JP7419394B2 - モードフィールド拡大器を備えたlidarシステム - Google Patents
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Description
本出願は、米国特許法第119条(e)の下で2019年3月20日出願の米国特許出願番号16/359217の利益を主張するものであり、その内容全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、2次元にわたる距離(及び一部のタイプについては速度の同時測定)を提供する光検出及び測距(LIDAR)に関する。
101:光回路
202:光源
204:ビーム分離器
208:偏光ビームスプリッタ(PBS)
210:モードフィールド拡大器
218:光ビーム
222:標的信号
224:ビームコンバイナ
226:光検出器
228:局部発振器信号
Claims (20)
- 周波数変調連続波(FMCW)光検出及び測距(LIDAR)装置であって、
標的に向けて光ビームを放出する光源と、
前記光源に作動的に結合されたモードフィールド拡大器であって、前記モードフィールド拡大器が、
前記光ビームのモードエリアを、前記モードフィールド拡大器を通って光学レンズへ、そしてスキャナを経て前記標的へ向かう伝送時において、第1のモードエリアから、より大きなファイバに対応する第2のモードエリアへ拡大し、前記モードフィールド拡大器の前記第2のモードエリアは、反射された標的信号を捕捉するための、前記より大きなファイバの基本モードを有し、
前記光ビームのモードエリアを、前記スキャナから前記光学レンズを経て前記モードフィールド拡大器を通ってビームコンバイナへ向かう受信時において、前記第1のモードエリアに縮小し、前記第1のモードエリアはLIDAR装置部品の内部導波路に相当し、前記モードフィールド拡大器は、前記標的信号と前記内部導波路の結合効率を高める、前記モードフィールド拡大器と、
を備える、FMCW LIDAR装置。 - 前記光源と前記モードフィールド拡大器との間に作動的に結合された第1のビーム分離器をさらに備え、前記第1のビーム分離器は、前記光ビームの第1の部分を前記標的に向けて第1の方向に分離し、前記光ビームの第2の部分を局部発振器信号として第2の方向に分離する、請求項1に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記局部発振器信号と前記光ビームに関連する標的信号とを有する合成信号を生成するためのビームコンバイナをさらに備える、請求項2に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記ビームコンバイナから前記合成信号を受信するために前記ビームコンバイナに作動的に結合された光検出器をさらに備える、請求項3に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記モードフィールド拡大器は、少なくとも1つの光学デバイスと前記ビームコンバイナとの間に作動的に結合され、前記モードフィールド拡大器は、前記少なくとも1つの光学デバイスから前記標的信号を受信し、前記標的信号の前記モードエリアを拡大し、前記標的信号を前記ビームコンバイナに供給する、請求項3に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記光源と前記モードフィールド拡大器との間に作動的に結合された偏光ビームスプリッタをさらに備え、前記偏光ビームスプリッタは、前記偏光ビームスプリッタを通過して第1の偏光状態の光を第1の方向に通し、第2の偏光状態の光を前記第1の方向とは異なる第2の方向に反射する、請求項1に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記光ビームの偏光を転換する偏光波長板をさらに備える、請求項1に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記偏光波長板は、前記光ビームの第2の部分を局部発振器信号として戻すために、反射板又はコーティングをさらに備える、請求項7に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記標的に向けて第2の光ビームを放出する第2の光源をさらに備え、前記光ビームの第1の波長は、前記第2の光ビームの第2の波長とは異なる、請求項1に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記光源と前記モードフィールド拡大器との間に作動的に結合された光増幅器をさらに備え、前記光増幅器は前記光ビームを増幅する、請求項1に記載のFMCW LIDAR装置。
- 前記光源又は前記モードフィールド拡大器のうちの少なくとも一方は、フォトニックチップに実装される、請求項1に記載のFMCW LIDAR装置。
- 周波数変調連続波(FMCW)光検出及び測距(LIDAR)システムの光源によって、標的に向かう光ビームを生成するステップと、
前記光源に作動的に結合されたモードフィールド拡大器によって、前記光ビームのモードエリアを、前記モードフィールド拡大器を通って光学レンズへ、そしてスキャナを経て前記標的へ向かう伝送時において、第1のモードエリアから、より大きなファイバに対応する第2のモードエリアへ拡大し、前記光ビームのモードエリアを、前記スキャナから前記光学レンズを経て前記モードフィールド拡大器を通ってビームコンバイナへ向かう受信時において、前記第1のモードエリアに縮小するように、前記光ビームに関連するモードエリアを変換するステップであって、前記モードフィールド拡大器の前記第2のモードエリアは、反射された標的信号を捕捉するための、前記より大きなファイバの基本モードを有し、前記第1のモードエリアはLIDARシステム部品の内部導波路に相当し、前記モードフィールド拡大器は、前記標的信号と前記内部導波路の結合効率を高める、前記光ビームに関連するモードエリアを変換するステップと、
を含む方法。 - 前記光源と前記モードフィールド拡大器との間に作動的に結合されたビーム分離器によって、前記光ビームを受け取るステップと、
第1のビーム分離器によって、前記光ビームの第1の部分を前記標的に向けて第1の方向に分離し、前記光ビームの第2の部分を局部発振器信号として第2の方向に分離するステップと、
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - ビームコンバイナによって、前記光ビームに関連する標的信号と前記局部発振器信号とを受信するステップと、
前記ビームコンバイナによって、前記標的信号と前記局部発振器信号とを有する合成信号を生成するステップと、
をさらに含む、請求項13に記載の方法。 - 光検出器によって、第2のビーム分離器から前記合成信号を受信するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 偏光波長板によって、前記光ビームの偏光を転換するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記FMCW LIDARシステムの第2の光源によって、前記標的に向かう第2の光ビームを生成するステップであって、前記第2の光ビームが前記光ビームとは異なる波長を有するステップと、
前記モードフィールド拡大器によって、前記第2の光ビームに関連する第2のモードエリアを変換するステップと、
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - 前記モードフィールド拡大器は、アディアバティックモード拡大器を備える、請求項12に記載の方法。
- 前記モードフィールド拡大器によって、前記光ビームに関連する標的信号を受信するステップと、
前記標的信号に関連する第2のモードエリアを変換するステップと、
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - 前記光源と前記モードフィールド拡大器との間に作動的に結合された光増幅器によって、前記光源が生成した前記光ビームを増幅するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
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