注入锁定校正方法及其装置与流程

注入锁定校正方法及其装置
1.本技术要求于2020年04月30日递交至中国专利局、申请号为202010368451.6、发明名称为“注入锁定校正方法及其装置”的中国专利优先权，其全部内容通过引用结合在本技术中。
技术领域
2.本说明书实施例涉及光电技术领域，尤其涉及一种注入锁定校正方法及其装置。


背景技术：

3.激光雷达(light detection and range，lidar或laser detection and range，ladar)是一种主动探测装置，自身设置有光源，通过向目标发射探测信号以及根据目标反射回来的回波信号进行数据处理后，可以获得目标的参数数据。
4.调频连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)激光雷达通常要求光源具有高相干性、高功率的调频激光光源。然而，通常的可调谐窄线宽激光器的输出功率很弱，无法满足激光雷达的功率需求。如果通过光放大器强行放大，又会降低光源的信噪比。而采用注入锁定技术，可以获得低噪声放大特性，又具有极强的边模抑制能力，具有较好的应用前景。
5.但是，注入锁定的锁定范围只有几ghz，通常需要主从激光器严格的波长对准，由于温度漂移或激光器内应力释放等因素的影响，会导致主从激光器波长失配从而造成失锁，此时通常只能进行人工调整，使从激光器再次进入锁定状态。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本说明书实施例提供一种注入锁定校正方法及其装置，能够提高注入锁定的稳定性，使从激光器长期处于被锁定状态。
7.本说明书实施例提供了一种注入锁定校正方法，应用于光源，所述光源包括主激光器和从激光器，所述主激光器适于对所述从激光器进行注入锁定，所述注入锁定校正方法包括以下步骤：
8.a1)改变所述从激光器的注入电流的大小，控制所述从激光器的注入锁定状态在失锁状态和锁定状态之间连续变化；
9.a2)对所述从激光器输出的激光信号进行延迟耦合及拍频处理，获得拍频信号；
10.a3)基于所述拍频信号，确定所述从激光器处于锁定状态时对应的注入电流范围，以所述注入电流范围的中心值作为校正电流值；
11.a4)将所述从激光器的注入电流的大小调整为所述校正电流值。
12.可选地，所述步骤a1)包括以下步骤：
13.a11)基于预设的电流变化区间，连续改变所述注入电流的大小，使所述注入电流的大小依次到达所述电流变化区间两端的端点电流值后，回到初始的注入电流值，控制所述从激光器在失锁状态和锁定状态之间变化，且最后回到初始的锁定状态。
14.可选地，所述步骤a11)包括以下步骤：
15.a111)基于所述电流变化区间，沿指定方向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间一端的端点电流值后，反向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间另一端的端点电流值后，再反向连续改变至回到初始的注入电流值，控制所述从激光器从初始的锁定状态依次进入一次失锁状态、二次锁定状态和二次失锁状态，最后回到所述初始的锁定状态。
16.可选地，所述步骤a3)包括以下步骤：
17.a31)对所述拍频信号进行模数转换处理，得到所述拍频信号的时域图；
18.a32)将所述拍频信号的时域图进行短时傅里叶变换，得到所述拍频信号的频谱图序列；
19.a33)基于所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域，并获取所述二次锁定状态区域的中心位置对应的注入电流值作为校正电流值。
20.可选地，所述步骤a33)包括以下步骤：
21.a331)基于所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域及所述二次锁定状态区域的中心位置的时间信息，获取所述时间信息对应的注入电流值；
22.a332)计算所述从激光器初始的注入电流值与所述锁定状态区域的中心位置对应的注入电流值之间的偏移量，确定所述初始的注入电流值与所述校正电流值之间的注入电流调整值；
23.所述步骤a34)包括以下步骤：
24.a341)基于所述注入电流调整值，将所述从激光器的注入电流的大小调整为所述校正电流值。
25.可选地，所述步骤a332)包括以下步骤：
26.a3321)将所述偏移量与预设的电流调整阈值进行比较，若所述偏移量大于所述电流调整阈值，则以所述偏移量作为所述注入电流调整值。
27.可选地，所述步骤a2)包括以下步骤：
28.a21)将所述从激光器输出的激光信号分为两路，并对其中一路的激光信号进行延迟处理；
29.a22)将分为两路的激光信号耦合后进行拍频处理，得到所述拍频信号。
30.本说明书实施例还提供了一种注入锁定校正装置，与光源连接，所述光源包括主激光器和从激光器，所述主激光器适于通过注入锁定装置对所述从激光器进行注入锁定，所述注入锁定装置输出注入电流至从激光器，使得所述从激光器处于锁定状态，所述注入锁定校正装置包括：
