₁提供给种子激光二极管450，其中种子电流I₁包括：(i)基本上恒定的电流(例如，DC电流)和(ii)调制电流。调制电流可以包括任何合适的波形，诸如例如正弦波、方波、脉冲波、锯齿波或三角波。种子电流I₁的恒定电流部分可以包括大约50mA、100mA、200mA、500mA的直流电流或任何其它合适的直流电流，并且种子电流I₁的调制部分可以更小，幅度小于或等于1mA、5mA、10mA或20mA。电流的调制部分可以在种子光440或LO光430中产生相应的频率或幅度调制。例如，当发射光脉冲400时，可以将调制电流施加到种子激光二极管450，使得发射的光脉冲400包括相应的频率或幅度调制。在连续的光脉冲400之间的时间段期间可以不施加调制的电流，并且因此，在此期间，LO光430可以不包括相应的频率或幅度调制。当接收的光脉冲410与LO光430相干混合时，光电流信号可以具有与施加到发射的光脉冲400的频率或幅度调制相对应的特征频率分量。例如，特征频率分量可以由频率检测电路600检测或测量以确定接收的光脉冲是否是有效的接收的光脉冲。

在特定实施例中，光源110可以被配置为基于(i)提供给种子激光二极管450的种子电流I₁或(ii)提供给SOA 460的SOA电流I₂将频率变化赋予发射的光脉冲400。例如，除了基于种子电流I₁向发射的光脉冲400赋予频率变化之外或代替基于种子电流I₁向发射的光脉冲400赋予频率变化，光源110可以基于提供给SOA 460的SOA电流I₂向发射的光脉冲赋予频率变化。在特定实施例中，电子驱动器480可以向SOA 460提供SOA电流I₂，其中SOA电流被配置为向发射的光脉冲400赋予频率变化。例如，SOA电流I₂可以包括电流脉冲，其中每个电流脉冲导致SOA 460(i)放大种子光440的时间部分441以产生发射的光脉冲400，以及(ii)向发射的光脉冲400赋予频率变化。频率变化可以在传播通过SOA 460时被赋予时间部分441，从而导致关于LO光430具有频率偏移的发射的光脉冲400。频率变化可以由SOA波导463中的非线性光学效应产生或者由与SOA电流I₂的脉冲相关联的折射率、载流子密度或温度的变化产生。例如，SOA电流脉冲可以包括调制(例如，添加到电流脉冲的线性或正弦电流变化)，该调制会导致SOA波导463中的折射率变化，其进而导致赋予发射的光脉冲400的频率变化。由SOA 460赋予发射的光脉冲400的Δf的频率变化可以导致具有在大约Δf的频率处的频率分量的光电流信号(例如，由接收的光脉冲410与LO光430的相干混合产生)。

在特定实施例中，光源110可以包括将不同频率变化Δf_k赋予种子光440的不同时间部分441的光调制器495或电子驱动器480。光调制器495或电子驱动器480可以将特定数量(例如，2、3、4或任何其它合适数量)的不同频率变化的重复序列或伪随机序列施加到种子光440的不同的相应时间部分441。例如，图26中的光调制器495可以将种子光440的第一时间部分441的光学频率改变Δf₁，并且光调制器495可以将种子光440的第二时间部分441的光学频率改变不同的频率变化值Δf₂。施加到时间部分441的频率变化可以导致发射的光脉冲400和接收的光脉冲410的相应频率变化。作为另一示例，图9中的电子驱动器480可以向种子激光二极管450提供三个不同值的种子电流I₁。可以在发射光脉冲400之后并且在发射随后的光脉冲400之前将种子电流的一个值施加到种子激光二极管450。种子电流的该值设定LO光430的时间部分431的光学频率。种子电流的其它两个值可用于将第一时间部分441的光学频率改变Δf₁(相对于时间部分431的频率)并将第二时间部分的光学频率改变Δf₂。

在特定实施例中，不同的频率变化可对应于不同的光谱特征，该光谱特征可用于将接收的光脉冲410与特定发射的光脉冲400相关联。例如，具有Δf₁的频率变化的第一接收的光脉冲410可以导致具有在大约Δf₁的频率处的频率分量的光电流信号i。导致在大约Δf₁的频率分量的接收的光脉冲410可以与具有相应Δf₁频率变化的发射的光脉冲400相关联(例如，接收的光脉冲410可以包括来自由目标130散射的发射的光脉冲400的光)。类似地，具有Δf₂的频率变化的第二接收的光脉冲410可以导致具有在大约Δf₂的频率处的频率分量的光电流信号i。导致在大约Δf₂的频率分量的接收的光脉冲410可以与具有相应的Δf₂频率变化的发射的光脉冲400相关联。光调制器495或电子驱动器480可以在Δf₁和Δf₂频率变化之间交替，使得连续发射的光脉冲400具有不同的频率变化。基于与不同接收的光脉冲410相关联的不同频率分量，交替频率变化可以允许接收的光脉冲410明确地与发射的光脉冲400相关联。

在特定实施例中，赋予发射的光脉冲400的频率变化可以称为光谱特征并且可以用于(i)确定接收的光脉冲是否是有效的接收的光脉冲410，(ii)将接收的光脉冲410与发射的光脉冲400相关联，或(iii)确定接收的光脉冲是否是干扰光信号。例如，光源110可以将一个或多个不同光谱特征的光谱特征赋予种子光440或种子光440的放大的时间部分441，使得每个发射的光脉冲400包括光谱特征之一。每个光谱特征可以包括特定的频率变化，该频率变化可以(i)使用调制器495(例如，电光相位调制器或声光调制器)，(ii)基于提供给种子激光二极管450的种子电流I₁，或(iii)基于提供给SOA 460的SOA电流I₂来赋予。例如，光源110可基于向种子激光二极管450提供两个不同值的种子电流I₁将相同的频率变化Δf赋予每个发射的光脉冲400。如果接收的光脉冲410与LO光430的相干混合产生大致相同频率Δf的频率分量，则接收的光脉冲410可被确定为有效的接收的光脉冲。如果接收的光脉冲与LO光430的相干混合不产生Δf处的频率分量(或Δf处的频率分量的幅度低于特定阈值)，则接收的光脉冲可以被忽略或可以确定为干扰光信号。作为另一示例，光源110可以将K个不同频率变化中的一个频率变化赋予每个发射的光脉冲400(其中K等于1、2、3、4或任何其它合适的正整数)。可以以重复的顺序方式或以伪随机方式赋予频率变化。如果接收的光脉冲410与LO光430的相干混合产生K个频率之一Δf_k的频率分量，则接收的光脉冲410可被确定为与具有频率变化Δf_k的特定发射的光脉冲400相关联。如果接收的光脉冲与LO光430的相干混合不产生与赋予的频率变化之一相对应的频率分量(或频率分量的幅度低于特定阈值)，则接收的光脉冲可以被忽略或可能被确定为干扰光信号。

图31示出LO光430和两个发射的光脉冲400a和400b的示例性时域和频域图。LO光430的时域图指示LO光430的光功率基本上恒定。LO光430的频域图指示LO光430具有f₀的中心光学频率和Δν₁的相对窄的光谱线宽。光脉冲400a表示具有脉冲持续时间Δτ₂、光学频率f₁和光谱线宽Δν₂的发射的光脉冲。光脉冲400b表示具有脉冲持续时间Δτ₃、光学频率f₁和光谱线宽Δν₃的发射的光脉冲。光脉冲400a和400b各自具有关于LO光偏移的光学频率f₁(例如，f₁＝f₀+Δf)。例如，光脉冲400a或400b的频率可以通过相位调制器495或通过改变提供给种子激光二极管450的种子电流I₁的电子驱动器480来偏移。与光脉冲400a相比，光脉冲400b具有应用到它的附加调制。例如，除了改变种子电流I₁以偏移光脉冲400b的频率之外，还可以将幅度调制(例如，线性或正弦调制)添加到种子电流I₁，这导致赋予光脉冲400b的附加变化。附加调制可导致更宽的光谱线宽，使得Δν₃大于Δν₂。另外或可替代地，附加调制可以导致在时域或频域中添加到光脉冲400b的幅度变化。添加到光脉冲400b的附加调制可以用作光谱特征，使得相应的接收的光脉冲410r可以与发射的光脉冲400b相关联。光源可以将两种或更多种不同调制应用到不同的相应发射的光脉冲400，使得接收的光脉冲410可以明确地与特定发射的光脉冲400相关联。

图32示出由LO光430和接收的光脉冲410r的相干混合产生的示例电压信号360。接收的光脉冲410r对应于图31中的发射的光脉冲400b(例如，接收的光脉冲410r可以包括来自被目标130散射的发射的光脉冲400b的光)。电压信号360在频域中被绘制并且表现出幅度的变化。这些幅度变化可以由添加到光脉冲400r的调制产生并且可以用作光谱特征。电压信号360的频域图包括频率f_a、f_b和f_c处的峰值。接收器140可以包括具有三个电子带通滤波器610的频率检测电路600，所述电子带通滤波器610具有三个相应的中心频率f_a、f_b和f_c。基于这三个频率分量的幅度，接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲410r是否与特定发射的光脉冲400b相关联。例如，如果三个频率分量的幅度与特定发射的光脉冲400b的光谱特征匹配，则接收的光脉冲410r可被确定为包括来自发射的光脉冲400b的散射光。

图33示出由LO光430与两个不同接收的光脉冲(410a、410b)的相干混合产生的两个示例电压信号(360a、360b)。LO光430和接收的光脉冲410a和410b各自由时域图和频域图表示。LO光430的时域图指示LO光430具有基本上恒定的光功率。频域图指示LO光430具有f₀的中心光学频率和Δν₁的相对窄的光谱线宽。例如，光学频率f₀可以大约为199.2THz(对应于大约1505nm的波长)，并且光谱线宽Δν₁可以大约为2MHz。接收的光脉冲410a具有Δτ_a的脉冲持续时间和Δν_a的光谱线宽。接收的光脉冲410b具有Δτ_b的脉冲持续时间(其中Δτ_b大于Δτ_a)和Δν_b的光谱线宽(其中Δν_b小于Δν_a)。作为示例，光脉冲410a可以具有3-ns脉冲持续时间和500-MHz光谱线宽，并且光脉冲410b可以具有6-ns脉冲持续时间和250-MHz光谱线宽。LO光430和光脉冲410a在检测器340处的相干混合可以产生光电流i脉冲，其被产生电压信号360a的放大器350放大。类似地，LO光430和光脉冲410b在检测器340处的相干混合可以产生光电流i脉冲，其被产生电压信号360b的放大器350放大。

光脉冲的脉冲持续时间(Δτ)和光谱线宽(Δν)可以具有反比关系，其中乘积Δτ·Δν(可以称为时间-带宽乘积)等于恒定值。例如，具有高斯时间形状的光脉冲可以具有等于常数值的时间带宽乘积，常数值大于或等于0.441。如果高斯脉冲具有大约等于0.441的时间带宽乘积，则该脉冲可以称为变换受限脉冲。对于变换受限的高斯脉冲，脉冲持续时间(Δτ)和光谱线宽(Δν)可以通过表达式Δτ·Δν＝0.441相关。脉冲持续时间和光谱线宽之间的反比关系指示较短持续时间的脉冲具有较大的光谱线宽(反之亦然)。例如，在图33中，光脉冲410a具有比光脉冲410b更短的持续时间和更大的光谱线宽。脉冲持续时间和光谱线宽之间的该反比关系源于脉冲的时域和频域表示之间的傅里叶变换关系。在图33的示例中，接收的光脉冲410a可以是具有2ns的脉冲持续时间Δτ_a和大约220MHz的光谱线宽Δν_a的变换受限的高斯脉冲。类似地，接收的光脉冲410b可以是具有4ns的脉冲持续时间Δτ_b和大约110MHz的光谱线宽Δν_b的变换受限的高斯脉冲。如果高斯光脉冲具有大于0.441的时间带宽乘积，则该光脉冲可以称为非变换受限的光脉冲。例如，如果图33中的光脉冲不受时间带宽乘积为1的变换限制，则接收的光脉冲410a可以具有2ns的脉冲持续时间Δτ_a和大约500MHz的光谱线宽Δν_a。类似地，接收的光脉冲410b可以具有4ns的脉冲持续时间Δτ_b和大约250MHz的光谱线宽Δν_b。

当LO光430和接收的光脉冲410相干混合时，可以产生电压信号360，并且电压信号可以包括具有特定频域表示的电压脉冲。在图33中，电压信号360a的曲线图是电压信号的频域表示，该电压信号由LO光430和接收的光脉冲410a的相干混合产生。电压信号360b的曲线图是由LO光430和接收的光脉冲410b的相干混合产生的电压信号的频域表示。电压信号360a包括取决于LO光430和光脉冲410a的线宽的数字组合的频率分量。类似地，电压信号360b包括取决于LO光430和光脉冲410b的线宽的频率分量。电压信号360a具有在比电压信号360b更宽的频率范围上延伸的频率分量，其对应于大于光脉冲410b的光谱线宽Δν_b的光脉冲410a的光谱线宽Δν_a。

在特定实施例中，电子驱动器480可以向SOA 460提供电流脉冲，并且每个电流脉冲可以使SOA 460(i)放大种子光440的时间部分441以产生发射的脉冲光400和(ii)将光谱特征赋予时间部分441，使得发射的光脉冲400包括光谱特征。可以通过放大种子光440的时间部分441以产生具有特定光谱线宽的发射的光脉冲400来赋予光谱特征。光谱特征可以对应于与发射的光脉冲400的光谱线宽相关联的一个或多个频率分量。种子光440可以具有相对窄的线宽(例如，其可以大约等于图33中的Δν₁)，并且放大种子光440的时间部分441可以导致根据脉冲持续时间(Δτ)和光谱线宽(Δv)之间的反比关系加宽线宽。例如，放大时间部分441可以从种子光440产生持续时间为Δτ_a(例如，如图33所示)的脉冲，这导致光谱线宽从Δν₁加宽到Δν_a。

在特定实施例中，电子驱动器480可以被配置为向SOA 460提供电流脉冲，其中每个电流脉冲向每个相应的发射的光脉冲400赋予一个或多个不同光谱特征的光谱特征。例如，电子驱动器480可以提供具有一个或多个不同持续时间的电流脉冲，并且每个电流脉冲持续时间可以导致具有特定脉冲持续时间和相应的特定光谱线宽的发射的光脉冲400。作为另一示例，电子驱动器480可以在提供两个不同的电流脉冲之间交替，其中一个电流脉冲导致具有特定脉冲持续时间和光谱线宽的发射的光脉冲400(例如，与图33中接收的光脉冲410a相关联)，并且另一个电流脉冲导致具有更长的脉冲持续时间和更窄的光谱线宽的发射的光脉冲400(例如，与接收的光脉冲410b相关联)。赋予时间部分441或发射的光脉冲400的特定光谱特征可以由提供给SOA 460的电流脉冲的相应上升时间、下降时间、脉冲持续时间或脉冲形状产生。例如，施加具有特定持续时间的电流脉冲可导致具有与电流脉冲的持续时间相对应的特定光谱线宽的发射的光脉冲400。提供给SOA 460的较短持续时间的电流脉冲可导致具有较短的脉冲持续时间和较宽的光谱线宽的发射的光脉冲400。在图33中，光脉冲410a可以与通过向SOA 460施加5-ns电流脉冲产生的发射的光脉冲相关联，并且光脉冲410b可以与通过向SOA 460施加9-ns电流脉冲产生的发射的光脉冲相关联。作为另一示例，施加具有特定上升时间的电流脉冲可导致具有与电流脉冲的上升时间相对应的特定光谱线宽的发射的光脉冲400。具有较短持续上升时间的电流脉冲可导致具有较宽光谱线宽的发射的光脉冲400。

在特定实施例中，光脉冲的光谱特征可以与光脉冲的脉冲特性(例如，上升时间、下降时间、脉冲持续时间或脉冲形状)相关联。例如，具有特定脉冲持续时间或上升时间的发射的光脉冲400可以对应于特定光谱特征。具有更短脉冲持续时间或更短上升时间的发射的光脉冲400或接收的光脉冲410可以与更宽的光谱线宽相关联。在图33中，接收的光脉冲410a的较短脉冲持续时间Δτ_a与较宽的光谱线宽Δν_a相关联，并且接收的光脉冲410b的较长脉冲持续时间Δτ_b与较窄的光谱线宽Δν_b相关联。

在特定实施例中，发射的光脉冲400或接收的光脉冲410的光谱特征可以对应于光脉冲的一个或多个频率分量。在图33中，位于LO光430的光谱线宽之外的接收的光脉冲410a的频率分量可以对应于接收的光脉冲410a的光谱特征。这些频率分量可以对应于在产生发射的光脉冲400时赋予时间部分441的Δν₁线宽之外的新频率分量。例如，接收的光脉冲410a的光谱特征可以对应于大约位于从f₀-Δν_a到f₀-Δν₁的范围内并且大约位于从f₀+Δν₁到f₀+Δν_a的范围内的一个或多个频率分量。类似地，接收的光脉冲410b的光谱特征可以对应于大约位于从f₀-Δν_b到f₀-Δν₁的范围内以及大约位于从f₀+Δν₁到f₀+Δν_b的范围内的频率分量。

在特定实施例中，光谱特征可以对应于接收的光脉冲410中一个或多个特定频率分量的存在或不存在。接收器140可以包括频率检测电路600，该频率检测电路600被配置为确定接收的光脉冲410的一个或多个频率分量的幅度。基于一个或多个频率分量的幅度，接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲410(i)是否与发射的光脉冲400的光谱特征匹配，(ii)是否是有效的接收的光脉冲410，或(iii)是否是干扰光脉冲。例如，频率检测电路600可以包括一个或多个带通滤波器610，该带通滤波器610在频率上对应于与一个或多个光谱特征相关联的频率分量。如果一个或多个特定频率分量各自具有高于或低于特定阈值或在特定值范围内的幅度，则接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲410是与发射的光脉冲400相关联的有效的接收的光脉冲。例如，基于图33中的电压信号360a，如果接收的光脉冲的频率分量f_y的幅度高于特定阈值，则接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲是匹配于与脉冲410a相关联的光谱特征的有效的接收的光脉冲。

在特定实施例中，光源110可以发射光脉冲400，该光脉冲400具有在两个或更多个不同的脉冲持续时间和光谱线宽之间交替(例如，图33中示出的脉冲410a和410b的脉冲持续时间和线宽)的脉冲持续时间和光谱线宽。基于图33中所示的示例电压信号360a和360b，频率检测电路600可以包括具有f_x和f_y的相应的中心频率的两个带通滤波器610。作为示例，频率检测电路600可以确定频率分量f_y的幅度，并且至少部分地基于该幅度，接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲是否匹配与脉冲410a或脉冲410b相关联的光谱特征。如果接收的光脉冲410的频率分量f_y的幅度超过特定阈值，则接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲410与具有与脉冲410a相关联的光谱特征的发射的光脉冲400相关联。作为另一示例，频率检测电路600可以确定两个频率分量f_x和f_y的幅度，并且至少部分地基于这些幅度，接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲是否与与脉冲410a或脉冲410b相关联的光谱特征匹配。如果频率分量f_x和f_y的幅度各自高于或低于特定阈值或在特定值范围内，则接收器140或控制器150可确定接收的光脉冲410是否匹配脉冲410a或410b的光谱特征。另外或可替代地，如果两个频率分量f_x和f_y的幅度之比高于或低于特定阈值，则接收器140或控制器150可以确定接收的光脉冲410是否匹配脉冲410a或410b的光谱特征。例如，接收器140或控制器150可以确定比率A(f_y)/A(f_x)，其中A(f_y)是频率分量f_y的幅度，并且A(f_x)是频率分量f_x的幅度。如果该比率大于特定阈值(例如，如果A(f_y)/A(f_x)大于0.25)，则可以确定相应的接收的光脉冲410与具有与脉冲410a相关联的光谱特征的发射的光脉冲400相关联。类似地，如果该比率小于特定阈值，则可以确定相应的接收的光脉冲410匹配脉冲410b的光谱特征。