31.注入电流控制模块，适于响应于触发信号，控制所述注入锁定装置改变输出的注入电流的大小，以控制所述从激光器的注入锁定状态在失锁状态和锁定状态之间连续变化，以及根据确定的校正电流值，向所述注入锁定装置输出相应的电流调整信号，使所述注入锁定装置输出的注入电流的大小调整为所述校正电流值；
32.信号处理模块，适于对所述从激光器输出的激光信号进行延迟耦合及拍频处理，获得拍频信号，并根据所述拍频信号，确定所述从激光器处于锁定状态时对应的注入电流范围，以所述注入电流范围的中心值作为校正电流值。
33.可选地，所述注入电流控制模块适于根据预设的电流变化区间，控制所述注入锁定装置沿指定方向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间一端的端点电流值后，反向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间另一端的端点电流值后，再反向连续改变至回到初始的注入电流值，以控制所述从激光器从初始的锁定状态依次进入一次失锁状态、二次锁定状态和二次失锁状态，最后回到所述初始的锁定状态。
34.可选地，所述信号处理模块还包括：
35.拍频处理单元，适于对所述从激光器输出的激光信号进行延迟耦合及拍频处理，获得拍频信号；
36.模数转换单元，适于对所述拍频信号进行模数转换处理，得到所述拍频信号的时域图；
37.频域转换单元，
38.适于将所述拍频信号的时域图进行短时傅里叶变换，得到所述拍频信号的频谱图序列；
39.校正电流获取单元，适于根据所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域，并获取所述二次锁定状态区域的中心位置对应的注入电流值作为校正电流值。
40.可选地，所述校正电流获取单元包括：
41.注入电流值获取子单元，适于根据所于所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域及所述二次锁定状态区域的中心位置的时间信息，并获取所述时间信息对应的注入电流值；
42.偏移量计算子单元，适于计算所述从激光器初始的注入电流值与所述锁定状态区域的中心位置对应的注入电流值之间的偏移量；
43.所述注入电流控制模块，适于将包含所述注入电流调整值的电流调整信号传输至所述注入锁定装置。
44.可选地，所述调整值获取子单元还适于将所述偏移量与预设的电流调整阈值进行比较，若所述偏移量大于所述电流调整阈值，则以所述偏移量作为所述注入电流调整值。
45.可选地，所述拍频处理单元包括：第一光耦合器，第二光耦合器和光电检测子单元，其中：
46.所述第一光耦合器，适于接收所述从激光器输出的激光信号，并分别通过传输线和延迟线，将所述激光信号分别传输至所述第二光耦合器；
47.所述第二光耦合器，适于分别接收通过所述传输线传输的激光信号和所述延迟线传输的激光信号，将两路激光信号耦合并传输至所述光电检测子单元；
48.所述光电检测子单元，适于将所述第二光耦合器传输的耦合后的激光信号进行拍频处理，得到所述拍频信号。
49.采用本说明书实施例的注入锁定校正方案，通过获取所述从激光器在失锁状态和锁定状态之间变化时输出的激光信号，并进行延迟耦合及拍频处理，可以确定从激光的锁定状态区域对应的注入电流范围，以此注入电流范围的中心值作为校正电流值，并以此调整所述从激光器的注入电流大小。换言之，采用本说明书实施例方案，根据从激光器输出的激光信号，可以对从激光器的注入电流进行反馈控制，从而实现自动校正从激光器的注入
电流值，以此避免环境温度和应力释放导致从激光器失锁的问题，提高注入锁定的稳定性，使从激光器长期处于被锁定状态。
50.进一步地，根据预设的电流变化区间，连续改变所述注入电流的大小，可以使所述注入电流的大小依次到达所述电流变化区间两端的端点电流值后，回到初始的注入电流值，从而控制所述从激光器在失锁状态和锁定状态之间变化，且最后回到初始的锁定状态。这一连续改变注入电流的注入电流变化过程，可以确保从激光器在注入电流变小和注入电流变大时都进入失锁状态，有利于后续获得更加准确的校正电流值。
51.进一步地，在注入电流变化过程中，根据所述电流变化区间，先沿指定方向连续改变所述注入电流的大小，在达到所述电流变化区间一端的端点电流值后，反向连续改变所述注入电流的大小，并在达到所述电流变化区间另一端的端点电流值后，再反向连续改变至回到初始的注入电流值，从而可以控制所述从激光器从初始的锁定状态依次进入一次失锁状态、二次锁定状态和二次失锁状态，最后回到所述初始的锁定状态。据此可以准确判断二次锁定状态的时间范围是否位于整个校正周期的正中间，即一次失锁状态和二次失锁状态分别对应的时间范围是否相对于二次锁定状态的时间范围形成左右对称，从而可以精确确定最佳注入电流。