图34示出集成到光子集成电路(PIC)455中的示例光源110和接收器140。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括PIC 455，其中光源110的至少一部分或接收器140的至少一部分设置在PIC 455上或之中。图34中的PIC 455包括以下光学部件：种子激光二极管450、分光器470、相位调制器495、SOA 460、输出透镜490a、输入透镜490b、组合器420以及检测器340a和340b。此外，PIC 455包括将光从一个光学部件传送到另一个光学部件的光波导479。波导479可以是在包括硅、InP、玻璃、聚合物或铌酸锂的PIC衬底材料中形成的无源光波导。图34中的放大器350可以附接到PIC 455、电耦合到PIC 455或位于PIC 455附近。光源110或接收器140的一个或多个光学部件可以单独制造，并且然后与PIC455集成。例如，种子激光二极管450、SOA 460、透镜490a和490b或检测器340a和340b可以单独制造，并且然后集成到PIC 455中。可以通过将光学部件附接或连接到PIC 455或到PIC 455也附接到的衬底来将光学部件集成到PIC 455中。例如，可以使用环氧树脂或焊料将光学部件附接到PIC445。

在特定实施例中，PIC 455可以包括相位或幅度调制器495，其改变种子光440、发射的光脉冲400或LO光430的频率或幅度。图34中的相位调制器495位于分光器470之后并且可以用于改变种子光440的光学频率。在特定实施例中，相位调制器495可以直接制造到PIC455中。例如，PIC衬底可以由铌酸锂制成，并且相位调制器495可以通过在铌酸锂波导479的一部分附近沉积电极496来制造。可替代地，相位调制器495可以单独制造，并且然后集成到PIC 455中。例如，PIC波导479可以是基于玻璃的波导，并且相位调制器495可以由铌酸锂制成。铌酸锂相位调制器495可以通过将调制器495的波导与PIC波导479对准并且然后将调制器495附接到PIC 455来结合到PIC 455中。在特定实施例中，PIC 455可以不包括相位调制器495。例如，不是使用相位调制器495来赋予频率变化，而是结合到PIC 455中的光源110可以基于提供给种子激光二极管450的种子电流I₁或基于提供给SOA 460的SOA电流I₂，将频率变化赋予种子光440、发射的光脉冲400或LO光430。

在特定实施例中，PIC 455可以包括一个或多个光波导479，该光波导479将种子光440引导到SOA 460并且将LO光430引导到接收器140。例如，光源110可以包括PIC 455，该PIC 455具有光波导479，该光波导479接收来自种子激光二极管450的种子光440并将种子光440引导到SOA 460。作为另一示例，光波导479可以接收来自种子激光二极管450的种子激光器输出光472并将种子激光器输出光472的一部分(其对应于种子光440)引导到SOA460。在图34中，PIC 455的光波导479从种子激光二极管450的正面452接收种子激光器输出光472并将输出光472引导到分光器470。分光器470将种子激光器输出光472分光以产生种子光440和LO光430。一个光波导479将种子光440从分光器470引导到SOA，并且沿途，种子光440通过相位调制器495，该相位调制器495可以向种子光440赋予频率变化。另一个光波导479将LO光430从分光器470引导到接收器140的组合器420。

在特定实施例中，PIC 455可以包括一个或多个分光器470、一个或多个光学组合器420或一个或多个光调制器495。该一个或多个分光器470、组合器420或调制器495可被配置为分离、组合或调制种子激光器输出光472、种子光440、LO光430、发射的光脉冲400或接收的光脉冲410。在图34中，分光器470是光波导分光器470，该光波导分光器470将种子激光器输出光472分光以产生种子光440和LO光430。相位调制器495是集成光相位调制器495，该集成光相位调制器495被配置为改变种子光440的频率。图34中的集成光学的光学组合器420(类似于图19中所示的组合器420)将包括接收的光脉冲410的输入光束135与LO光430组合并将组合光束422a引导到检测器340a并将组合光束422b引导到检测器340b。

在特定实施例中，PIC 455可以包括一个或多个透镜490，该透镜490被配置为准直从PIC 455发射的光或将光聚焦到PIC 455中。透镜490可以附接到PIC 455、连接到PIC 455或与PIC 455集成。例如，透镜490可以单独制造，并且然后使用环氧树脂或焊料附接到PIC455(或PIC 455附接到的衬底)。图34中的输出透镜490a可以准直从SOA 460发射的光脉冲400以产生准直的输出光束125。输出光束125可以通过扫描器120(图34中未示出)扫描穿过能视域。来自发射的光脉冲400的光可以被目标130散射，并且散射光的一部分可以作为接收的光脉冲410被引导到接收器140。图34中的输入透镜490b可以将接收的光脉冲410聚焦到PIC 455的波导479中，该波导479将接收的光脉冲410引导到组合器420。组合器420将接收的光脉冲410与LO光430组合，并且接收的光脉冲410和LO光430的部分在检测器340a和340b中的每一个检测器处相干混合。

图35示出具有包括检测器阵列342的接收器140的示例激光雷达系统100。检测器阵列342可以包括检测器340的二维布置。例如，检测器阵列342可以包括任何合适的M×N检测器阵列(其中M和N是整数)，诸如例如4×4、10×10、50×50、100×100、100×500、200×1,000或1,000×1,000的检测器340的阵列。图35中的虚线插图示出8×8检测器阵列342的顶视图。检测器阵列342中的每个检测器340可以是单独可控或可寻址的。例如，图35中的接收器140可以被配置为仅使用被组合光束422照射的四个检测器来激活或检测光。没有被组合光束422照射的剩余检测器可以被停用，或者由剩余检测器产生的光电流可以被忽略。组合光束422可以包括输入光束135和LO光430的至少一部分。

检测器阵列342中的每个检测器340可以包括任何合适类型的检测器，诸如例如APD、SPAD、PN光电二极管或PIN光电二极管。此外，检测器阵列342中的每个检测器340可以包括以下元素中的一种或多种元素的任何合适的组合：硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、砷或砷化物(As)、磷或磷化物(P)、以及锑或锑化物(Sb)。例如，检测器阵列342中的检测器340可以是PIN光电二极管或具有包括硅、锗、锗-硅(GeSi)、锗-锡(GeSn)、锗-硅-锡(GeSiSn)、InGaAs、InGaAsP、InAsSb、AlAsSb或AlInAsSb的有源区或雪崩倍增区的APD。GeSi材料可以是由Ge_1-xSi_x表示的锗硅合金，其中x是从0到1的值(例如，当x为0.7时，Ge_0.3Si_0.7)。GeSiSn材料可以是由Ge_1-x-ySi_xSn_y表示的锗-硅-锡合金，其中x和y各自具有从0到1的值，使得1-x-y也是从0到1的值(例如，当x为0.85且y为0.05时Ge_0.1Si_0.85Sn_0.05)。作为另一示例，检测器阵列342中的一个或多个检测器340可以是GeSi光电二极管，其包括以下材料中的一种或多种材料的任何合适组合：锗、硅和GeSi。GeSi光电二极管可以被称为GeSi检测器并且可以被配置为检测激光雷达系统100的工作波长的光。GeSi检测器可以包括具有位于一侧的p掺杂的锗、硅或GeSi区域与另一侧的n掺杂的锗、硅或GeSi区域之间的本征(未掺杂)锗或GeSi区域的结构。可替代地，本征区域可以包括具有GeSi和硅的交替层的多量子阱。作为另一示例，检测器阵列342中的一个或多个检测器340可以是GeSiSn光电二极管，其包括以下材料中的一种或多种材料的任何合适组合：锗、硅、GeSi、GeSn和GeSiSn。GeSiSn光电二极管可以被称为GeSiSn检测器，并且可以被配置为检测激光雷达系统100的工作波长的光。GeSiSn检测器可以包括具有GeSiSn区域和p掺杂和n掺杂区域的结构，每个区域包括锗、硅、GeSi或GeSiSn。

检测器阵列342中的检测器340可以包括(i)GeSi或GeSiSn检测器和(ii)硅检测器的组合。GeSi或GeSiSn检测器可以被配置为检测在大约900nm和大约1700nm之间的一种或多种波长的光(例如，激光雷达系统100的1550nm工作波长的光)。硅检测器可以被配置为检测可见光(例如，在大约380nm和大约750nm之间的光)。检测器340可以以交错或交替的图案布置，例如，一个或多个GeSi检测器位于一个或多个硅检测器之间或与其相邻。GeSi检测器可以被配置为检测LO光430和输入光束135(其可以具有1400-1600nm的波长)，并且一个或多个检测器可以产生与LO光430和接收的光脉冲410的相干混合相对应的一个或多个相应的光电流信号。硅检测器可以被配置为检测由位于检测器阵列342的FOV内的对象发射、散射或反射的可见光。可见光可以包括环境光(例如，阳光)或其它来源(例如，路灯或车辆前灯)产生的光。硅检测器可以包括滤光器，使得每个硅检测器检测特定波长范围或颜色的可见光(例如，红光、蓝光或绿光)。由硅检测器检测到的可见光可用于产生包括位于检测器阵列的FOV内的对象的图像。

接收器140中的检测器阵列342可以是正面照射的或背面照射的。对于正面照射，检测器阵列342可以被定向为使得组合光束422入射到检测器340的顶表面上，与检测器衬底材料相对。对于背面照射，检测器阵列342可以被定向为使得组合光束422入射到衬底材料上，并且组合光束422可以行进通过检测器衬底材料到达检测器340。衬底材料可以对组合光束422的波长的光基本上透明。例如，包括GeSi检测器340的检测器阵列342可以在硅衬底上生长或制造，并且硅衬底可以对1400-1600nm波长的光基本上透明。对于背面照射，GeSi检测器阵列342可以被定向为使得组合光束422入射到硅衬底上并行进通过硅衬底到达GeSi检测器340。

可以将材料图案应用到检测器阵列342或从检测器阵列342去除以向入射在检测器340中的每一个检测器上的光提供特定相移。例如，检测器阵列342可以包括区域的交替图案，其赋予入射光零度或90度的相对相移(可分别表达为零弧度或π/2弧度)。对于正面照射的检测器阵列342，可以通过将具有不同厚度的薄膜施加到检测器阵列342的顶表面来实现交替图案。两个区域之间的厚度差可以对应于90度相移(或π/2相移)。对于背面照射的检测器阵列342，可以选择性地蚀刻衬底材料(例如硅)以产生不同相移的交替图案。例如，具有GeSi或GeSiSn检测器340的检测器阵列342可以在硅衬底上生长或制造。硅在1550nm处的折射率约为3.45，而1550nm光的90度相对相移可通过选择性蚀刻掉大约158nm的硅衬底材料来实现。

检测器阵列342中的检测器340可以被校准以确保准确测量接收的光脉冲410的能量、功率或强度。每个检测器340可以对接收的光具有略微不同的响应。例如，检测器阵列342中的检测器340的响应度可以变化大约1％、5％、10％或20％。分别具有0.95A/W和1.05A/W的响应度的两个检测器340可以被称为具有10％的响应度变化。为了考虑响应度的变化，可以校准检测器阵列342中的检测器340。例如，检测器340可以被具有已知波长和光功率的校准光照射。对于每个检测器340，可以测量由校准光产生的电信号，并且可以确定相应的校准因子。在检测器阵列342的操作期间，当特定检测器340检测到接收的光脉冲410时，可以将相应的校准因子应用于由检测器产生的电信号。校准检测器阵列342的检测器340可以允许准确确定接收的光脉冲410的能量、功率或强度。

激光雷达系统100可以包括扫描器120，该扫描器120跨越激光雷达系统100的能视域(FOR)扫描输出光束125。在特定实施例中，扫描器120可以仅扫描输出光束125并且可以不扫描接收器FOV(例如，接收器FOV可以绕过扫描器120)。在图35中，输出光束125由扫描器120扫描，并且输入光束135不经过扫描器120而被引导到接收器140。由于扫描器120只扫描输出光束125，所以与扫描光源FOV和接收器FOV二者的扫描器相比可以减小扫描器的大小。例如，扫描器120可以包括微型光学扫描部件，诸如一个或多个小型扫描镜、一个或多个小型扫描多面镜、或一个或多个基于MEMS的扫描器。微型光学扫描部件可以各自具有小于或等于大约0.5mm、1mm、2mm或5mm的孔径大小。

对于具有检测器阵列342的接收器140，接收器FOV可以是静态的并且可以不被扫描器120扫描。整个检测器阵列342的FOV可以大致对应于激光雷达系统100的能视域，并且检测器阵列342的每个检测器340可以具有覆盖激光雷达系统100的能视域的子部分的视场。输入光束135可以通过透镜330聚焦到检测器阵列342上，并且在任何特定时刻，输入光束135可以照射检测器阵列342的检测器340的一部分。在图35中，组合光束422(其包括输入光束135和LO光430的至少一部分)照射四个检测器。随着输出光束125跨越激光雷达系统100的能视域扫描，输入光束135可以类似方式跨越检测器阵列342扫描。例如，可以将能视域成像到检测器阵列的平面上，并且输入光束135可以以对应于输出光束125跨越能视域的扫描图案200的图案跨越检测器阵列扫描。LO光430可以被配置为照射整个检测器阵列342，并且LO光430和输入光束135之间的相干混合可以仅发生在被输入光束135照射的检测器340的部分处。在特定实施例中，接收器140可以仅激活被输入光束135照射的那些检测器340，或者接收器140可以忽略由未被输入光束135照射的检测器340产生的光电流。例如，接收器140可以测量或处理仅来自被输入光束135照射的检测器340的光电流信号。随着输入光束135跨越检测器阵列342扫描，其光电流信号被测量或处理的检测器340可以动态改变以跟随输入光束135。

图36示出包括自由空间隔离器530的示例光源110。在特定实施例中，被配置为发射光信号的光源110可以包括种子激光二极管450、半导体光放大器(SOA)460和设置在种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530。种子激光二极管450可以产生种子光信号，并且SOA460可以放大种子光信号以产生发射的光信号。种子光信号可以包括或可以称为种子光440或种子激光器输出光472，并且种子光信号可以包括光脉冲或具有基本上恒定的光功率的光。发射的光信号可以称为输出光束125，并且发射的光信号可以包括光脉冲400(例如，如图36中所示)或具有基本上恒定的光功率的光。光学隔离器530可以(i)向SOA460传输种子光信号，以及(ii)减少从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光量。光学隔离器530可以是自由空间隔离器、光纤隔离器、集成光学隔离器或任何其它合适类型的光学隔离器。

在特定实施例中，种子光信号或发射的光信号可以包括具有基本上恒定的光功率的光。具有基本上恒定的光功率的光可以指具有在任何合适的时间间隔内变化小于特定量的光功率的光。例如，具有基本上恒定的光功率的光可以具有在大约10⁴s、10³s、10²s、10s、1s、100ms、10ms、1ms、100μs或10μs的时间间隔内变化小于或等于20％、10％、1％、0.5％或0.1％的平均光功率。作为另一示例，发射具有在60秒时间间隔内在1mW和1.05mW之间变化的光功率(对应于大约5％的光功率变化)的输出光束125的光源110可以被称为发射具有基本上恒定的光功率的光信号的光源110。作为另一示例，电子驱动器480可以向种子激光二极管450提供基本上恒定的电流(例如，在10秒的时间间隔内变化小于1％的100mA DC电流)，并且种子激光二极管450可以发射具有基本上恒定的光功率(例如，在10秒的时间间隔内变化小于2％的10mW的平均光功率)的种子光440。具有基本上恒定的光功率的光可以包括连续波(CW)光或不包括光脉冲的光。在特定实施例中，种子光信号或发射的光信号可以包括(i)具有光脉冲的第一部分和(ii)具有基本上恒定的光功率的光的第二部分。例如，输出光束125可以包括光脉冲以及具有基本上恒定的光功率的光。

光学隔离器可以指被配置为在一个方向中传输光并阻挡在相反方向中传播的光的光学部件。例如，图36中的光学隔离器530可允许种子激光器输出光472在隔离器中绘制的箭头的方向(其可称为前向方向)中穿过并阻挡在相反方向中从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光。光学隔离器530可以包括法拉第旋转器，并且光学隔离器的操作可以基于法拉第效应，其中通过法拉第旋转器行进的光的偏振在相同的角度方向中旋转(例如，绕旋转器的纵轴顺时针或逆时针)，而不管光通过隔离器的行进方向。法拉第旋转器可以包括永磁体和磁光材料(其可以被称为法拉第旋转器材料、回旋材料或旋磁材料)。永磁体向磁光材料提供静磁场，使磁光材料改变通过法拉第旋转器行进的光的偏振。法拉第旋转器的磁光材料可以包括掺铽玻璃、铽镓石榴石(Tb₃Ga₅O₁₂或TGG)晶体、钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂或YIG)晶体、掺铈YIG晶体(Ce:YIG)、掺铋YIG晶体(Bi:YIG)、任何其它合适的法拉第旋转器材料或它们的任何合适的组合。包括法拉第旋转器的光学隔离器530可以被称为法拉第光学隔离器、法拉第隔离器、法拉第型光学隔离器或法拉第型隔离器。

除了法拉第旋转器之外，光学隔离器530可以包括一个或多个偏振器、双折射楔、透镜或波片。例如，光学隔离器530可以包括输入偏振器、输出偏振器和位于两个偏振器之间的法拉第旋转器。两个偏振器的透射轴可以相对于彼此成45度定向，并且法拉第旋转器可以被配置为在特定方向(例如，顺时针)中将光的偏振旋转45度，无论光通过旋转器的行进方向如何。具有沿输入偏振器的透射轴定向的偏振的前向传播光透射通过输入偏振器。法拉第旋转器将前向传播光的偏振旋转+45度，因此偏振与输出偏振器的透射轴对齐。然后，前向传播光透射通过输出偏振器。在相反方向中进入光学隔离器530的反向传播光首先遇到输出偏振器，该输出偏振器使光沿+45度定向偏振。然后，旋转器将反向传播光的偏振旋转附加+45度至+90度定向。反向传播光的偏振然后与输入偏振器的透射轴正交定向，并且因此，反向传播光被输入偏振器阻挡。作为另一示例，光学隔离器530可以包括输入双折射楔、输出双折射楔和位于两个双折射楔之间的法拉第旋转器。具有双折射楔的光学隔离器530可以被配置为偏振无关隔离器，其中前向传播光无论偏振如何都透射通过隔离器，而反向传播光无论其偏振如何都被阻挡。双折射楔可以被配置为将不同的横向或角度偏移赋予不同的偏振分量(例如，赋予水平和垂直偏振分量)。偏振无关隔离器可以包括输入双折射楔，该输入双折射楔将输入光束分离成两个偏振分量，在穿过法拉第旋转器之后，该两个偏振分量被输出双折射楔重新组合成单个光束。在相反方向中，双折射楔可以向反向传播光赋予横向或角度偏移，使得将两个偏振分量分离并阻止它们离开隔离器。

光学隔离器530可以在前向方向中传输光并阻挡在相反方向中传播的光(例如，从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光)。从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光可以称为反向传播光、背向传播光或背向反射光。阻挡从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光可以称为衰减或减少反向传播光，并且可以包括吸收、反射、过滤或偏转反向传播光。耦合到种子激光二极管450中的反向传播光可导致对种子激光二极管450的损坏或可能使种子激光二极管450不稳定(例如，通过在种子激光二极管450发射的光中引起不希望的幅度或波长波动)。光学隔离器530可以通过阻挡大部分反向传播光(这可以防止大部分反向传播光到达种子激光二极管450)来防止与反向传播光相关联的损坏或不稳定。反向传播光可以来自以下中的一个或多个：由SOA 460产生的放大自发发射(ASE)光、由SOA 460的输入端461反射的种子光440的一部分、由SOA 460的输出端462反射的种子光440的一部分(在种子光440已经行进通过SOA 460并且已经由SOA 460放大之后)、以及由SOA 460外部的光学元件反射的来自输出光束125的光的一部分。例如，当电流被提供给SOA 460时，SOA可以产生ASE光，并且ASE光的一部分可以耦合到SOA波导463中并指向种子激光二极管450。作为另一示例，位于SOA 460之后的光纤的透镜或输入面可以反射来自输出光束125的光的一部分，并且反射的部分可以通过SOA波导463朝向种子激光二极管450传播回来。

在图36中，光学隔离器530传输种子激光器输出光472并阻挡从SOA460指向种子激光二极管450的反向传播光。针对从种子激光二极管450行进并通过光学隔离器530的前向传播的种子激光器输出光472，光学隔离器530可以具有大于或等于70％、80％、90％、95％或99％的光透射率。光学隔离器530可以减少通过吸收、反射、过滤或偏转反向传播光从SOA460朝向种子激光二极管450传播的光量。光学隔离器530可以将反向传播光衰减任何合适的衰减值，诸如例如大于或等于10dB、20dB、30dB、40dB或50dB。光学隔离器530的反向传播衰减值可以称为光学隔离器530的回波损耗。光学隔离器530可以将从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光量减少大于90％(对应于大于10dB的回波损耗)。具有30dB回波损耗的光学隔离器530对应于将从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光量减少99.9％的光学隔离器530(例如，99.9％的反向传播光被光学隔离器530阻挡，并且0.1％的反向传播光透射通过光学隔离器530)。

在特定实施例中，光学隔离器530可以包括串联布置的两个或更多个光学隔离器。光学隔离器530的总回波损耗可以大约等于两个或更多个光学隔离器中的每一个光学隔离器的回波损耗的总和。例如，图36中的光学隔离器530可以是包括两个光学隔离器的双级隔离器，每个光学隔离器提供25dB的回波损耗，并且光学隔离器530可以具有大约50dB的总回波损耗。

在图36的示例中，光学隔离器530是自由空间隔离器，其将种子激光器输出光472作为自由空间光束传输。种子激光二极管450和SOA 460可以是单独的设备，并且种子激光二极管450可以将种子激光器输出光472作为自由空间光束发射。光源110可以包括位于种子激光二极管450和隔离器530之间的准直透镜(图36中未示出)，其收集和准直种子激光器输出光472。例如，图36中的自由空间光学隔离器530可以具有直径为2mm的光学孔径，并且准直透镜可以将种子激光器输出光472准直成直径小于或等于2mm的自由空间光束。种子激光器输出光472透射通过隔离器530，并且图36中的光源110还可以包括位于隔离器530和SOA460之间的聚焦透镜(图36中未示出)。聚焦透镜可以将种子激光器输出光或种子光440聚焦到SOA 460的波导463中。作为自由空间光束被引导到隔离器530中的反向传播光(例如，来自SOA 460的ASE或由输入端461反射的种子光440)可以由隔离器530阻挡并防止传播到种子激光二极管450。

在特定实施例中，由种子激光二极管450产生的种子激光器输出光472可以行进通过光学隔离器530，并且然后直接耦合到SOA 460的波导463中而不穿过分光器。例如，光源110可以不包括位于种子激光二极管450和SOA460之间的分光器，并且种子激光二极管450可以从背面451发射LO光430。可替代地，光源110可以包括位于种子激光二极管450和SOA460之间的分光器470。分光器470可以分离出种子激光器输出光472的一部分以产生LO光430，并且种子激光器输出光472的剩余部分可以发送到SOA 460。在图36中，分光器470位于隔离器530和SOA460之间，并被配置为分离出种子激光器输出光472的一部分以产生LO光430，该LO光430被引导到接收器(例如，激光雷达系统100的接收器140)。种子激光器输出光472的剩余部分穿过分光器470以产生种子光440，该种子光440耦合到SOA 460的波导463中。种子光440(或种子光440的时间部分)可以在从输入端461到输出端462通过波导463传播的同时被放大。图36中的分光器470是自由空间分光器，该自由空间分光器接收种子激光器输出光472作为自由空间光束并产生两个自由空间光束：种子光440和LO光430。

图37示出包括光纤隔离器530的示例光源110。图37中的光纤隔离器530位于种子激光二极管450和SOA 460之间，并且隔离器包括将种子激光器输出光472从种子激光二极管450引导到光纤隔离器530的输入光纤502a。此外，光纤隔离器530包括将种子激光器输出光472引导到光纤分光器470的输出光纤502b。光纤502a和502b中的每一个光纤可以包括无源光纤，该无源光纤具有沿着光纤的长度引导光的光纤芯。光纤502a和502b中的每一个光纤的长度可以是大约0.1m、1m、5m、10m、20m或任何其它合适的长度。光纤隔离器530可以阻挡从下游光学部件(例如，分光器470或SOA 460)反射或产生的反向传播光，并防止反向传播光到达种子激光二极管450。

图37中的分光器470是光纤分光器，该光纤分光器经由光纤502b接收种子激光器输出光472，并将种子激光器输出光472分离以产生LO光430和种子光440。分光器470分离出种子激光器输出光472的一部分以产生LO光430，并且种子激光器输出光472的剩余部分作为种子光440被发送到SOA460。种子光440可以经由作为PIC 455的一部分的光纤或光波导从分光器470的输出端口1引导到SOA460的输入端461。类似地，LO光430可以经由光纤或光波导从分光器的输出端口2引导到接收器(例如，激光雷达系统100的接收器140)。例如，光纤可以将种子光440从输出端口1引导到SOA 460并且可以将种子光440直接耦合到SOA波导463中(例如，光纤的一端可以固定到SOA 460的输入端461)。在特定实施例中，光纤隔离器530和光纤分光器470可以组合成具有一根输入光纤502a和两根输出光纤的单个光学部件。一根输出光纤可以将种子光440引导到SOA 460，而另一根输出光纤可以将LO光430引导到接收器。

在特定实施例中，由种子激光二极管450产生的种子激光器输出光472可以行进通过光纤隔离器530，并且然后直接耦合到SOA 460的波导463中而不穿过分光器。例如，光源110可以不包括位于种子激光二极管450和SOA 460之间的分光器，并且种子激光二极管450可以从背面451发射LO光430。输出光纤502b可以将来自光纤隔离器530的种子光440引导到SOA 460而不穿过分光器。可替代地，光源110可以包括位于种子激光二极管450和SOA 460之间的分光器470。在图37中，光纤分光器470位于光纤隔离器530和SOA 460之间，并被配置为分离出种子激光器输出光472的一部分以产生LO光430。与种子光440相对应的种子激光器输出光472的剩余部分被引导到SOA 460的波导463中。

图38示出包括集成光学隔离器530的示例光源110。在特定实施例中，光源110可以包括位于种子激光二极管450和SOA 460之间的集成光学隔离器530。集成光学隔离器530可以透射种子光440并阻挡反向传播光(例如，从SOA460的输入端461或输出端462反射的种子光440)。集成光学隔离器530可以包括一个或多个光波导、一种或多种法拉第旋转器材料、或一个或多个永磁体。种子激光二极管450可以(i)从背面451发射LO光430，并且(ii)从正面452发射种子光440。集成光学隔离器530可以包括一个或多个光波导，该光波导接收来自种子激光二极管450的种子光440并将种子光440耦合到SOA波导463中。此外，集成光学隔离器530可以包括(i)位于一个或多个光波导内或与之相邻的一种或多种法拉第旋转器材料(例如，掺铽玻璃、TGG晶体、YIG晶体、Ce:YIG晶体或Bi:YIG晶体)，以及(ii)位于法拉第旋转器材料中的每种法拉第旋转器材料附近的一个或多个永磁体。

在特定实施例中，集成光学隔离器530可以包括输入偏振器、输出偏振器、波导、永磁体和法拉第旋转器材料。光波导可以引导种子光440通过隔离器，并且法拉第旋转器材料可以位于两个偏振器之间并且位于光波导内或与之相邻。两个偏振器可以相对于彼此成45度定向，并且法拉第旋转器材料可以被配置为在特定方向中将光的偏振旋转45度，而无论光通过旋转器的行进方向如何。

在特定实施例中，集成光学隔离器530可以包括位于隔离器的波导内或与之相邻的法拉第旋转器材料，并且隔离器可以被配置为仅改变反向传播光的偏振。集成光学隔离器530可以保持前向传播种子光440的偏振，使得离开隔离器530并耦合到SOA波导463中的种子光的偏振与由种子激光二极管450发射的种子光的偏振相同。此外，集成光学隔离器530可以将反向传播光的偏振旋转90度，使得旋转由SOA 460的输入端461或输出端462反射的种子光的偏振以与由种子激光二极管450发射的种子光440正交。背向反射的种子光不会使种子激光二极管450不稳定，因为它的偏振与发射的种子光440的偏振正交。另外或可替代地，集成光学隔离器530或种子激光二极管450可以包括不支持光的正交偏振传播的波导。例如，前向传播种子光440可以在波导中传播，但是反向传播的正交偏振光可能不在波导中传播并且可以从波导中辐射出。

在特定实施例中，集成光学隔离器530可以包括马赫-曾德尔波导干涉仪，其中行进通过干涉仪的两个波导臂的前向传播光保持同相并且在隔离器的输出端处建设性地重新组合。来自种子激光二极管450的前向传播种子光440可以分成两个部分，该两个部分沿着马赫-曾德尔干涉仪的两个波导传播。这两个部分被建设性地重新组合(例如，它们同相相加在一起)以产生耦合到SOA 460中的种子光440。在相反方向中行进通过干涉仪的两个臂的反向传播光经历180度的相对相移，并在隔离器的输入端处破坏性地重新组合。例如，从SOA 460的输入端461反射的种子光440被分成两个部分，并且然后破坏性地重新组合(例如，以180度相移异相相加在一起)，使得几乎没有或没有反向传播的种子光耦合到种子激光二极管450中。干涉仪的每个波导臂可以具有位于波导内或与之相邻的法拉第旋转器材料，并且两个磁体可以向两种法拉第旋转器材料施加相反方向中的磁场。

图39示出具有包括集成光学隔离器530的光子集成电路(PIC)455的示例光源110。集成光学隔离器530透射种子激光器输出光472并且可以阻挡反向传播光(例如，背向反射种子激光器输出光472、种子光440或LO光430)。如图38中所示，种子激光二极管450的正面452可以直接附接到集成光学隔离器530，使得种子激光器输出光472直接耦合到隔离器的波导中。可替代地，如图39中所示，PIC 455可以包括将种子激光器输出光472传送到集成光学隔离器530的光波导479。在穿过集成光学隔离器530之后，种子激光器输出光472由另一个波导479传送到集成分光器470。

在特定实施例中，具有集成光学隔离器530的光源110可以不包括位于种子激光二极管450和SOA 460之间的分光器。由种子激光二极管450产生的种子激光器输出光472可以行进通过集成光学隔离器530，并且然后可以耦合到SOA 463的波导463中而不穿过分光器。例如，种子光440可以由不穿过分光器的光波导479从隔离器530传送到SOA波导463。可替代地，如图38中所示，集成光学隔离器530可以直接附接到SOA 463的输入端461，使得种子光472直接从隔离器耦合到SOA波导463中。此外，种子激光二极管450可以从背面451发射LO光430。

在特定实施例中，具有PIC 455的光源110可以包括位于种子激光二极管450和SOA460之间的集成分光器470。在图39的示例中，集成分光器470位于隔离器530和SOA 460之间。分光器470分离出种子激光器输出光472的一部分以产生LO光430，该LO光430经由分光器的输出端口2被引导到接收器(例如，激光雷达系统100的接收器140)。种子激光器输出光472的剩余部分(其对应于种子光440)经由输出端口1发送到SOA 460。

在特定实施例中，SOA 460的输出端462可以包括抗反射(AR)涂层。例如，图36-39中的任何一个图中的SOA460的输出端462可以具有沉积在其上的介电涂层，其降低输出端462在输出光束125的波长处的反射率。不具有AR涂层的输出端462可以具有大约30％的反射率。AR涂层可以将输出端462在输出光束125的波长处的反射率降低到小于或等于大约5％、2％、0.5％、0.1％或任何其它合适的反射率值。例如，输出光束125可以包括具有大约1550nm的中心波长的光脉冲440，并且SOA463的输出端462可以具有在1550nm处提供小于0.5％的反射率的AR涂层。在输出端462上具有AR涂层可以减少从输出端462反射回种子激光二极管450的放大的种子光440的量。减少从输出端462背向反射的光量以及使光学隔离器530位于种子激光二极管450和SOA 460之间可以帮助防止种子激光二极管450的不稳定(或损坏)。

在特定实施例中，SOA460可以具有成角度的输出端462。在图38和图39的每一个图中，当种子光440沿着由波导463中的虚线表示的路径从输入端461行进通过波导463到输出端462时，种子光440被放大。对于具有成角度的输出端462的SOA460，放大的种子光440在输出端462上具有非零入射角。入射角对应于放大的种子光440与垂直于输出端462的线所成的角度。图38中的SOA 460或输出端462可以被称为没有成角度或具有零度的倾斜角，并且放大的种子光440以零度的入射角入射在输出端462上。图39中的SOA460或输出端462可以被称为成角度的或具有非零倾斜角(α)，并且放大的种子光440以非零入射角入射在输出端462上。放大的种子光440的入射角可以大约等于倾斜角α。例如，图39中的倾斜角α约为6°，并且放大的种子光440在输出端462上的入射角约为6°。输出端462的倾斜角α(以及放大的种子光440的相关联入射角)可以具有大于或等于0.1°、0.5°、1°、2°、5°或10°的角度值，或在大约0.1°和大约10°之间的任何其它合适的角度值。

在特定实施例中，具有成角度的输出端462的SOA460可以减少从输出端462反射回种子激光二极管450的放大的种子光440的量。在图38中，由于输出端462没有成角度，从输出端462反射的放大的种子光可以沿着虚线被引导回到种子激光二极管450。在图39中，由于输出端462是成角度的，所以背向反射的放大的种子光126相对于虚线以一定角度引导。放大的种子光126的该离轴反射减少或消除了从输出端462反射并随后沿着波导传播回输入端461(并且然后返回种子激光二极管450)的放大的种子光440的量。背向反射的放大的种子光126可被引导出波导463或远离输入端461，使得大部分背向反射的放大的种子光126不向种子激光二极管450传播回。减少向种子激光器传播回来的背向反射的放大的种子光126的量可以帮助防止种子激光二极管450的不稳定(或损坏)。

在特定实施例中，被配置为减少指向种子激光二极管450的反向传播光的量的光源110可以包括以下中的一个或多个：位于种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530；在输出端462上具有AR涂层的SOA；以及具有成角度的输出端462的SOA。例如，除了具有位于种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530之外，图36-39中所示的任何光源110的SOA460还可以包括(i)在输出端462上的AR涂层，或(ii)成角度的输出端462。减少反向传播光的量可以包括使从输出端462反射回种子激光二极管450的放大的种子光440减少特定量。例如，SOA 460的输出端462上的AR涂层可以将从输出端462反射的放大的种子光440的量减少大于或等于70％、90％、95％、99％或任何其它合适的百分比。不具有AR涂层的输出端462可以反射大约30％的放大的种子光440，并且AR涂层可以将输出端462在放大的种子光440的波长处的反射率降低到小于1％。将反射率从30％降低到1％对应于从输出端462反射的放大的种子光440的量减少大于96％。作为另一示例，成角度的输出端462可以引导大于70％、90％、95％、99％或任何其它合适百分比的背向反射的放大的种子光126远离输入端461。引导大于90％的背向反射的放大的种子光126远离输入端461对应于从输出端462反射并随后朝向输入端461传播的放大的种子光440的量减少大于90％。

图40示出具有滤波器型隔离器530的示例光源110。在特定实施例中，光学隔离器530可以包括法拉第型隔离器，其中光在一个方向中通过隔离器并且当在相反方向中传播时被阻挡或衰减。另外地或可替代地，光学隔离器530可以包括具有滤光器的滤波器型隔离器，该滤光器过滤在前向方向和反向方向二者中行进通过隔离器的光的光谱。前向传播种子光440a可以具有相对窄的光谱线宽(Δν₁)，并且因此可以穿过具有最小衰减的滤波器型隔离器。反向传播光468a可以具有相对较宽的光谱线宽(Δν_B)，并且可以基本上被滤波器型隔离器阻挡。光学隔离器530可以包括法拉第型隔离器、滤波器型隔离器或法拉第型隔离器和滤波器型隔离器二者。图36-40中的光学隔离器530中的每个光学隔离器530可以包括法拉第型隔离器、滤波器型隔离器或法拉第型隔离器和滤波器型隔离器二者。滤波器型隔离器530可以是自由空间隔离器、光纤隔离器、集成光学隔离器或任何其它合适类型的光学隔离器。

在特定实施例中，滤波器型隔离器530可包括吸收滤波器、二向色滤波器、长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器、陷波滤波器、布拉格光栅或光纤布拉格光栅。例如，光源110可以包括集成光学隔离器530(例如，如图38-39中所示)，并且该隔离器可以包括具有位于隔离器的波导内或与之相邻的布拉格光栅的波导滤光器。作为另一示例，光源110可以包括光纤隔离器530(例如，如图37中所示)，并且该隔离器可以包括具有位于光纤的纤芯或包层内或与之相邻的光纤布拉格光栅的光纤。布拉格光栅可以具有沿着波导或光纤的长度变化的折射率，并且折射率变化可以充当在特定光学通带531上传输光的带通滤光器。光学通带531之外的光可以被布拉格光栅阻挡(例如，反射、吸收或偏转)。作为滤波器型隔离器530的一部分的滤光器可以类似于如本文所述的滤光器560。滤波器型隔离器530可以包括具有滤光器通带531的光学带通滤波器，该滤光器通带531具有特定的光学通带宽度Δν_F。滤波器通带531的宽度Δν_F可以具有在大约500kHz和大约10GHz之间的任何合适的值，诸如例如大约500kHz、1MHz、5MHz、10MHz、50MHz、100MHz、500MHz、1GHz或10GHz的通带宽度。另外，滤波器通带531可以大致以种子光440的波长(或等效地，光学频率)为中心。

图40包括示出种子光440、输出光束125和反向传播光468在穿过滤波器型隔离器530之前和之后的示例光谱的四个频域曲线图。种子光440a和反向传播光468b(为清楚起见，在图40中横向分离)可以与相反的传播方向同轴。类似地，种子光440b和反向传播光468a(为了清楚起见，在图40中也横向分离)可以与相反的传播方向同轴。种子光440具有f₀的中心光学频率和Δν₁的相对窄的光谱线宽。例如，种子光440的光谱线宽Δν₁可以小于或等于100kHz、0.5MHz、1MHz、3MHz、5MHz、10MHz或50MHz。包括光脉冲400的输出光束125具有相同的中心频率f₀和更宽的光谱线宽Δν₂。例如，输出光束125可以具有小于或等于10MHz、50MHz、100MHz、200MHz、300MHz、500MHz、1GHz或10GHz的光谱线宽Δν₂。作为另一示例，种子光440可以具有大约1MHz的光谱线宽Δν₁，并且输出光束125可以具有大约200MHz的光谱线宽Δν₂。

图40中的滤波器型隔离器530具有滤波器通带531，该滤波器通带531具有(i)大于种子光440的光谱线宽Δν₁并且(ii)大致以种子光440的光学频率f₀为中心的光通带宽度Δν_F。例如，种子光440的光谱线宽Δν₁可以是大约2MHz，并且滤波器宽度Δν_F可以是大约8MHz。种子光440b穿过滤波器型隔离器530后的光谱与进入隔离器的种子光440a的光谱大致相同。由于通带宽度Δν_F大于种子光440的光谱线宽Δν₁，所以种子光440传播通过滤波器型隔离器530而其光谱很少或没有衰减或改变。

图40中的反向传播光468a可以包括以下中的一个或多个：由SOA460产生的ASE光、由输入端461反射的种子光440b、由输出端462反射的放大的种子光、以及由SOA 460外部的光学元件反射的来自输出光束125的光。例如，反向传播光468a可以包括由SOA的输出端462反射的放大的种子光，并且可以具有大约等于输出光束125的光谱线宽Δν₂的光谱线宽Δν_B。作为另一示例，反向传播光468a可以包括由SOA 460产生的ASE并且可以具有大于输出光束125的光谱线宽Δν₂的光谱线宽Δν_B。图40中的反向传播光468a具有大于滤波器通带531的宽度Δν_F的光谱线宽Δν_B。具有滤波器通带531之外的光谱分量的反向传播光468a的部分(对应于具有阴影线的部分)被隔离器阻挡。在传播通过滤波器型隔离器530之后，反向传播光468b具有减小到大约等于滤波器通带531的宽度Δν_F的光谱线宽。滤波器型隔离器530被配置为透射大部分种子光440a(例如，大于90％的种子光440a)并阻挡在滤波器通带531之外的反向传播光468a的光谱分量。例如，如果滤波器通带531的宽度Δν_F大约为20MHz，并且反向传播光468a具有大约200MHz的光谱线宽Δν_B，则滤波器型隔离器530可以阻挡大约90％的反向传播光468a。

在特定实施例中，滤光器通带531的宽度Δν_F可以(i)大于种子光440或种子激光器输出光472的单个纵模的光谱线宽和(ii)小于输出光束125的光谱线宽Δν₂的1、2、3、5、10或20倍。例如，由种子激光二极管450发射的光可以包括一个或多个纵模，每个纵模具有大约1MHz的光谱线宽，并且通带宽度Δν_F可大于1MHz。作为另一示例，种子光440的光谱线宽Δν₁可以大于或等于种子激光二极管450的单个纵模的光谱线宽，并且通带宽度Δν_F可以大于Δν₁。作为另一示例，通带宽度Δν_F可以小于输出光束125的光谱线宽Δν₂。作为另一示例，通带宽度Δν_F可以小于输出光束125的光谱线宽Δν₂的两倍。

图41示出具有有源波导隔离器530的示例光源110。可以称为有源光波导或有源光波导隔离器的有源波导隔离器530可以包括光波导并且可以被配置为从电子驱动器480接收电流I₃。光波导可以引导从种子激光二极管450接收的种子光440或种子激光器输出光472，并且取决于电子驱动器480提供的电流I₃的量，光波导可以透射或吸收种子光440。当电流I₃超过特定值(其可以被称为透明电流)时，有源波导隔离器530的光波导对于种子光440的波长处的光可以是光学透明的或透射的。图41中的电子驱动器480可以将电流I₃的脉冲提供给有源波导隔离器530，并且每个电流脉冲可以使有源波导隔离器530向SOA 400传输种子光440的时间部分441。另外，在连续的电流脉冲之间，有源波导隔离器530可以是光学吸收的(例如，有源光波导可以吸收种子光440的波长处的光)。

有源波导隔离器530的光波导可以由半导体材料(例如，InGaAsP)制成，该半导体材料被配置为当隔离器电流I₃小于透明电流时在种子光440的波长处光学吸收。例如，当隔离器电流I₃为零安培时，有源波导隔离器530的光波导可具有大于大约10dB、20dB、30dB、40dB或50dB的光学吸收。当向光波导提供特定的隔离器电流I₃时，有源波导隔离器530可以具有大约0dB的光学吸收，这对应于光波导是透明的(例如，种子光440透射通过光波导，而没有任何光学吸收)。导致0-dB光学吸收的特定电流可以称为透明电流。对于大于透明电流的隔离器电流I₃，有源波导隔离器530可以充当光放大器并且可以放大行进通过光波导的种子光440。例如，对于大于透明电流的特定隔离器电流I₃，有源波导隔离器530可以在种子光440的波长处具有-3dB的光学吸收(其对应于+3dB的光学增益)。当向有源波导隔离器530提供大于或等于透明电流的隔离器电流I₃时，光波导可以将种子光440从种子激光二极管450传输到SOA460。当隔离器电流I₃小于透明电流时，光波导可以吸收大部分或全部种子光440。例如，如果种子光440的波长为1550nm，则当隔离器电流I₃小于透明电流时，光波导可以吸收从小于1400nm到大于1600nm的波长范围的光。作为另一示例，如果在隔离器电流I₃为零安培时有源波导隔离器530的光学吸收大于20dB，则隔离器530的光波导可以吸收大于99.9％的种子光440(以及小于0.1％的种子光440可以传输到SOA 460)。此外，光波导可以吸收可能存在的大部分或所有其它光(例如，由SOA460产生的背向反射的种子光或ASE光)。由于ASE光的波长范围可与种子光440的波长一致，因此光波导还可以吸收大于99.9％的由SOA 460产生的反向传播的ASE光。通过吸收背向反射的种子光或ASE光，有源波导隔离器530可以减少从SOA 460向种子激光二极管450传播的光量，这可以防止与反向传播光相关联的种子激光二极管450的损坏或不稳定。

图42示出种子电流(I₁)、种子光440、隔离器电流(I₃)、SOA电流(I₂)和发射的光脉冲400的示例曲线图。提供给种子激光二极管450的种子电流I₁是基本上恒定的DC电流，并且种子光440和LO光430可以各自包括CW光或具有基本上恒定的光功率的光。可替代地，电子驱动器480可以提供调制的或随时间变化的种子电流I₁，其导致由种子激光二极管450产生的种子光440的频率或幅度的偏移或调制。由电子驱动器480提供的隔离器电流I₃和SOA电流I₂各自包括电流脉冲，并且输出光束125包括光脉冲400。提供给SOA 460的SOA电流I₂的每个脉冲可以使SOA 460放大种子光440的时间部分441以产生发射的光脉冲400。另外，由电子驱动器480提供的隔离器电流I₃的脉冲和SOA电流I₂的脉冲可以被同步地提供。例如，隔离器电流I₃的脉冲和SOA电流I₂的脉冲可以同时(例如，彼此一致)、以相同的频率或以相同的脉冲周期τ提供。在图42的示例中，电流I₂和I₃的脉冲以大致相同的脉冲周期τ施加(其对应于所施加的电流脉冲的频率大致相等)。同步施加电流I₂和I₃的脉冲允许种子光440的时间部分441被有源波导隔离器530传输并且随后被SOA 460放大以产生发射的光脉冲400。

电流I₂和I₃的脉冲可以同步提供，并且电流的脉冲可以具有大致相同的持续时间或可以具有不同的持续时间。例如，电流I₂和I₃的脉冲二者可以具有大约5ns的持续时间，并且发射的光脉冲可以具有大约4ns的持续时间Δτ。作为另一示例，隔离器电流I₃的脉冲可以具有比SOA电流I₂的脉冲更长或更短的持续时间。隔离器电流I₃的脉冲可以具有8ns的持续时间，SOA电流I₂的脉冲可以具有6ns的持续时间，并且发射的光脉冲可以具有大约5ns的持续时间Δτ。电流I₂和I₃的脉冲的上升边缘或下降边缘可以彼此一致，或可以在不同的时间发生。例如，隔离器电流I₃的脉冲的上升边缘可以在SOA电流I₂的脉冲的相应上升边缘之前。隔离器电流I₃的脉冲可以具有6ns的持续时间，并且SOA电流I₂的脉冲可以具有5ns的持续时间。在该情况下，隔离器电流I₃的脉冲的上升边缘可以在SOA电流I₂的脉冲的相应上升边缘之前大约1ns。另外，隔离器电流I₃的脉冲的下降边缘可以与SOA电流I₂的脉冲的下降边缘大致一致。

光学隔离器530可以包括法拉第型隔离器、滤波器型隔离器、有源波导隔离器或其任何合适的组合。图36-41中的光学隔离器530中的每一个可以包括法拉第型隔离器、滤波器型隔离器和有源波导隔离器中的一种或多种。例如，除了有源波导隔离器530之外，图41中的光源110还可以包括法拉第型隔离器或滤波器型隔离器。

包括产生由SOA 460放大的种子光440的种子激光二极管450的光源110可以被称为主振荡器功率放大器光源(MOPA光源)或MOPA激光器。包括设置在种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530的光源110(例如，如图36-41中所示)可以被称为具有光学隔离器的MOPA光源或具有光学隔离器的MOPA激光器。种子激光二极管450可称为主振荡器，并且SOA 460可称为功率放大器。在特定实施例中，包括设置在种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530的MOPA光源也可以包括光纤放大器500。光纤放大器500可以类似于图13-14中所示并在此描述的放大器。光纤放大器500可以从SOA 460接收光信号并且进一步放大光信号以产生输出光束125。

在特定实施例中，包括设置在种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530的光源110(例如，如图36-41中所示)还可以包括向种子激光二极管450和SOA 460提供电流的电子驱动器480。例如，电子驱动器480可以向种子激光二极管450提供基本上恒定的种子电流I₁，使得种子激光器输出光472具有基本上恒定的光功率。可替代地，电子驱动器480可提供调制或随时间变化的种子电流I₁，其导致由种子激光二极管450产生的种子光440的频率或幅度的偏移或调制。电子驱动器480可向SOA 460提供SOA电流I₂。SOA电流I₂可以包括电流脉冲，其中每个电流脉冲使SOA 460放大种子光440的时间部分以产生发射的光脉冲400。

在特定实施例中，激光雷达系统100的光源110可以包括种子激光二极管450、SOA460和设置在种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530。光源110可以发射输出光束125，并且除了光源110之外，激光雷达系统100还可以包括接收器140和处理器或控制器150。接收器140可以检测输入光束135，该输入光束135包括由位于距激光雷达系统100距离D的目标130散射的来自输出光束125的光的一部分。处理器或控制器150可以基于来自输出光束125的光的该部分从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间来确定到目标130的距离。激光雷达系统100还可以包括扫描器120，该扫描器120跨越激光雷达系统100的能视域扫描由光源110产生的输出光束125。

在特定实施例中，包括设置在种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530的光源110(例如，如图36-41中所示)可以是相干脉冲激光雷达系统100的一部分。光源110可以发射LO光430和包括光脉冲400的输出光束125，其中每个发射的光脉冲400与LO光430的相应部分相干。除了光源110之外，激光雷达系统100可以包括接收器140和处理器或控制器150。接收器140可以检测LO光430和接收的光脉冲410，其中LO光430和接收的光脉冲410在接收器140处相干混合在一起。接收的光脉冲410可以包括来自发射的光脉冲400之一的由位于距激光雷达系统100距离D的目标130散射的光，并且处理器或控制器150可以基于接收的光脉冲410的到达时间确定到目标130的距离。激光雷达系统100还可以包括扫描器120，该扫描器12跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125。

图43示出示例光源110的侧视图，该示例光源110包括具有光栅464的半导体光放大器(SOA)460。图43中的光栅464位于SOA波导463上方(在x方向中)并平行于SOA波导463。种子激光二极管450从正面452发射种子光440，并且种子光440经由输入端461耦合到SOA460的波导463中。此外，种子激光二极管450从背面451发射LO光430。图43中的种子激光二极管450可以将种子光440作为自由空间光束发射，该自由空间光束通过一个或多个透镜(图43中未示出)耦合到波导463中。可替代地，种子激光二极管450和SOA 460可以与(i)与输入端461结合或直接连接到输入端461的正面452或(ii)由一个或多个光波导479从种子激光二极管450耦合到SOA波导463的种子光440集成在一起。

图44示出示例光源110的顶视图，该示例光源110包括具有光栅464的半导体光放大器(SOA)460。SOA波导463是具有从输入端461到输出端462增加的宽度的锥形光波导，并且光栅464可以位于波导463的上方或下方(在x方向中)。光栅464可以在y方向中在SOA 460的整个宽度上延伸，或者光栅464可以在y方向中在SOA的一部分上延伸。例如，光栅464可以在y方向中在SOA波导463的大部分或全部上延伸，但可以不延伸到SOA 460的边缘。图44中的光栅464在SOA波导463的大部分上延伸，但不沿y方向延伸到SOA 460的边缘。在图44的示例中，种子激光二极管450的正面452可以直接连接到SOA 460的输入端461、与之组合或与之合并。可替代地，种子光440可以通过位于种子激光二极管450和SOA 460之间的一个或多个光学部件(例如，光波导479、光学隔离器530或分光器470)从正面452传送到输入端461。

在特定实施例中，被配置为发射光信号的光源110可以包括种子激光二极管450和具有光栅464的SOA 460。光栅464可以被称为布拉格光栅或光学栅格。种子激光二极管450可以产生种子光信号，并且SOA460可以放大种子光信号以产生发射的光信号。种子光信号可以包括或可以称为种子光440或种子激光器输出光472，并且种子光信号可以包括光脉冲或具有基本上恒定的光功率的光。发射的光信号可以称为输出光束125，并且发射的光信号可以包括光脉冲400(例如，如图43和44中所示)或具有基本上恒定光功率的光。

在特定实施例中，SOA460可以包括沿着纵向方向从SOA的输入端461延伸到SOA的输出端462的光波导463。图43和图44中的每个图中的SOA波导463中的虚线平行于z轴定向并且表示纵向方向(其可以被称为纵轴)。种子光440沿着SOA波导463在纵向方向中从输入端461传播到输出端462。SOA波导463可以引导和放大种子光440，而种子光440沿着波导463在纵向方向中从输入端461传播到输出端462。由SOA波导463提供给种子光440的光学增益可以由电子驱动器480提供给SOA460的SOA电流I₂产生。SOA电流I₂可以产生波导463中的电子载流子(例如，电子和空穴)，并且电子载流子可以通过光子的受激发射向种子光440提供光学增益。

由SOA波导463对种子光440提供的光学引导或限制可以来自折射率引导、增益引导或折射率和增益引导的组合。例如，波导463可以具有比SOA 460的周围材料更高的折射率，并且该折射率差可以在一个或两个横向方向中(例如，沿着x和/或y方向)为种子光440提供光学引导。作为另一示例，由SOA波导463提供的光学增益可以通过增益引导将种子光440限制在波导463内。由于波导463中的光学增益高于波导外部，因此种子光440可以被增益引导，使得它主要在较高增益波导463内传播，而不是在波导外部的较低增益或光损耗区域中传播。

在特定实施例中，SOA 460可以包括平行于SOA波导463定位的光栅464。光栅464(其可以被称为布拉格光栅或光学栅格)可以与波导463相邻(例如，在波导463的上方、下方或旁边)定位，或者光栅464可以至少部分地结合到波导463中。在图43和图44中的每个图中，光栅464平行于SOA波导463以及SOA波导463的纵轴延伸。在图43中，光栅464位于SOA波导463上方，而在图44中，光栅464可以位于SOA波导463上方或下方。在特定实施例中，光栅464可以包括一个或多个光栅区域。例如，光栅464可以包括位于SOA波导463上方、下方、旁边或至少部分位于SOA波导463内的单个光栅区域。作为另一示例，光栅464可以包括(i)在x方向中位于SOA波导463上方和下方或(ii)在y方向中位于SOA波导463任一侧的两个光栅区域。

在特定实施例中，光栅464可以包括具有沿SOA 460的纵轴变化的折射率的SOA460的区域。例如，光栅464的折射率可以随着沿纵向方向的距离而周期性变化。折射率的周期性变化可以是均匀的，具有恒定的光栅周期G。作为另一示例，光栅464可以包括相移，其中，在光栅的两个部分之间，光栅具有相位不连续性或折射率的离散变化。作为另一示例，光栅464的折射率可以以非均匀方式变化。具有非均匀光栅周期G的光栅464可以具有随着沿纵轴的距离而变化的光栅周期。非均匀光栅464可以是具有光栅周期G的啁啾光栅，该光栅周期G沿光栅长度线性、二次、指数或以任何其它合适的单调方式变化。

光栅464的折射率变化或轮廓可以具有任何合适的形状，诸如例如正弦、三角形、锯齿形、分段线性或方波形状。在图43中，光栅464由正弦形状表示，该正弦形状对应于折射率沿SOA 460长度的均匀周期性变化，周期长度为G。正弦曲线的峰可以对应于较高折射率的区域，并且正弦曲线的谷可对应于较低折射率的区域。在图44中，光栅464具有方波形状，其由沿纵轴定位的均匀间隔的矩形区域表示，具有均匀的光栅周期G。每个矩形区域可以对应于较高折射率的区域，并且其间的区域可以对应于低折射率的区域。

图43和图44中的每一个图中的光栅周期G可以具有任何合适的长度值，诸如例如大约0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm或10μm的长度。光栅周期G可以基于表达式G＝m·λ/(2n)选择，其中m是正整数，λ是种子光440的波长(其对应于输出光束125的波长)，并且n是波导463或SOA区域中光栅464所在区域中的材料的平均折射率。例如，对于(i)发射具有大约1540nm波长的输出光束125的光源110和(ii)具有大约3.35的折射率的SOA 460，光栅周期G可以是大约0.23μm。可替代地，光栅周期G可以是0.23μm的任何整数倍，诸如例如大约0.46μm(对于m＝2)、0.69μm(对于m＝3)或2.3μm(对于m＝10)。

包括在具有均匀光栅周期G的光栅464中的折射率周期的数量P可以从表达式P＝A/G来确定，其中A是光栅464沿纵轴的长度。如果光栅464沿SOA460的整个长度延伸，则光栅464的长度A可以大约等于放大器长度。可替代地，光栅464可以沿着放大器长度的一部分延伸(例如，光栅长度A可以是放大器长度的大约99％、90％、80％、70％、50％或任何其它合适的分数)。例如，SOA 460可以具有大约2mm的放大器长度，并且光栅464可以沿着SOA 460的长度延伸。如果光栅464具有大约0.23μm的光栅周期G，则光栅464可以包括大约8700个折射率周期。如果光栅464具有大约1.8mm的长度(例如，光栅464沿放大器长度的90％延伸)，则光栅464可以包括大约7800个折射率周期。

光栅464可以具有Δn的折射率变化，其中Δn是光栅464的最大和最小折射率之间的差。光栅464的归一化折射率变化可以表达为V_n＝Δn/n_avg，其中n_avg是光栅464或靠近光栅464的SOA区域中的材料的平均折射率。归一化的折射率变化可以具有任何合适的值，诸如例如小于或等于大约0.0001％、0.001％、0.01％、0.1％、1％或10％的值。例如，光栅464可以具有3.35的最大折射率和3.34的最小折射率，这对应于0.01的折射率变化和大约0.3％的归一化折射率变化。折射率变化Δn可以是基本上均匀的或者可以随着沿光栅464的长度的距离而改变。在图43中，折射率变化沿着光栅464的长度基本上是均匀的。可替代地，光栅464可以具有随着沿光栅的距离而改变的折射率变化Δn。例如，光栅464可以是变迹光栅，其中折射率变化Δn在光栅中心附近具有最大值并且随着光栅接近输入端461和输出端462而减小。

在特定实施例中，可以在制造SOA 460期间或之后在SOA 460中形成光栅464。例如，可以通过蚀刻掉具有折射率n₁的SOA材料的部分以产生与光栅464的折射率的周期性变化相对应的材料中的周期性变化来形成光栅464。在蚀刻掉材料之后，可以执行再生长工艺，其中具有不同折射率n₂的另一种材料被沉积到蚀刻的表面上。光栅464的折射率变化Δn可以对应于两个折射率之间的差，或|n₁-n₂|。

在特定实施例中，SOA光栅464可提供特定波长或频率范围内的光的分布式反射。例如，光栅464可以充当分布式光学反射器，该分布式光学反射器优先反射特定光学频率范围内的光并且对特定频率范围之外的光提供很少反射或不提供反射。光栅464的特定波长或频率范围可以称为反射带，并且光栅464的反射带可以具有特定的中心波长或频率以及特定的光谱宽度。例如，反射带可以大致以种子光440的波长为中心，使得光栅464的中心波长与种子光440的波长大致一致。作为另一示例，种子光440可以具有大约1505nm(其可以表达为大约199.2THz的光学频率)的波长，并且光栅464的反射带可以以大约1505nm为中心，具有大约1GHz的光谱宽度。

SOA光栅464可以被配置为使得沿SOA波导463传播的反射带内的光从波导463接收比反射带之外的光更大的光学增益。由SOA光栅464提供的光学反射可以被称为是分布式的，因为它沿着SOA波导463的长度发生并且不同于诸如光在金属镜表面处的反射的离散反射。可以设计光栅464(例如，通过选择光栅周期G、折射率变化Δn和折射率周期的数量P)，使得光栅464反射光的波长范围与种子光440的波长一致。种子光440可以在沿着SOA波导463从输入端461传播到输出端462的同时被放大。另外，种子光440的部分可以被光栅464在反向和前向方向中反射，并且种子光440的反射部分可以在从输出端462发射之前沿着SOA波导463来回传播。光栅464的反射带内的光在沿SOA波导463传播时可以接收比反射带之外的光更大的光学增益。由于由光栅464提供的种子光440的多次来回反射，与具有在光栅464的反射带之外的波长的光相比，种子光440可以经历行进通过SOA波导463的更长的有效长度和相应的更大的光学增益。例如，在光栅464的反射带内的光可以经历大于10dB的光学增益，而在反射带之外的光可以经历小于10dB的光学增益。

光栅464的反射带的光谱宽度可以具有任何合适的值，诸如例如小于或等于大约10MHz、50MHz、100MHz、300MHz、500MHz、1GHz、2GHz、10GHz、20GHz或100GHz的光谱宽度。例如，种子光440可以具有大约1550nm的波长，并且光栅464的反射带可以以大约1550nm为中心，具有小于2GHz的光谱宽度。作为另一示例，从SOA 460发射的输出光束125可以包括光脉冲400，并且光栅464的反射带的光谱宽度可以对应于发射的光脉冲400的光谱线宽。例如，反射带的光谱宽度可以大于或等于发射的光脉冲400的光谱线宽并且小于或等于发射的光脉冲400的光谱线宽的20倍。作为另一示例，反射带的光谱宽度可以大约等于发射的光脉冲400的光谱线宽，或者光谱宽度可以小于发射的光脉冲400的光谱线宽的大约2倍、3倍、5倍、10倍或20倍。作为另一示例，发射的光脉冲400可以具有大约3ns的脉冲持续时间和大约300MHz的光谱线宽。SOA光栅464的反射带的光谱宽度可以大约等于300MHz。可替代地，光谱宽度可以小于约500MHz、小于约1GHz或小于约2GHz。如关于包括具有光栅464的SOA 460的光源110所述的发射的光脉冲400的光谱线宽可以对应于如在此所述和如图17、27、31或40中所示的光谱线宽Δν₂。

在特定实施例中，SOA光栅464可以提供由SOA 460发射的输出光束125的光谱线宽的减小。包括种子激光二极管450和具有光栅464的SOA 460的光源110可以产生具有比具有不包括光栅的SOA的光源更窄的光谱线宽的输出光束125。输出光束125可以包括通过向SOA460提供电流I₂的脉冲而产生的光脉冲400。每个电流脉冲可以使SOA 460放大传播通过SOA波导463的种子光440的一部分以产生发射的光脉冲400。SOA 460还可以通过SOA波导463内的非线性光学效应或通过SOA 460和种子激光二极管450之间的耦合腔效应产生具有附加光学频率分量的光(例如，来自SOA 460的光可以与种子光440混合，从而产生附加光学频率分量)。附加光学频率分量可以包括波长在SOA光栅464的反射带的光谱宽度之外的不需要的光。由于SOA光栅464可以使SOA 460为反射带内的光提供更大的光学增益，因此相对于反射带内的光，可以抑制或衰减反射带之外的光学频率分量。例如，具有不包括光栅的SOA460的光源110可以产生具有3ns脉冲持续时间和大于10GHz的光谱线宽的光脉冲，并且具有包括光栅464的SOA 460的光源110可以产生光谱线宽小于1GHz的3ns光脉冲400。具有>10-GHz光谱线宽的光脉冲(由不具有光栅的SOA产生)可包括不需要的频率分量，该频率分量可能不会有助于3-ns脉冲的形成，并且可能会向输出光束添加不需要的光学噪声。通过向SOA460添加光栅464，发射的光脉冲400的光谱线宽可以包括很少或不包括位于光栅464的反射带之外的不需要的频率分量。结果，与由不具有光栅的SOA发射的光脉冲相比，从具有光栅464的SOA460发射的光脉冲400可以具有减少量的光学噪声。对于不包括光栅的光源，不需要的频率分量可对输出光束贡献附加光学噪声。对于包括具有光栅464的SOA 460的光源110，发射的光脉冲400可不包括附加的不需要的频率分量，并且因此与不包括光栅的光源相比，输出光束125可具有更少的光学噪声。此外，具有光栅464的SOA 460可以产生具有更高脉冲能量的光脉冲400，因为每个发射的光脉冲400的更多的光能位于光脉冲400的光谱线宽内并且更少的光能位于可能无助于脉冲形成的不需要的光谱范围内。

在特定实施例中，包括种子激光二极管450和具有布拉格光栅464的SOA 460的光源110还可以包括向种子激光二极管450和SOA 460提供电流的电子驱动器480。例如，电子驱动器480可以向种子激光二极管450提供基本上恒定的种子电流I₁，使得种子光440或种子激光器输出光472具有基本上恒定的光功率。另外或可替代地，电子驱动器480可以提供调制的或随时间变化的种子电流I₁，其导致由种子激光二极管450产生的种子光440的频率或幅度的偏移或调制。电子驱动器480可以向SOA460提供SOA电流I₂。SOA电流I₂可以包括电流脉冲，其中每个电流脉冲使SOA 460放大种子光440的时间部分以产生发射的光脉冲400。

在特定实施例中，具有种子激光二极管450和SOA 460的光源110可以被配置为三端子设备或四端子设备。三端子设备可以包括(i)共阴极和单独的电隔离阳极或(ii)共阳极和单独的电隔离阴极。种子激光二极管450和SOA 460可以各自具有阴极和阳极，并且共阴极配置可以指种子激光二极管450和SOA 460的阴极被电连接在一起成为可以连接到电子驱动器480的单个电端子或触点。可替代地，光源110可以被配置为具有种子激光阴极、SOA阴极和共阳极的三端子共阳极设备。共阳极配置可以指种子激光二极管450和SOA 460的阳极被电连接在一起以形成共阳极，而种子激光二极管450和SOA 460的阴极被电隔离。

电隔离的两个端子(例如，两个阳极或两个阴极)可以指具有大于它们之间的特定电阻值(例如，两个电隔离的阳极之间的电阻可以大于1kΩ、10kΩ、100kΩ或1MΩ)的两个端子。电连接的两个端子(例如两个阳极或两个阴极)可以指具有小于它们之间的特定电阻值的两个端子(例如两个电连接的阴极之间的电阻可以小于1kΩ、100Ω、10Ω或1Ω)。可以通过通过衬底组合或电连接相应阳极或阴极来提供共阳极或共阴极配置。例如，衬底可以包括磷化铟(InP)，并且种子激光二极管450和SOA460可以各自包括生长在InP衬底上的InGaAs或InGaAsP半导体结构。InP衬底可以是n掺杂或p掺杂的，使得它是导电的，并且种子激光二极管450和SOA 460的阳极或阴极可以各自电连接到InP衬底，使得InP衬底充当共阳极或阴极。

在图36-41和43-46中示出以及本文描述的一个或多个光源110可以被配置为三端子设备(具有共阴极或共阳极)或四端子设备。例如，图44中的光源110可以被配置为在电子驱动器480和这三个电端子或触点中的每一个电端子或触点之间具有电连接的三端子共阴极设备：(i)种子激光器阳极，(ii)SOA阳极，以及(iii)共阴极。在三端子共阴极设备中，种子激光器阳极和SOA阳极可以彼此电隔离，并且电子驱动器480可以通过向种子激光器阳极和SOA阳极提供单独的电信号来驱动种子激光二极管450和SOA 460。共阴极可以充当来自种子激光二极管450和SOA460的电流的公共返回路径以组合并返回到电子驱动器480。在四端子光源110中，种子激光器阳极和SOA阳极可以彼此电隔离，并且种子激光器阴极和SOA阴极可以彼此电隔离，而不是具有共阴极。例如，图40中的光源110可以被配置为具有两个电隔离阳极(例如，种子激光器阳极和SOA阳极)和两个电隔离阴极(例如，种子激光器阴极和SOA阴极)的四端子设备。被配置为四端子设备的光源110可以具有电隔离阳极和电隔离阴极，并且电子驱动器480可以与SOA 460的阳极和阴极分开或独立地驱动种子激光二极管450的阳极和阴极。

在特定实施例中，包括种子激光二极管450和具有布拉格光栅464的SOA 460的光源110也可以包括光纤放大器500。光纤放大器500可以类似于在图13-14中所示并在本文描述的光纤放大器。光纤放大器500可以接收来自SOA 460的光信号并进一步放大该光信号以产生输出光束125。例如，SOA 460可以放大种子光440的部分以产生光脉冲，并且光纤放大器500可以进一步放大光脉冲以产生包括发射的光脉冲400的输出光束125。

在特定实施例中，包括种子激光二极管450和具有布拉格光栅464的SOA 460的光源110还可以包括光学隔离器530或分光器470。例如，包括具有光栅464的SOA 460的光源110还可以包括位于种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530。另外，光源110可以包括分离出种子激光器输出光472的一部分以产生LO光430的分光器470。作为另一示例，对于图36-41中所示并在本文中描述的光源110中的每一个光源，SOA 460可以包括布拉格光栅464。

在特定实施例中，包括种子激光二极管450和具有布拉格光栅464的SOA 460的光源110可以是激光雷达系统100的一部分。例如，图43或44中所示并且本文描述的光源110可以是激光雷达系统100的一部分。光源110可以发射输出光束125，并且除了光源110之外，激光雷达系统100可以包括扫描器120、接收器140、以及处理器或控制器150。扫描器120可以将输出光束125引导到激光雷达系统100的能视域中(例如，扫描器120可以跨越能视域扫描输出光束125)。接收器140可以检测输入光束135，该输入光束135包括被位于距激光雷达系统100距离D的目标130散射的来自输出光束125的光的一部分。处理器或控制器150可以基于来自输出光束125的光的该部分从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间来确定到目标130的距离。

在特定实施例中，SOA光栅464可以被配置为使得沿着在光栅464的反射带内的SOA波导463传播的光从波导463接收比反射带之外的光更大的光学增益。例如，种子光440的波长可以与反射带一致，并且与具有在光栅464的反射带之外的波长的光相比，种子光440可以经历更大的光学增益。在特定实施例中，SOA光栅464的反射带的光谱宽度可以对应于接收器140的电带宽。例如，在包括具有光栅464的SOA 460的激光雷达系统100中，光栅反射带的光谱宽度可以大约等于接收器140的电带宽。反射带的光谱宽度可以小于2GHz并且可以大约等于接收器140的电带宽。相应地，反射带的光谱宽度可以是大约200MHz、300MHz、500MHz、1GHz或2GHz，并且接收器140的电带宽可以是大约200MHz、300MHz、500MHz、1GHz或2GHz。作为另一示例，接收器140可具有(i)大于或等于反射带的光谱宽度的一半和(ii)小于或等于反射带的光谱宽度的两倍的电带宽。

在特定实施例中，由SOA 460发射的光脉冲400的光谱线宽可以对应于接收器140的电带宽。例如，在包括具有光栅464的SOA 460的激光雷达系统100中，光栅464和接收器140可以被配置为使得发射的光脉冲400的光谱线宽可以大约等于接收器140的电带宽。光脉冲400的光谱线宽可以小于2GHz并且可以大约等于接收器140的电带宽。相应地，光脉冲400的光谱线宽可以是大约200MHz、300MHz、500MHz、1GHz或2GHz，并且接收器140的电带宽可以是大约200MHz、300MHz、500MHz、1GHz或2GHz。作为另一示例，接收器140可具有(i)大于或等于光脉冲400的光谱线宽的一半和(ii)小于或等于光脉冲400的光谱线宽的两倍的电带宽。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括接收器140，其电带宽对应于或匹配于(i)SOA光栅464的反射带的光谱宽度或(ii)由SOA 460发射的光脉冲400的光谱线宽。可称为接收器140的频率响应的接收器140的电带宽表示接收器140可检测输入光信号135的频率范围。例如，可以通过设定作为接收器140的放大器350的一部分的低通滤波器的频率响应来配置接收器140的电带宽。使接收器电带宽与反射带的光谱宽度或光脉冲400的光谱线宽匹配可以包括电带宽大约等于反射带的光谱宽度或光脉冲400的光谱线宽。例如，具有300-MHz电带宽的接收器150可以被配置为检测具有大约300MHz光谱线宽的接收的光脉冲410。作为另一示例，接收器140的电带宽可以被配置为在反射带的光谱宽度或光脉冲400的光谱线宽的大约±20％内。通过将接收器140的电带宽与反射带的光谱宽度或光脉冲400的光谱线宽相匹配，接收器140可以检测接收的光脉冲410，而不会向由放大器350产生的电压信号360增加明显的失真或噪声。如果接收器140的电带宽小于光脉冲400的光谱线宽，则接收器140可能会扭曲或丢失与接收的光脉冲410相关联的信息。相反，如果接收器140的电带宽超过光脉冲的光谱线宽，则接收器140可对由放大器350产生的电压信号360贡献过多的噪声。

在特定实施例中，包括种子激光二极管450和具有布拉格光栅464的SOA 460的光源110可以是相干脉冲激光雷达系统100的一部分。例如，图43或图44中所示并且在本文中描述的光源110可以是相干脉冲激光雷达系统100的一部分。光源110可以发射LO光430和包括光脉冲400的输出光束125，其中每个发射的光脉冲400与LO光430的相应部分相干。除了光源110之外，激光雷达系统100可以包括接收器140和处理器或控制器150。接收器140可以检测LO光430和接收的光脉冲410，其中LO光430和接收的光脉冲410在接收器140处相干混合在一起。接收的光脉冲410可以包括来自发射的光脉冲400之一的光，该光被位于距激光雷达系统100距离D的目标130散射，并且处理器或控制器150可以基于接收的光脉冲410的到达时间来确定到目标130的距离。激光雷达系统100还可以包括扫描器120，该扫描器120跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125。

图45示出集成到光子集成电路(PIC)455中的示例光源110和接收器140。光源110的至少一部分或接收器140的至少一部分可以设置在PIC 455之上或之中，并且光源110、接收器140和PIC 455可以是激光雷达系统100的一部分。在特定实施例中，包括具有输入光学元件482的PIC 455的激光雷达系统100可以包括光源110、接收器140、以及处理器或控制器150。光源110可发射输出光束125(其可称为光信号或发射的光信号)，并且接收器140可包括一个或多个检测器340，该检测器340被配置为检测输入光束135，该输入光束135包括被位于距激光雷达系统100距离D的目标130散射的输出光束125的一部分。输入光学元件482(其可以包括光栅耦合器483或锥形光波导484)可以接收输入光束135，并将输入光束135耦合到输入光波导479a中。处理器或控制器150可以基于散射输出光束125的一部分从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间来确定到目标130的距离。处理器或控制器150的全部或一部分可以附接到PIC 455、电耦合到PIC 455或位于PIC 455附近。激光雷达系统100还可以包括将输出光束125引导到激光雷达系统100的能视域中的扫描器120。例如，扫描器120可以接收来自光源110的输出光束125，并且跨越能视域扫描输出光束125。

在图45的示例中，光源110发射包括光脉冲400的输出光束125，并且接收器140检测包括接收的光脉冲410的输入光束135，其可以包括被目标130散射的来自发射的光脉冲400的光。图45中的PIC 455包括以下光学部件：种子激光二极管450、隔离器530、SOA 460、输出透镜490a、输入透镜490b、输入光学元件482以及检测器340。此外，PIC 455包括光波导479，该光波导479将来自一个光学部件的光传送到另一个光学部件。放大器350或脉冲检测电路365可以附接到PIC 455、电耦合到PIC 455或位于PIC 455附近。光源110或接收器140的一个或多个光学部件可以单独制造，并且然后与PIC 455集成或附接到PIC 455。例如，种子激光二极管450、隔离器530、SOA 460、透镜490a和490b、输入光学元件482或检测器340可以单独制造，并且然后集成到或附接到PIC455。

在特定实施例中，PIC 455可以包括输入光学元件482，该输入光学元件482接收输入光束135(其可以被称为输入光信号或接收的光信号)并将输入光束135耦合到输入光波导479a中。在图45中，输入透镜490b将输入光束135聚焦到输入光学元件482中。输入光学元件482接收输入光束135并将输入光束135耦合到输入光波导479a中，该输入光波导479a将输入光束135引导到检测器340。检测器340产生与输入光束135相对应的光电流信号i，并且光电流信号i被电子放大器350放大，该电子放大器350产生与光电流信号i相对应的电压信号360。

图46示出集成到光子集成电路(PIC)455中的示例光源110和接收器140，该光子集成电路是相干脉冲激光雷达系统100的一部分。在特定实施例中，相干脉冲激光雷达系统100可以包括光源110、接收器140、具有输入光学元件482的PIC 455、以及处理器或控制器150。光源110的至少一部分或接收器140的至少一部分可以设置在PIC 455之上或之中。在图46的示例中，光源110和接收器140二者设置在PIC 455之上或之中。作为另一示例，接收器140可以设置在PIC 455之上或之中，并且光源可以与PIC 455分开封装。光源110可以发射(i)LO光430和(ii)包括光脉冲400的输出光束125，其中每个发射的光脉冲400与LO光430的相应部分相干。接收器140可以包括一个或多个检测器340，该检测器340检测LO光430和接收的光脉冲410，其中LO光430和接收的光脉冲410在接收器140处相干混合在一起。接收的光脉冲410可以包括被位于距激光雷达系统100距离D的目标130散射的来自发射的光脉冲400之一的光，并且处理器或控制器150可以基于接收的光脉冲410的到达时间来确定到目标130的距离。处理器或控制器150的全部或一部分可以附接到PIC 455、电耦合到PIC455或位于PIC 455附近。包括具有输入光学元件482的PIC 455的相干脉冲激光雷达系统100还可以包括扫描器120，该扫描器120跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125。

在图46的示例中，光源发射包括光脉冲400的输出光束125，并且接收器140检测包括接收的光脉冲410的输入光束135，其可以包括被目标130散射的来自发射的光脉冲400的光。图46中的PIC 455包括以下光学部件：种子激光二极管450、隔离器530、分光器470、SOA460、输出透镜490a、偏振元件465、输入透镜490b、输入光学元件482、组合器420以及检测器340a和340b。此外，PIC 455包括将光从一个光学部件传送到另一个光学部件的光波导479。放大器350或脉冲检测电路365可以附接到PIC 455、电耦合到PIC 455或位于PIC 455附近。光源110或接收器140的一个或多个光学部件可以单独制造，并且然后与PIC455集成或附接到PIC 455。例如，种子激光二极管450、隔离器530、SOA460、透镜490a和490b、输入光学元件482或检测器340a和340b可以单独制造，并且然后集成到或附接到PIC 455。

在图46中，输入透镜490b将输入光束135(其包括接收到的光脉冲410)聚焦到输入光学元件482中。输入光学元件482接收光脉冲410并将光脉冲410耦合到输入光波导479a中。输入光波导479a连同一个或多个附加光波导479被配置为将LO光430和接收的光脉冲410经由组合器420传送到检测器340a和340b。输入光波导479a将接收的脉冲光410引导到组合器420，该组合器420将接收的光脉冲410与LO光430组合并将组合光束422a和422b引导到相应的检测器340a和340b。LO光430和接收的光脉冲410在检测器340a和340b处相干混合在一起，并且检测器340a和340b产生相减的光电流信号i_a-i_b，该光电流信号被引导到放大器350。

图45或46中所示的PIC 455可以类似于图11、26、28、29、34或39中所示的PIC 455。图45或46中所示的一些光学部件可以被配置为以与本文所述和图11、26、28、29、34或39中的PIC 455中所示的相应光学部件类似的方式操作。例如，图45和46中的光波导479可以类似于图34或39中所示并在本文中描述的波导479。作为另一示例，图46中的分光器470可以类似于图11、26、28、34或39中所示并在本文中描述的分光器。图46中的分光器470是光波导分光器，其分离种子激光器输出光472以产生种子光440(其被引导到SOA 460)和LO光430(其被引导到接收器140)。作为另一示例，图46中的集成光学组合器420可以类似于图19或34中所示并在本文描述的集成光学组合器420。图46中的组合器420是如下集成光学组合器420，其组合LO光430和接收的光脉冲410并将组合光束422a引导到检测器340a以及将组合光束422b引导到检测器340b。

包括具有输入光学元件482的PIC 455的激光雷达系统100的接收器140可以包括1、2、4、8或任何其它合适数量的检测器340。在图46的示例中，接收器140包括一个集成光学组合器420以及两个检测器340a和340b。集成光学组合器420组合LO光430和接收的光脉冲410并产生两个组合光束422a和422b。检测器340a检测组合光束422a(其包括组合LO光430和接收的光脉冲410的第一部分)，并且检测器340b检测组合光束422b(其包括组合LO光430和接收的光脉冲410的第二部分)。作为另一示例，接收器140可以包括一个集成光学组合器420和一个检测器340(例如，组合器可以组合LO光430和接收的光脉冲410以产生被引导到检测器340的一个组合光束)。作为另一示例，接收器140可以包括两个集成光学组合器420和四个检测器340(例如，一个组合器420和两个检测器340可以组合和检测第一偏振分量，并且另一个组合器420和两个检测器340可以组合和检测与第一偏振分量正交的第二偏振分量)。作为另一示例，接收器140可以包括集成光学90度光学混合器428和四个检测器340(例如，如图20中所示并且在本文中描述)。作为另一示例，接收器140可以包括两个集成光学90度光学混合器428和八个检测器340(例如，一个90度光学混合器428和四个检测器340可以组合和检测第一偏振分量，而另一个90度光学混合器428和四个检测器340可以组合和检测与第一偏振分量正交的第二偏振分量)。

包括具有输入光学元件482的PIC 455的激光雷达系统100可以包括任何合适类型的光源110。例如，具有输入光学元件482的基于PIC的激光雷达系统100的光源110可以包括产生自由空间输出光束125的直接发射器激光二极管。光源110还可以包括准直输出光束125的输出透镜。直接发射器激光二极管可以由向激光二极管提供电流脉冲的电子驱动器480驱动，并且直接发射器激光二极管可以直接发射光脉冲400作为自由空间输出光束125。光源110可以与PIC 455分开封装，或者光源110的全部或一部分可以集成到PIC 455中。例如，直接发射器激光二极管可以与PIC 455分开放置或者可以集成到PIC 455中。

在图45中，光源110包括种子激光二极管450和SOA 460。种子激光二极管450产生种子光440，该种子光440由SOA 460放大以产生输出光束125。SOA 460具有锥形波导463，其中SOA波导463的宽度从输入端461到输出端462增加。光源110还包括接收和准直输出光束125的输出透镜490a。光源110可以包括电子驱动器480(图45中未示出)，其(i)向种子激光二极管450提供调制的或基本上恒定的电流，以及(ii)向SOA 460提供电流脉冲。SOA 460可以将种子光440的时间部分放大以产生包括发射的光脉冲400的输出光束125。光源110还可以包括光纤放大器500(图45中未示出)。可以与图13-14中所示和本文所述的放大器类似的光纤放大器500可接收来自SOA 460的光信号并进一步放大该光信号以产生输出光束125。例如，SOA 460可以放大种子光440的时间部分以产生光脉冲，并且光纤放大器500可以进一步放大光脉冲以产生包括发射的光脉冲400的输出光束125。

在图46中，光源110包括发射种子激光器输出光472的种子激光二极管450，该种子激光器输出光472被分光以产生种子光440和LO光430。具有锥形波导463的SOA 460将种子光440放大以产生输出光束125。例如，SOA 460可以放大种子光440的时间部分以产生包括发射的光脉冲400的输出光束125，其中种子光440的每个放大的时间部分对应于发射的光脉冲400之一。光源110还可以包括进一步放大由SOA 460产生的光的光纤放大器500(图46中未示出)。例如，SOA 460可以放大种子光440的部分以产生光脉冲，并且光纤放大器500可以进一步放大光脉冲以产生包括发射的光脉冲400的输出光束125。

在特定实施例中，包括具有输入光学元件482的PIC 455的激光雷达系统100可以包括具有光学隔离器530的光源110。在图45和46中的每一个图中，光源110包括种子激光二极管450、光学隔离器530和SOA 460，其中光学隔离器530位于种子激光二极管450和SOA460之间。图45和图46中每一个图中示出的光学隔离器530可以是集成光学隔离器530并且可以类似于图38、39或40中所示并在本文中描述的隔离器。例如，图46中的隔离器530可以包括法拉第型隔离器或滤波器型隔离器并且可以被配置为(i)将种子光440传输到SOA 460和(ii)减少从SOA 460朝向种子激光二极管450传播的光量。

在特定实施例中，包括具有输入光学元件482的PIC 455的激光雷达系统100可以包括具有包括光栅464的SOA 460的光源110。图45和图46中的每一个图中所示的SOA 460可以类似于图43或图44中所示并在本文中描述的SOA 460。例如，图45和图46中的每一个图中示出的SOA460可以包括布拉格光栅464，该布拉格光栅464提供特定波长或频率范围内的光的分布式反射。

在特定实施例中，包括具有输入光学元件482的PIC 455的相干脉冲激光雷达系统100可以包括光学偏振元件465。例如，图46中的光学偏振元件465可以改变LO光430的偏振，使得LO光430和接收的光脉冲410可以相干混合。偏振元件465可以确保接收的光脉冲410和LO光430的至少一部分具有在相同方向中定向的偏振。偏振元件465可以包括一个或多个四分之一波片、一个或多个半波片、一个或多个光学偏振器、一个或多个光学去偏振器或其任何合适的组合。例如，偏振元件465可以包括将由种子激光二极管450产生的线偏振LO光430转换成圆形或椭圆偏振光的四分之一波片。在图46的示例中，偏振元件465可以是集成光学元件。

在特定实施例中，包括具有输入光学元件482的PIC 455的激光雷达系统100可以被包括在车辆中。例如，激光雷达系统100可以提供关于车辆周围或车辆正在移动通过的环境的信息。该信息可以包括距位于车辆环境内的一个或多个相应目标130的一个或多个距离。车辆可以包括车辆导航系统，该车辆导航系统(i)接收关于车辆正在移动通过的环境的信息，并且(ii)向车辆的一个或多个操作子系统(例如，制动器、加速器、转向机构、灯或转向信号)提供指令以帮助引导车辆通过环境。例如，车辆导航系统可以是高级驾驶员辅助系统(ADAS)，并且提供给操作子系统的指令可以帮助车辆驾驶员操作车辆。作为另一示例，车辆可以是自主车辆，并且车辆导航系统可以是向操作子系统提供指令以自主引导车辆通过环境的自主车辆驾驶系统。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括具有输入光学元件482的PIC 455，该输入光学元件482接收输入光束135并将输入光束135耦合到输入光波导479a中。激光雷达系统100可以包括具有一个或多个检测器340的接收器140，该检测器340检测输入光束135的至少一部分。输入光波导479a可以是PIC 455的一个或多个光波导479之一，其将输入光束135传送到一个或多个检测器340。在图45中，PIC 455包括将输入光束135从输入光学元件482传送到检测器340的输入光波导479a。在图46中，除了将输入光束135从输入光学元件482传送到组合器420的输入光波导479a之外，PIC还包括与组合器420相关联的四个光波导479。组合器420是集成光学组合器，其包括或者耦合到四个光波导479，该四个光波导479将LO光430和输入光束135传送到组合器420中并将组合光束422a和422b传送到相应检测器340a和340b。

图47示出被配置为接收输入光束135的示例锥形光波导484。在特定实施例中，PIC455的输入光学元件482可以包括锥形光波导484。锥形光波导484(其可以被称为输入光学元件482)可以接收输入光束135并将输入光束135耦合到输入光波导479a中。锥形光波导484可以包括(i)接收输入光束135的前端466和(ii)将输入光束135耦合到输入光波导479a中的后端467。锥形光波导484可以被配置为将输入光束135从前端466传送到后端467并且将输入光束135耦合到输入光波导479a中而没有过多的光损耗。例如，在锥形光波导484的前端466处接收的来自输入光束135的大于60％、70％、80％或90％的光可以耦合到输入光波导479a中。

锥形光波导484可以具有从前端466到后端467减小的波导宽度。在图47中，锥形光波导484在前端466处具有宽度W，并且波导宽度朝向后端467线性减小。例如，锥形光波导484在前端466处的宽度W可以小于或等于大约1mm、500μm、200μm、100μm、50μm或20μm。后端467处的波导宽度可以大约等于输入光波导479a的宽度。例如，后端467处的波导宽度和输入光波导479a的宽度可以各自小于或等于大约50μm、20μm、10μm、5μm或1μm。

锥形光波导484可以具有与沿波导宽度定位的光波导484的两个边缘相对应的两个边界。锥形光波导484的边界可以具有任何合适的形状。例如，锥形光波导484的边界的至少一部分可以具有线性、正弦、指数、抛物线或高斯形状。图47中的锥形光波导484的两个边界中的每一个边界具有线性或直线形状。

图48示出具有包括正弦形状的边界的示例锥形光波导484a。锥形光波导484a的任一侧的每个边界具有沿着从前端466到后端467的方向延伸的正弦形状。

图49示出具有包括指数形状的边界的示例锥形光波导484b。锥形光波导484b的任一侧的每个边界具有沿着从前端466到后端467的方向延伸的指数形状。

在特定实施例中，锥形光波导484可以是绝热锥形光波导。绝热锥形光波导484可以指沿着波导484传送输入光束135并将输入光束135耦合到输入光波导479a中而没有过度损耗的锥形波导。例如，在绝热锥形光波导484的前端466处接收的来自输入光束135的大于或等于60％、70％、80％或90％的光可以耦合到输入光波导479a中。绝热锥形光波导484可以将输入光束135作为高斯光模传送通过波导484。

在特定实施例中，锥形光波导484可以具有表示波导484的边缘或边界之间的角度的波导锥角δ。在图47中，波导锥角δ对应于锥形光波导484的两条直线边界之间的角度。图48和49中的锥形光波导484a和484b中的每一个锥形光波导的锥角δ对应于两条虚线之间的角度，其中每条虚线可以表示对波导的边缘或边界的直线拟合或近似。锥形光波导484可以设计成使得锥角δ小于大约λ/(W·n)，其中λ是输出光束125或输入光束135的波长，W是前端466处的锥形光波导484的宽度，并且n是锥形光波导484的折射率。例如，对于1550nm的输入光束波长、100μm的输入端宽度和1.5的波导折射率，锥形光波导的锥角可以选择为小于或等于大约0.01弧度(或小于或等于大约0.6度)。

锥形光波导484和输入光波导479a可以制造在PIC 455的衬底上或之中。例如，PIC455可以由任何合适的衬底材料制造，诸如例如硅、InP、玻璃(例如二氧化硅)、聚合物或电光材料(例如铌酸锂或钽酸锂)。锥形光波导484和输入光波导479a可以使用微制造技术(诸如例如光刻、沉积或蚀刻)形成在PIC衬底上或之中。例如，锥形光波导484和输入光波导479a可以通过沉积材料或选择性蚀刻材料以在衬底上形成脊或通道波导而形成在玻璃或硅衬底上。作为另一示例，锥形光波导484和输入光波导479a可以通过将材料注入或扩散到衬底中(例如，通过将钛扩散到LiNbO₃衬底中)以在衬底中形成具有比周围衬底材料更高的折射率的区域来形成。

在特定实施例中，锥形光波导484的前端466可以包括抗反射(AR)涂层，该涂层降低前端466在输出光束125或输入光束135的波长处的反射率。AR涂层可以包括介电涂层，该介电涂层在输入光束135的波长处提供小于5％、2％、0.5％、0.1％的反射率或任何其它合适的反射率值。AR涂层可以减少来自输入光束135的被前端466反射的光量，这进而可以增加来自输入光束135的耦合到锥形波导484中的光量。例如，输出光束125和输入光束135的波长可以是大约1550nm，并且在没有AR涂层的情况下，前端466在1550nm处可以具有大约10％的反射率。AR涂层可以沉积在前端466上，并且AR涂层可以将1550nm处的反射率降低到小于1％(这对应于前端反射率的大于90％的降低)。AR涂层可以将前端466的反射率降低大于或等于50％、80％、90％、98％或任何其它合适的百分比。

在特定实施例中，包括具有锥形光波导484的PIC 455的激光雷达系统100可以包括输入透镜490b，该输入透镜490b经由前端466将输入光束135聚焦到锥形光波导484中。在图47中，输入透镜490b接收输入光束135并将输入光束135聚焦到锥形光波导484中。聚焦的输入光束135传播通过前端466并耦合到锥形光波导484中。输入透镜490b可以附接到PIC455、连接至PIC 455或与PIC 455集成。例如，输入透镜490b可直接附接到锥形光波导484的前端466。作为另一示例，输入透镜490b可附接或连接到PIC 455并且位于距锥形光波导484的前端466一定距离处。

图50示出被配置为接收输入光束135的示例光栅耦合器483。在特定实施例中，PIC455的输入光学元件482可以包括光栅耦合器483。可以被称为输入光学元件482的光栅耦合器483可以接收输入光束135并将输入光束135耦合到输入光波导479a中。光栅耦合器483可以包括具有折射率的周期性变化的衍射光栅。图50中的光栅耦合器483具有具有均匀光栅周期G的折射率周期性变化的衍射光栅。衍射光栅可以通过沉积或注入材料或通过选择性地蚀刻材料以形成具有不同折射率的材料的周期性图案而形成在PIC 455之上或之中。在图50中，光栅耦合器483由方波型结构表示，其中峰可以对应于具有较高折射率的区域，而谷可以对应于具有较低折射率的区域。光栅耦合器483的折射率变化或轮廓可以具有任何合适的形状，诸如例如正弦、三角形、锯齿形、分段线性或方波形状。光栅耦合器483的折射率的周期性变化可以被配置为衍射或成角度地偏转输入光束135的波长处的光，使得输入光束135耦合到输入光波导479a中。输入光束135可以以一定角度入射到光栅耦合器483上，并且光栅耦合器483可以衍射输入光束135，使得它沿着PIC 455的平面(例如，x-y平面)被引导并耦合到输入光波导479a中。如图50中所示，输入光波导479a的至少一部分可以在光栅耦合器483下方延伸。包括具有光栅耦合器483的PIC 455的激光雷达系统100还可以包括将输入光束135聚焦到光栅耦合器483上的输入透镜490b。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括具有输入光学元件482的PIC 455，该输入光学元件482包括光子晶体和超材料中的一种或多种。光子晶体可以包括可以影响或改变传播通过光子晶体的光的运动的周期性光学纳米结构。超材料可以包括具有小于输入光束135的波长的尺度的特征或重复图案的工程材料，并且超材料可以影响或改变传播通过超材料的光的运动。例如，输入光学元件482的光栅耦合器483或锥形光波导484可以包括被配置为接收输入光束135或将输入光束135耦合到输入光波导479a中的光子晶体或超材料。作为另一示例，输入光学元件482可以包括与光栅耦合器483或锥形光波导484组合的光子晶体或超材料。

图51示出包括光栅耦合器483和锥形光波导484的示例输入光学元件482的侧视图。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括具有输入光学元件482的PIC 455，该输入光学元件482包括光栅耦合器483和锥形光波导484。输入光束135可以被光栅耦合器483成角度地偏转并耦合到锥形光波导484中，并且然后锥形光波导484可以将输入光束135耦合到输入光波导479a中。

在图51中，光栅耦合器483由周期性方波型结构表示，其对应于具有沿x轴的折射率周期性变化的衍射光栅。光栅耦合器483具有具有均匀光栅周期G的折射率的周期性变化。锥形光波导484与光栅耦合器483相邻、平行于光栅耦合器483和在光栅耦合器483下方定位。输入透镜490b将输入光束135聚焦到光栅耦合器483上，并且光栅耦合器483成角度地偏转输入光束135以在x方向中并平行于x-y平面传播，该x-y平面对应于锥形光波导484的平面。输入光束135然后被耦合到锥形光波导484，该锥形光波导484引导输入光束135并将其引向锥形光波导484的后端467。后端467耦合到输入光波导479a，并且输入光束135可以经由后端467耦合到输入光波导479a。

图52示出图51的示例输入光学元件的顶视图。为清楚起见，输入透镜490b未包括在图52中。在特定实施例中，光栅耦合器483的衍射光栅可以相对于与输入光束135的输入方向正交的轴弯曲。在图52中，输入光束135的方向与y轴正交，并且周期性衍射光栅结构的折射率区域相对于y轴弯曲。光栅耦合器483的弯曲形状可以提高光栅耦合器483接收和成角度地偏转在一定角度范围内引导的输入光135的能力。例如，输入光135可以分布在角度范围内(例如，从-5°到+5°)，并且弯曲的衍射光栅结构可以允许光栅耦合器483比具有定向为直线且平行于y轴的折射率区域的衍射光栅成角度地偏转更多的输入光135。

图53示出示例输入光学元件482，该示例输入光学元件482包括具有幅度改变的折射率变化(Δn)的光栅耦合器483。在特定实施例中，光栅耦合器483可以包括衍射光栅，该衍射光栅具有沿光栅耦合器483的纵轴改变幅度的折射率变化。在图53中，光栅耦合器483的纵轴平行于x轴并且平行于输入光束135在锥形波导484中传播时沿其行进的轴。折射率变化(Δn)对应于光栅耦合器483的最大和最小折射率之间的差。折射率变化(Δn)的幅度可以随着沿光栅耦合器483的纵轴的距离而单调增加或减小。另外，折射率变化(Δn)的幅度可以沿着光栅耦合器483的长度线性地、二次地、指数地或以任何其它合适的单调方式改变。在图53中，折射率变化(Δn)的幅度在锥形波导484的前端466附近最大，并且随着沿x轴朝向后端467的距离单调且近似线性地减小。在后端467附近具有带有较小折射率变化(Δn)的光栅耦合器483可以导致输入光束135从锥形波导484的后端467到输入光波导479a的耦合效率提高。

图54示出示例输入光学元件482，其包括具有啁啾衍射光栅的光栅耦合器483。在特定实施例中，光栅耦合器483可以包括啁啾衍射光栅，其中啁啾衍射光栅的光栅周期G沿着光栅耦合器483的纵轴改变。啁啾衍射光栅的周期G可以随着沿光栅耦合器483的纵轴的距离而增加或减少。另外，周期G可以沿光栅耦合器483的长度线性、二次、指数或以任何其它合适的单调方式改变。在图54中，光栅周期G在锥形波导484的前端466附近最短，并且随着沿x轴朝向后端467的距离单调增加。具有啁啾光栅耦合器483可以提高光栅耦合器483接收并且成角度地偏转在一定角度范围内引导的输入光135的能力。

图55示出用于确定从激光雷达系统100到目标130的距离的示例方法。方法5500可以开始于步骤5510，其中激光雷达系统100的光源110发射(i)本地振荡器(LO)光430和(ii)光脉冲400，其中每个发射的光脉冲400与LO光430的相应部分相干。发射LO光430和光脉冲400可以包括：(i)通过光源110的种子激光器450产生种子光440和LO光430，以及(ii)通过光源110的脉冲光放大器460放大种子光440的时间部分以产生发射的光脉冲400，其中种子光的每个放大的时间部分对应于发射的光脉冲之一。例如，种子激光器可以包括种子激光二极管450并且脉冲光放大器可以包括半导体光放大器(SOA)410。在步骤5520处，激光雷达系统100的接收器140可以检测LO光430和接收的光脉冲410，接收的光脉冲包括来自发射的光脉冲之一的光，该光被位于距激光雷达系统100一定距离的目标130散射。LO光430和接收的光脉冲410可以在接收器140处相干混合在一起。检测LO光430和接收的光脉冲410可以包括：(i)由接收器140的一个或多个检测器340产生与LO光430和接收的光脉冲410的相干混合相对应的一个或多个相应的光电流信号，以及(ii)通过接收器140的脉冲检测电路365并且至少部分地基于一个或多个光电流信号来确定接收的光脉冲410的到达时间。例如，接收的光脉冲410的到达时间可以对应于发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间。在步骤5530处，从激光雷达系统100到目标130的距离D可以至少部分地基于接收的光脉冲的到达时间来确定，在该点，方法5500可以结束。例如，处理器或控制器150可以至少部分地基于发射的光脉冲的往返时间来确定距离D。距离D可由表达式D＝c·ΔT/2确定，其中c是光速，并且ΔT是往返时间。

下面描述的各种示例方面针对(A)包括位于种子激光二极管450和SOA 460之间的光学隔离器530的光源110，(B)包括具有光栅464的SOA460的光源110，和(C)包括具有输入光学元件482的PIC 455的激光雷达系统100。

方面1A.一种被配置为发射光信号的光源，该光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号以产生发射的光信号；以及光学隔离器，其设置在种子激光二极管和SOA之间，其中，光学隔离器被配置为(i)将种子光信号传输到SOA，以及(ii)减少从SOA朝向种子激光二极管传播的光量。

方面2A.根据方面1A所述的光源，其中，光学隔离器是被配置为将种子光信号作为自由空间光束传输的自由空间隔离器。

方面3A.根据方面1A所述的光源，其中，光学隔离器是光纤隔离器，该光纤隔离器包括(i)将种子光信号从种子激光二极管引导到光纤隔离器的输入光纤，以及(ii)将种子光信号从光纤隔离器引导到SOA的输出光纤。

方面4A.根据方面1A所述的光源，其中，光学隔离器是集成光学隔离器，该集成光学隔离器包括设置在隔离器的一个或多个光波导内或与之相邻的一种或多种法拉第旋转器材料。

方面5A.根据方面4A所述的光源，其中，一种或多种法拉第旋转器材料包括以下中的一种或多种：掺铽玻璃、铽-镓-石榴石(TGG)晶体、钇-铁-石榴石(YIG)晶体、掺铈的YIG晶体(Ce:YIG)和掺铋的YIG晶体(Bi:YIG)。

方面6A.根据方面1A所述的光源，其中，光学隔离器包括具有光通带宽度的滤光器，该光通带宽度(i)大于种子光信号的单个纵模的光谱线宽，以及(ii)小于发射的光信号的光谱线宽。

方面7A.根据方面6A所述的光源，其中，滤光器包括布拉格光栅，该布拉格光栅设置在被配置为传输种子光信号的光波导或光纤内或与之相邻。

方面8A.根据方面1A所述的光源，其中，光学隔离器包括具有大于500kHz且小于1GHz的光通带宽度的滤光器，其中，光通带以种子光信号的波长为中心。

方面9A.根据方面1A所述的光源，其中：光学隔离器包括有源光波导；并且光源进一步包括电子驱动器，该电子驱动器被配置为向有源光波导提供电流脉冲，其中：每个电流脉冲使有源光波导将种子光信号的时间部分传输到SOA；以及在连续的电流脉冲之间，有源光波导被配置为吸收种子光信号波长处的光。

方面10A.根据方面9A所述的光源，其中，电子驱动器进一步被配置为：向种子激光二极管提供基本上恒定的电流，使得种子光信号包括具有基本上恒定的光功率的光；以及向SOA提供电流脉冲，使得发射的光信号包括光脉冲，其中：提供给SOA的电流脉冲与提供给有源光波导的电流脉冲同步提供；并且提供给SOA的每个电流脉冲使SOA放大由有源光波导传输的种子光信号的时间部分以产生发射的光脉冲之一。

方面11A.根据方面1A所述的光源，其中，减少从SOA朝向种子激光二极管传播的光量的光学隔离器对应于吸收、反射、过滤或偏转大于90％的从SOA朝向种子激光二极管传播的光的光学隔离器。

方面12A.根据方面1A所述的光源，其中，从SOA朝向种子激光二极管传播的光包括以下中的一种或多种：由SOA产生的放大的自发发射(ASE)光，由SOA的输入端反射的来自种子光信号的光的一部分，由SOA的输出端反射的来自种子光信号的光的一部分，以及由SOA外部的光学元件反射的来自发射的光信号的光的一部分。

方面13A.根据方面1A所述的光源，其中，SOA包括(i)被配置为接收种子光信号的输入端，以及(ii)被配置为发射光信号的输出端，其中，输出端包括被配置为降低输出端在发射的光信号的波长处的反射率。

方面14A.根据方面1A所述的光源，其中，SOA包括(i)被配置为接收种子光信号的输入端，(ii)被配置为发射光信号的输出端，以及(iii)从输入端延伸到输出端的波导，其中：种子光信号在从输入端通过波导传播到输出端的同时被放大；以及输出端是成角度的，使得放大的种子光信号以非零入射角入射到输出端上。

方面15A.根据方面14A所述的光源，其中，成角度的输出端被配置为减少来自放大的种子光信号的光的量，该光从输出端反射并随后沿着波导传播回到输入端。

方面16A.根据方面1A所述的光源，其中，SOA包括从SOA的输入端延伸到SOA的输出端的锥形光波导，其中，锥形光波导的宽度从输入端到输出端增加。

方面17A.根据方面1A所述的光源，进一步包括设置在光学隔离器和SOA之间的分光器，其中，分光器被配置为分离出种子光信号的一部分以产生本地振荡器光信号。

方面18A.根据方面1A所述的光源，其中，光源是激光雷达系统的一部分，该激光雷达系统包括：扫描器，其被配置为将发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域；接收器，其被配置为检测由距激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；以及处理器，其被配置为基于发射的光信号的至少一部分从激光雷达系统行进到目标并返回到激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。

方面19A.根据方面1A所述的光源，进一步包括光纤放大器，该光纤放大器被配置为接收来自SOA的发射的光信号并进一步放大发射的光信号。

方面20A.根据方面1A所述的光源，其中，光源进一步包括电子驱动器，该电子驱动器被配置为：向种子激光二极管提供基本上恒定的电流，使得种子光信号包括具有基本上恒定的光功率的光；以及向SOA提供电流脉冲，使得发射的光信号包括光脉冲，其中，每个电流脉冲使SOA放大种子光信号的时间部分以产生发射的光脉冲之一。

方面21A.一种激光雷达系统，包括：被配置为发射光信号的光源，该光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号以产生发射的光信号；以及设置在种子激光二极管和SOA之间的光学隔离器，其中，光学隔离器被配置为(i)将种子光信号传输到SOA，以及(ii)减少从SOA朝向种子激光二极管传播的光量；扫描器，其被配置为将发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域；接收器，其被配置为检测由距激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；以及处理器，其被配置为基于发射的光信号的一部分从激光雷达系统行进到目标并返回到激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。

方面22A.一种激光雷达系统，包括：光源，其被配置为发射(i)本地振荡器光和(ii)光脉冲，其中，每个发射的光脉冲与本地振荡器光的相应部分相干，以及其中，光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号和本地振荡器光；半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号的时间部分以产生发射的光脉冲，其中，种子光信号的每个放大的时间部分对应于发射的光脉冲之一；以及设置在种子激光二极管和SOA之间的光学隔离器，其中，光学隔离器被配置为(i)将种子光信号传输到SOA，以及(ii)减少从SOA朝向种子激光二极管传播的光量；接收器，其被配置为检测本地振荡器光和接收的光脉冲，接收的光脉冲包括来自发射的光脉冲之一的光，该光被位于距激光雷达系统一定距离的目标散射，其中本地振荡器光和接收的光脉冲在接收器处相干混合在一起；以及处理器，其被配置为至少部分地基于接收的光脉冲的到达时间来确定到目标的距离。

方面1B.一种被配置为发射光信号的光源，该光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号以产生发射的光信号，其中SOA包括：光波导，其从SOA的输入端沿纵向方向延伸到SOA的输出端，其中，光波导被配置为在种子光信号从输入端到输出端沿着光波导在纵向方向中传播的同时引导种子光信号并向其提供光学增益；以及布拉格光栅，其平行于光波导设置，其中，布拉格光栅包括SOA的具有沿纵向方向变化的折射率的区域。

方面2B.根据方面1B所述的光源，其中，折射率沿纵向方向周期性变化。

方面3B.根据方面1B所述的光源，其中，布拉格光栅被配置为提供特定波长范围内的光的分布式反射。

方面4B.根据方面1B所述的光源，其中，布拉格光栅被配置为使得沿光波导传播的特定波长范围内的光从光波导接收到比特定波长范围之外的光更大的光学增益。

方面5B.根据方面4B所述的光源，其中，特定波长范围以种子光信号的波长为中心并且具有小于2GHz的光谱宽度。

方面6B.根据方面4B所述的光源，其中：发射的光信号包括光脉冲；并且从光波导接收更大光学增益的特定波长范围对应于发射的光脉冲的光谱线宽。

方面7B.根据方面1B所述的光源，其中，光源是激光雷达系统的一部分，该激光雷达系统包括：扫描器，其被配置为将发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域；接收器，其被配置为检测由距激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；以及处理器，其被配置为基于发射的光信号的一部分从激光雷达系统行进到目标并返回到激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。

方面8B.根据方面7B所述的光源，其中，布拉格光栅被配置为使得在沿光波导传播的特定波长范围内的光从光波导接收到比特定波长范围之外的光更大的光学增益，其中，特定波长范围内的光谱宽度对应于接收器的电带宽。

方面9B.根据方面8B所述的光源，其中，特定波长范围的光谱宽度小于2GHz并且大约等于接收器的电带宽。

方面10B.根据方面8B所述的光源，其中，特定波长范围的光谱宽度约为300MHz，并且接收器的电带宽约为300MHz。

方面11B.根据方面7B所述的光源，其中：布拉格光栅被配置为使得沿光波导传播的特定波长范围内的光从光波导接收到比特定波长范围之外的光更大的光学增益；发射的光信号包括光脉冲；以及光脉冲的光谱线宽对应于接收器的电带宽。

方面12B.根据方面11B所述的光源，其中，光脉冲的光谱线宽小于2GHz并且大约等于接收器的电带宽。

方面13B.根据方面11B所述的光源，其中，光脉冲的光谱线宽约为300MHz，并且接收器的电带宽约为300MHz。

方面14B.根据方面1B所述的光源，其中，光波导是锥形光波导，其中，锥形光波导的宽度从输入端到输出端增加。

方面15B.根据方面1B所述的光源，其中，光源进一步包括电子驱动器，该电子驱动器被配置为：向种子激光二极管提供基本上恒定的电流，使得种子光信号包括具有基本上恒定的光功率的光；以及向SOA提供电流脉冲，使得发射的光信号包括光脉冲，其中，每个电流脉冲使SOA放大种子光信号的时间部分以产生发射的光脉冲之一。

方面16B.根据方面1B所述的光源，进一步包括光纤放大器，其被配置为接收来自SOA的发射的光信号并进一步放大发射的光信号。

方面17B.一种激光雷达系统，包括：被配置为发射光信号的光源，该光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号以产生发射的光信号，其中，SOA包括：光波导，其从SOA的输入端沿纵向方向延伸到SOA的输出端，其中，光波导被配置为在种子光信号从输入端到输出端沿着光波导在纵向方向中传播的同时引导种子光信号并向其提供光学增益；以及布拉格光栅，其平行于光波导设置，其中，布拉格光栅包括SOA的具有沿纵向方向变化的折射率的区域；扫描器，其被配置为将发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域；接收器，其被配置为检测由距激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；以及处理器，其被配置为基于发射的光信号的一部分从激光雷达系统行进到目标并返回到激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。

方面18B.一种激光雷达系统，包括：光源，其被配置为发射(i)本地振荡器光和(ii)光脉冲，其中，每个发射的光脉冲与本地振荡器光的相应部分相干，以及其中，光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号和本地振荡器光；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号的时间部分以产生发射的光脉冲，其中，种子光信号的每个放大的时间部分对应于发射的光脉冲之一，以及其中，SOA包括：沿纵向方向从SOA的输入端延伸到输出端的光波导，其中，光波导被配置为在种子光信号的时间部分沿光波导从输入端到输出端在纵向方向中传播的同时引导种子光信号的时间部分并向其提供光学增益；以及布拉格光栅，其平行于光波导设置，其中，布拉格光栅包括SOA的具有沿纵向方向变化的折射率的区域；接收器，其被配置为检测本地振荡器光和接收的光脉冲，接收的光脉冲包括来自发射的光脉冲之一的光，该光被位于距激光雷达系统一定距离的目标散射，其中，本地振荡器光和接收的光脉冲在接收器处相干混合在一起；以及处理器，其被配置为至少部分地基于接收的光脉冲的到达时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。

方面1C.一种激光雷达系统，包括：被配置为发射光信号的光源；接收器，其包括一个或多个检测器，该检测器被配置为检测由距激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，该输入光学元件被配置为接收散射光信号的一部分并将散射光信号的一部分耦合到输入光波导中，其中，输入光波导是被配置为将散射光信号的一部分传送到接收器的一个或多个检测器的PIC的一个或多个光波导之一；以及处理器，其被配置为基于散射光信号的一部分从激光雷达系统行进到目标并返回到激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。

方面2C.根据方面1C所述的激光雷达系统，其中，输入光学元件包括锥形光波导，该锥形光波导包括(i)被配置为接收散射光信号的一部分的前端，以及(ii)被配置为将散射光信号的一部分耦合到输入光波导中的后端，其中，锥形光波导的宽度从前端到后端减小。

方面3C.根据方面2C所述的激光雷达系统，其中，锥形光波导具有小于λ/(W·n)的锥角，其中，λ是发射的光信号的波长，W是锥形光波导在前端处的宽度，并且n是锥形光波导的折射率。

方面4C.根据方面2C所述的激光雷达系统，其中，锥形光波导是绝热锥形光波导。

方面5C.根据方面2C所述的激光雷达系统，其中，锥形光波导的边界的至少一部分具有线性、正弦、指数、抛物线或高斯形状。

方面6C.根据方面2C所述的激光雷达系统，其中，锥形光波导的前端包括抗反射涂层，该抗反射涂层被配置为降低前端在发射的光信号的波长处的反射率。

方面7C.根据方面2C所述的激光雷达系统，进一步包括附接到PIC、连接到PIC或与PIC集成的输入透镜，其中，输入透镜被配置为将散射光信号的一部分经由前端聚焦到锥形光波导中。

方面8C.根据方面1C所述的激光雷达系统，其中，输入光学元件包括光栅耦合器，该光栅耦合器包括具有折射率周期性变化的衍射光栅。

方面9C.根据方面8C所述的激光雷达系统，其中，输入光学元件进一步包括锥形光波导，该锥形光波导具有耦合到衍射光栅的前端和耦合到输入光波导的后端。

方面10C.根据方面1C所述的激光雷达系统，其中，输入光学元件包括光子晶体和超材料中的一种或多种。

方面11C.根据方面1C所述的激光雷达系统，其中，光源包括被配置为产生发射的光信号的直接发射器激光二极管。

方面12C.根据方面1C所述的激光雷达系统，其中，光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号以产生发射的光信号。

方面13C.根据方面12C所述的激光雷达系统，其中，光源进一步包括光纤放大器，其被配置为接收来自SOA的发射的光信号并进一步放大发射的光信号。

方面14C.根据方面1C所述的激光雷达系统，进一步包括扫描器，该扫描器被配置为将发射的光信号引导到激光雷达系统的能视域中。

方面15C.一种激光雷达系统，包括：光源，其被配置为发射(i)本地振荡器光和(ii)光脉冲，其中，每个发射的光脉冲与本地振荡器光的相应部分相干，以及其中，光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号和本地振荡器光；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大种子光信号的时间部分以产生发射的光脉冲，其中，种子光信号的每个放大的时间部分对应于发射的光脉冲之一；接收器，其包括一个或多个检测器，该检测器被配置为检测本地振荡器光和接收的光脉冲，该接收的光脉冲包括被位于距激光雷达系统一定距离的目标散射的来自发射的光脉冲之一的光，其中，本地振荡器光和接收的光脉冲在接收器处相干混合在一起；光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，该输入光学元件被配置为接收接收的光脉冲并将接收的光脉冲耦合到输入光波导中，其中，输入光波导是被配置为将本地振荡器光和接收的光脉冲传送到接收器的一个或多个检测器的PIC的一个或多个光波导之一；以及处理器，其被配置为至少部分地基于接收的光脉冲的到达时间来确定从激光雷达系统到目标的距离。

方面16C.根据方面15C所述的激光雷达系统，其中，PIC进一步包括集成光学组合器，该集成光学组合器被配置为：组合本地振荡器光和接收的光脉冲；以及将组合光的第一部分引导到第一输出，并将组合光的第二部分引导到第二输出。

方面17C.根据方面16C所述的激光雷达系统，其中，一个或多个检测器包括被配置为检测来自第一输出的组合光的第一部分的第一检测器和被配置为检测来自第二输出的组合光的第二部分的第二检测器。

方面18C.一种车辆，包括：激光雷达系统，其被配置为提供关于车辆正在移动通过的环境的信息，该信息包括距位于环境内的目标的距离，该激光雷达系统包括：光源，其被配置为发射光信号；接收器，其包括一个或多个检测器，该检测器被配置为检测由目标散射的发射的光信号的一部分；光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，该输入光学元件被配置为接收散射光信号的一部分并将散射光信号的一部分耦合到输入光波导中，其中，输入光波导是被配置为将散射光信号的一部分传送到接收器的一个或多个检测器的PIC的一个或多个光波导之一；以及处理器，其被配置为基于散射光信号的一部分从激光雷达系统行进到目标并返回到激光雷达系统的往返时间来确定从激光雷达系统到目标的距离；以及车辆导航系统，其被配置为：接收关于车辆正在移动通过的环境的信息；并向车辆的一个或多个操作子系统提供指令，以帮助引导车辆通过环境。

方面19C.根据方面18C所述的车辆，其中，车辆导航系统是高级驾驶员辅助系统(ADAS)，其中，提供给操作子系统的指令被配置为辅助车辆驾驶员操作车辆。

方面20C.根据方面18C所述的车辆，其中，车辆导航系统是自主车辆驾驶系统，其中，提供给操作子系统的指令被配置为自主引导车辆通过环境。

图56示出示例计算机系统5600。在特定实施例中，一个或多个计算机系统5600可以执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。在特定实施例中，一个或多个计算机系统5600可以提供在此描述或示出的功能。在特定实施例中，在一个或多个计算机系统5600上运行的软件可以执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤，或者可以提供本文描述或示出的功能。特定实施例可包括一个或多个计算机系统5600的一个或多个部分。在特定实施例中，计算机系统可称为处理器、控制器、计算设备、计算系统、计算机、通用计算机或数据处理设备。在此，在适当的情况下，对计算机系统的引用可包括一个或多个计算机系统。

计算机系统5600可以采用任何合适的物理形式。例如，计算机系统5600可以是嵌入式计算机系统、片上系统(SOC)、单板计算机系统(SBC)、台式计算机系统、膝上型或笔记本计算机系统、大型机、计算机系统的网格、服务器、平板计算机系统或其中两个或更多个的任何合适组合。作为另一示例，计算机系统5600的全部或部分可以与各种设备组合、耦合或集成到各种设备中，各种设备包括但不限于：照相机、摄像机、个人数字助理(PDA)、移动电话、智能电话、电子阅读设备(例如电子阅读器)、游戏机、智能手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、车辆显示器(例如里程表显示器或仪表板显示器)、车辆导航系统、激光雷达系统、ADAS、自动驾驶车辆、自动驾驶车辆驾驶系统、驾驶舱控制器、照相机视图显示器(例如，车辆中的后视照相机的显示器)、眼镜或头戴式显示器。在适当的情况下，计算机系统5600可以包括一个或多个计算机系统5600；是单一的或分布式的；跨越多个位置；跨越多台机器；跨越多个数据中心；或驻留在云中，云可包括一个或多个网络中的一个或多个云部件。在适当的情况下，一个或多个计算机系统5600可以在没有实质空间或时间限制的情况下执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。作为示例，一个或多个计算机系统5600可以实时或以批处理模式执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。在适当的情况下，一个或多个计算机系统5600可以在不同时间或在不同位置执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。

如图56的示例中所示，计算机系统5600可包括处理器5610、存储器5620、存储设备5630、输入/输出(I/O)接口5640、通信接口5650或总线5660。计算机系统5600可包括在任何合适的布置中的任何合适数量的任何合适的部件。

在特定实施例中，处理器5610可以包括用于执行指令的硬件，诸如构成计算机程序的那些。作为示例，为了执行指令，处理器5610可以从内部寄存器、内部高速缓存、存储器5620或存储设备5630取得(或获取)指令；解码并执行它们；并且然后将一个或多个结果写入内部寄存器、内部高速缓存、存储器5620或存储设备5630。在特定实施例中，处理器5610可包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部高速缓存。在适当的情况下，处理器5610可以包括任何合适数量的任何合适的内部高速缓存。作为示例，处理器5610可以包括一个或多个指令高速缓存、一个或多个数据高速缓存、或者一个或多个转换后备缓冲器(TLB)。指令高速缓存中的指令可以是存储器5620或存储设备5630中指令的副本，并且指令高速缓存可以加速处理器5610对那些指令的取得。数据高速缓存中的数据可以是存储器5620或存储设备5630中的数据的副本，用于在处理器5610处执行以操作的指令；在处理器5610处执行的先前指令的结果，以供在处理器5610处执行的随后指令访问或写入存储器5620或存储设备5630；或其它合适的数据。数据高速缓存可以加速处理器5610的读取或写入操作。TLB可以加速处理器5610的虚拟地址转换。在特定实施例中，处理器5610可以包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部寄存器。在适当的情况下，处理器5610可以包括任何合适数量的任何合适的内部寄存器。在适当的情况下，处理器5610可以包括一个或多个算术逻辑单元(ALU)；可以是多核处理器；或者可以包括一个或多个处理器5610。

在特定实施例中，存储器5620可以包括用于存储供处理器5610执行的指令或供处理器5610操作的数据的主存储器。作为示例，计算机系统5600可以将指令从存储设备5630或另一个源(诸如例如，另一个计算机系统5600)加载到存储器5620。处理器5610然后可以将指令从存储器5620加载到内部寄存器或内部高速缓存。为了执行指令，处理器5610可以从内部寄存器或内部高速缓存中取得指令并对它们进行解码。在指令执行期间或之后，处理器5610可将一个或多个结果(其可为中间或最终结果)写入内部寄存器或内部高速缓存。处理器5610然后可以将这些结果中的一个或多个写入存储器5620。一个或多个存储器总线(其可以各自包括地址总线和数据总线)可以将处理器5610耦合到存储器5620。总线5660可以包括一个或多个存储器总线。在特定实施例中，一个或多个存储器管理单元(MMU)可以驻留在处理器5610和存储器5620之间并且促进处理器5610请求的对存储器5620的访问。在特定实施例中，存储器5620可以包括随机存取存储器(RAM)。在适当的情况下，该RAM可以是易失性存储器。在适当的情况下，该RAM可以是动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM)。在适当的情况下，存储器5620可以包括一个或多个存储器5620。

在特定实施例中，存储设备5630可以包括用于数据或指令的大容量存储设备。作为示例，存储设备5630可以包括硬盘驱动器(HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(USB)驱动器或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储设备5630可以包括可移除或不可移除(或固定)介质。在适当的情况下，存储设备5630可以在计算机系统5600的内部或外部。在特定实施例中，存储设备5630可以是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储设备5630可以包括只读存储器(ROM)。在适当的情况下，该ROM可以是掩模ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、闪存或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储设备5630可以包括促进处理器5610和存储设备5630之间的通信的一个或多个存储控制单元。在适当的情况下，存储设备5630可以包括一个或多个存储设备5630。

在特定实施例中，I/O接口5640可以包括硬件、软件或二者，为计算机系统5600和一个或多个I/O设备之间的通信提供一个或多个接口。在适当的情况下，计算机系统5600可以包括这些I/O设备中的一个或多个。这些I/O设备中的一个或多个可以实现人与计算机系统5600之间的通信。作为示例，I/O设备可以包括键盘、小键盘、麦克风、监视器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、照相机、触控笔、平板计算机、触摸屏、轨迹球、另一个合适的I/O设备、或这些中的两个或更多个的任何合适的组合。I/O设备可以包括一个或多个传感器。在适当的情况下，I/O接口5640可以包括使处理器5610能够驱动这些I/O设备中的一个或多个I/O设备的一个或多个设备或软件驱动器。在适当的情况下，I/O接口5640可以包括一个或多个I/O接口5640。

在特定实施例中，通信接口5650可以包括硬件、软件或二者，其提供用于计算机系统5600和一个或多个其它计算机系统5600或一个或多个网络之间的通信(诸如例如基于分组的通信)的一个或多个接口。作为示例，通信接口5650可以包括用于与以太网或其它基于有线的网络或无线NIC(WNIC)通信的网络接口控制器(NIC)或网络适配器；用于与无线网络(诸如WI-FI网络)通信的无线适配器；或用于使用光纤通信或自由空间光通信进行通信的光发射器(例如，激光器或发光二极管)或光接收器(例如，光电检测器)。计算机系统5600可以与自组织网络、个人区域网(PAN)、车载网络(IVN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)或互联网的一个或多个部分、或这些中的两个或更多个的组合通信。这些网络中的一个或多个网络的一个或多个部分可以是有线的或无线的。作为示例，计算机系统5600可以与无线PAN(WPAN)(诸如例如BLUETOOTH WPAN)、WI-FI网络、全球微波接入互通(WiMAX)网络、蜂窝电话网络(诸如例如，全球移动通信系统(GSM)网络)、或其它合适的无线网络、或这些中的两个或更多个的组合通信。作为另一示例，计算机系统5600可以使用基于100吉比特以太网(100GbE)、10吉比特以太网(10GbE)或同步光网络(SONET)的光纤通信进行通信。在适当的情况下，计算机系统5600可以包括用于这些网络中的任何网络的任何合适的通信接口5650。在适当的情况下，通信接口5650可以包括一个或多个通信接口5650。

在特定实施例中，总线5660可以包括将计算机系统5600的组件彼此耦合的硬件、软件或二者。作为示例，总线5660可以包括加速图形端口(AGP)或其它图形总线、控制器局域网(CAN)总线、增强型工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、HYPERTRANSPORT(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、INFINIBAND互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微通道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCIe)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会本地总线(VLB)或另一合适的总线或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，总线5660可以包括一个或多个总线5660。

在特定实施例中，结合本文公开的实施方式描述的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或硬件和软件的任何合适的组合。在特定实施例中，计算机软件(其可被称为软件、计算机可执行代码、计算机代码、计算机程序、计算机指令或指令)可用于执行本文描述或示出的各种功能，并且计算机软件可被配置为由计算机系统5600执行或控制其操作。作为示例，计算机软件可以包括被配置为由处理器5610执行的指令。在特定实施例中，由于硬件和软件的可互换性，各种示意性逻辑块、模块、电路或算法步骤已根据功能进行了一般性描述。此类功能是否以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现可取决于特定应用或强加于整个系统的设计约束。

在特定实施例中，计算设备可用于实现本文公开的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤。作为示例，本文公开的模块、电路、系统、方法或算法的全部或部分可以由通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA、任何其它合适的可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何合适的组合实现或执行。通用处理器可以是微处理器，或者任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合(例如DSP和微处理器的组合)、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器、或者任何其它此类配置。

在特定实施例中，本文描述的主题的一个或多个实施方式可以被实现为一个或多个计算机程序(例如，编码或存储在计算机可读非暂态存储介质上的计算机程序指令的一个或多个模块)。作为示例，本文公开的方法或算法的步骤可以在可以驻留在计算机可读非暂态存储介质上的处理器可执行软件模块中实现。在特定实施例中，计算机可读非暂态存储介质可包括可用于存储或传输计算机软件并且可由计算机系统访问的任何合适的存储介质。在此，计算机可读非暂态存储介质或媒介可以包括一个或多个基于半导体的或其它集成电路(IC)(诸如例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用IC(ASIC))、硬盘驱动器(HDD)、混合硬盘驱动器(HHD)、光盘(例如，压缩光盘(CD)、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘或激光光盘)、光盘驱动器(ODD)、磁光盘、磁光驱动器、软盘、软盘驱动器(FDD)、磁带、闪存、固态驱动器(SSD)、RAM、RAM驱动器、ROM、安全数字卡或驱动器、任何其它合适的计算机可读非暂态存储介质、或这些中的两个或更多个的任何合适组合(在适当情况下)。在适当的情况下，计算机可读非暂态存储介质可以是易失性、非易失性或易失性和非易失性的组合。

在特定实施例中，本文在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合并在单个实施方式中实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实现。此外，虽然特征可以在上面描述为以某些组合起作用并且本身甚至最初要求保护，但在一些情况下，要求保护的组合中的一个或多个特征可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

虽然在附图中可以将操作描述为以特定顺序发生，但这不应被理解为要求以所示的特定次序或顺序执行此类操作，或者要求执行所有操作。此外，附图可以以流程图或序列图的形式示意性地描绘一个或多个示例过程或方法。然而，未描绘的其它操作可并入示意性示出的示例过程或方法中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所示操作之前、之后、同时或之间执行。此外，在适当的情况下，可以重复图中描绘的一个或多个操作。此外，图中描绘的操作可以以任何合适的顺序执行。此外，虽然特定组件、设备或系统在本文中被描述为执行特定操作，但是任何合适的组件、设备或系统的任何合适的组合可用于执行任何合适的操作或操作的组合。在某些情况下，可以执行多任务或并行处理操作。此外，本文描述的实施方式中各个系统部件的分离不应理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应该理解，所描述的程序部件和系统可以一起集成在单个软件产品中或打包成多个软件产品。

已经结合附图描述了各种实施例。然而，应当理解，这些图不一定按比例绘制。作为示例，图中描绘的距离或角度是说明性的并且可能不一定与所示设备的实际尺寸或布局具有精确关系。

本公开的范围包括本领域普通技术人员将理解的对在此描述或示出的示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。本公开的范围不限于本文描述或示出的示例实施例。此外，尽管本公开将本文中的各个实施例描述或示出为包括特定组件、元件、功能、操作或步骤，但是这些实施例中的任何一个实施例可包括本领域普通技术人员将理解的本文任何地方描述或示出的任何组件、元件、功能、操作或步骤的任何组合或排列。

如本文所使用的，术语“或”应被解释为包括或意指任何一个或任何组合，除非另有明确说明或上下文另有说明。因此，在本文中，表述“A或B”是指“A、B或A和B二者”。作为另一示例，在本文中，“A、B或C”是指以下中的至少一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C。如果元素、设备、步骤或操作的组合在某些方面本质上是相互排斥的，则会出现此定义的例外。

如本文所使用的，诸如但不限于“约”、“基本上”或“大约”的近似词是指这样一种条件，当如此修改时被理解为不一定是绝对的或完美的，但将被认为对本领域普通技术人员而言足够接近，以保证将所述条件指定为存在。描述可以变化的程度将取决于可以进行多大的改变，并且本领域的普通技术人员仍然认识到修改的特征具有未修改的特征所需的特性或能力。一般而言，但以前述讨论为前提，本文中通过诸如“约”的近似词修饰的数值可能与所述值相差±0.5％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±10％、±12％或±15％。术语“基本上恒定”是指在任何合适的时间间隔内变化小于特定量的值。例如，基本上恒定的值可以在大约10⁴s、10³s、10²s、10s、1s、100ms、10ms、1ms、100μs、10μs或1μs的时间间隔内变化小于或等于20％、10％、1％、0.5％或0.1％。术语“基本上恒定”可以应用于任何合适的值，诸如例如光功率、脉冲重复频率、电流(例如，提供给种子激光二极管450的DC种子电流I₁)、波长、光学或电频率，或光学相位或电相位。

如本文所使用的，术语“第一”、“第二”、“第三”等可用作它们前面的名词的标签，并且这些术语可能不一定暗示特定排序(例如，特定空间、时间或逻辑顺序)。作为示例，系统可以被描述为确定“第一结果”和“第二结果”，并且术语“第一”和“第二”可能不一定暗示在第二结果之前确定第一结果。

如本文所使用的，术语“基于”和“至少部分地基于”可用于描述或呈现影响确定的一个或多个因素，并且这些术语可能不排除可能影响确定的附加因素。确定可以仅基于所呈现的那些因素或者可以至少部分地基于那些因素。短语“基于B确定A”表示B是影响A的确定的因素。在一些情况下，其它因素也可能有助于确定A。在其它情况下，A可能仅基于B确定。

Claims (25)

1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：

光源，其被配置为发射光信号；

接收器，其包括一个或多个检测器，所述检测器被配置为检测由距所述激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；

光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，所述输入光学元件被配置为接收散射光信号的所述一部分并将所述散射光信号的所述一部分耦合到输入光波导中，其中：

所述输入光波导是所述PIC的一个或多个光波导之一，所述光波导被配置为将所述散射光信号的所述一部分传送到所述接收器的所述一个或多个检测器；以及

所述输入光学元件包括光栅耦合器和锥形光波导；以及

处理器，其被配置为基于所述散射光信号的所述一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光栅耦合器被配置为成角度地偏转所述散射光信号的所述一部分以平行于所述锥形光波导的平面传播，使得所述散射光信号的所述一部分耦合到所述锥形光波导。

3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光栅耦合器与所述锥形光波导相邻定位。

4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光栅耦合器包括相对于与所述散射光信号的所述一部分的输入方向正交的轴弯曲的折射率区域。

5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光栅耦合器包括具有折射率的周期性变化的衍射光栅。

6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光栅耦合器包括衍射光栅，所述衍射光栅具有沿所述光栅耦合器的纵轴改变幅度的折射率变化。

7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光栅耦合器包括啁啾衍射光栅，其中，所述啁啾衍射光栅的光栅周期沿所述光栅耦合器的纵轴改变。

8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，进一步包括输入透镜，所述输入透镜被配置为将所述散射光信号的所述一部分聚焦到所述光栅耦合器上。

9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述锥形光波导包括前端和与所述前端相对的后端，其中：

所述散射光信号的所述一部分经由所述后端耦合到所述输入光波导；以及

所述锥形光波导的宽度从所述前端向所述后端减小。

10.根据权利要求9所述的激光雷达系统，其特征在于，所述锥形光波导具有小于λ/(W·n)的锥角，其中，λ是所述发射的光信号的波长，W是所述锥形光波导在所述前端处的宽度，并且n是所述锥形光波导的折射率。

11.根据权利要求9所述的激光雷达系统，其特征在于，所述锥形光波导具有小于或等于0.6度的锥角。

12.根据权利要求9所述的激光雷达系统，其特征在于，所述锥形光波导的所述前端包括抗反射涂层，所述抗反射涂层被配置为降低所述前端在所述发射的光信号的波长处的反射率。

13.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述锥形光波导是绝热锥形光波导。

14.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述锥形光波导的边界的至少一部分具有线性、正弦、指数、抛物线或高斯形状。

15.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述锥形光波导或所述光栅耦合器包括光子晶体和超材料中的一种或多种。

16.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光源包括被配置为产生所述发射的光信号的直接发射器激光二极管。

17.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光源包括：

种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；以及

半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大所述种子光信号以产生所述发射的光信号。

18.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光源包括：

种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；

半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大所述种子光信号以产生放大的种子光信号；以及

光纤放大器，其被配置为进一步放大所述放大的种子光信号以产生所述发射的光信号。

19.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，进一步包括扫描器，所述扫描器被配置为将所述发射的光信号引导到所述激光雷达系统的能视域中。

20.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统是脉冲激光雷达系统，并且所述发射的光信号包括光脉冲。

21.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统是频率调制连续波(FMCW)激光雷达系统，并且所述发射的光信号包括频率调制光。

22.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：

光源，其被配置为发射本地振荡器光和光脉冲，其中，每个发射的光脉冲与所述本地振荡器光的相应部分相干，以及其中，所述光源包括：

种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号和所述本地振荡器光；以及

半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大所述种子光信号的时间部分以产生所述发射的光脉冲，其中，所述种子光信号的每个放大的时间部分对应于所述发射的光脉冲之一；

接收器，其包括一个或多个检测器，所述检测器被配置为检测所述本地振荡器光和接收的光脉冲，所述接收的光脉冲包括来自所述发射的光脉冲之一的光，所述光被位于距所述激光雷达系统一定距离的目标散射，其中，所述本地振荡器光和所述接收的光脉冲在所述接收器处相干混合在一起；

光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，所述输入光学元件被配置为接收所述接收的光脉冲并将所述接收的光脉冲耦合到输入光波导中，其中：

所述输入光波导是所述PIC的一个或多个光波导之一，所述光波导被配置为将所述本地振荡器光和所述接收的光脉冲传送到所述接收器的所述一个或多个检测器；以及

所述输入光学元件包括光栅耦合器和锥形光波导；以及

处理器，其被配置为至少部分地基于所述接收的光脉冲的到达时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离。

23.一种车辆，其特征在于，包括：

激光雷达系统，其被配置为提供关于所述车辆正在移动通过的环境的信息，所述信息包括距位于所述环境内的目标的距离，所述激光雷达系统包括：

光源，其被配置为发射光信号；

接收器，其包括一个或多个检测器，所述检测器被配置为检测由所述目标散射的发射的光信号的一部分；

光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，所述输入光学元件被配置为接收散射光信号的所述一部分并将所述散射光信号的所述一部分耦合到输入光波导中，其中：

所述输入光波导是所述PIC的一个或多个光波导之一，所述光波导被配置为将所述散射光信号的所述一部分传送到所述接收器的所述一个或多个检测器；以及

所述输入光学元件包括光栅耦合器和锥形光波导；以及

处理器，其被配置为基于所述散射光信号的所述一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离；以及车辆导航系统，其被配置为：

接收有关所述车辆移动通过的所述环境的所述信息；以及

向所述车辆的一个或多个操作子系统提供指令，以帮助引导所述车辆通过所述环境。

24.根据权利要求23所述的车辆，其特征在于，所述车辆导航系统是高级驾驶员辅助系统(ADAS)，其中，提供给所述操作子系统的所述指令被配置为帮助所述车辆的驾驶员操作所述车辆。

25.根据权利要求23所述的车辆，其特征在于，所述车辆导航系统是自主车辆驾驶系统，其中，提供给所述操作子系统的指令被配置为自主地引导所述车辆通过所述环境。

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