52.进一步地，通过将所述偏移量与预设的电流调整阈值进行比较，可以确定是否需要调整所述注入电流值的大小，在所述偏移量大于预设的电流调整阈值时再调整所述注入电流值的大小，从而在确保从激光器长期处于锁定状态的情况下，可以减少注入电流的调整次数。
附图说明
53.为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对本说明书实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
54.图1是本说明书实施例中一种注入锁定校正方法的流程图；
55.图2是本说明书实施例中一种获取校正电流值的方法的流程图；
56.图3a是本说明书实施例中一种从激光器处于锁定状态时拍频信号的时域图；
57.图3b是本说明书实施例中对应于图3a的频谱图；
58.图4a是本说明书实施例中一种从激光器处于失锁状态时拍频信号的时域图；
59.图4b是本说明书实施例中对应于图4b的频谱图；
60.图5是本说明书实施例中一种拍频信号幅值与从激光器中心频率随时间变化的曲线示意图；
61.图6是本说明书实施例中一种激光雷达的结构示意图；
62.图7是本说明书实施例中一种注入锁定校正装置的结构示意图；
63.图8是本说明书实施例中一种拍频处理单元的结构示意图；
64.图9是本说明书实施例中一种注入锁定电路的连接示意图；
65.图10是本说明书实施例中一种注入锁定校正装置的应用场景示意图。
具体实施方式
66.如前所述，激光雷达是一种主动探测装置，自身设置有光源，激光雷达通过向目标发射探测信号以及根据目标反射回来的回波信号进行数据处理后，可以获得目标的参数数据。
67.为了使可调谐窄线宽激光器能够输出大功率的激光信号，可以采用注入锁定技术。具体而言，实现注入锁定需要作为种子光源(seed laser)的主激光器和发射高功率激光信号的从激光器，主激光器通过注入锁定装置向从激光器发射注入激光信号，在一定条件下从激光器可以在注入激光信号的频率处建立起稳定振荡，从激光器的自由运转模式被抑制，进入锁定状态，从而跟随主激光器的频率运转。
68.注入锁定系统本质可以视为一个窄带宽放大系统，放大带宽极窄，宽度可以为从激光器自由运转输出的激光信号波长附近的几ghz，因此可选择性地放大某一阶边带，抑制载波和其他边带，获得单频激光。
69.虽然采用注入锁定技术可以使从激光器输出高功率的单模窄线宽激光信号，但是，由于温度漂移或激光器内应力释放等因素的影响，会导致主从激光器失锁，此时目前只能进行人工调整，使从激光器再次进入锁定状态。
70.针对上述问题，本说明书实施例提供了一种注入锁定校正方案，通过获取所述从激光器在失锁状态和锁定状态之间变化时输出的激光信号，并进行延迟耦合及拍频处理，可以确定所述从激光器处于锁定状态时对应的注入电流范围，以所述注入电流范围的中心值调整所述从激光器的注入电流大小，从而可以自动校正从激光器的注入电流值，提高注入锁定的稳定性，使从激光器长期处于锁定状态。
71.为使本领域技术人员更加清楚地了解及实施本说明书实施例的构思、实现方案及优点，以下参照附图，通过具体应用场景进行详细说明。
72.参照图1所示的本说明书实施例中一种注入锁定校正方法的流程图，在本说明书实施例中，所述注入锁定校正方法可以应用于光源，所述光源包括主激光器和从激光器，所述主激光器适于对所述从激光器进行注入锁定，所述注入锁定校正方法包括以下步骤：
73.a1)改变所述从激光器的注入电流的大小，控制所述从激光器的注入锁定状态在失锁状态和锁定状态之间连续变化。
74.其中，根据从激光器的注入锁定结果，从激光器的注入锁定状态可以包括：锁定状态和失锁状态。
75.主激光器为线性调频激光器，同时对从激光器进行注入锁定，一旦注入锁定成功，从激光器将输出与主激光器相同频率的线性调频光。
76.在具体实施中，输入所述从激光器的电流称为注入电流。
77.基于从激光器的类型不同，使所述从激光器进入锁定状态的注入电流的大小也不相同，且从激光器在锁定状态允许注入电流存在一定区间的变化，在该锁定状态允许的电流区间内上下调整注入电流的大小不会改变从激光器的锁定状态，只是从激光器输出的激光信号的振荡幅度(振幅)随着注入电流的变化而改变。
78.因此，注入电流的取值落入这个锁定状态允许的电流区间内时，所述从激光器可以进入或保持锁定状态，从激光器输出的激光信号的频率和波长受到主激光器的控制。
79.在改变所述从激光器的注入电流的大小且超出锁定状态允许的电流区间时，所述
从激光器进入失锁状态，从激光器输出的激光信号的频率和波长由其自由运转模式决定，不受主激光器的控制。
80.a2)对所述从激光器输出的激光信号进行延迟耦合及拍频处理，获得拍频信号。
81.在具体实施中，先将所述从激光器输出的激光信号进行延迟处理，再与未延迟的激光信号进行耦合处理，可以得到振幅周期性变化的耦合后的激光信号，并对耦合后的激光信号进行拍频处理，可以得到拍频信号。其中，所述拍频处理可以采用任何拍频检测方法，对耦合后的激光信号进行处理。
82.锁定状态下，从激光器会输出与主激光器相同频率的线性调频光，而在非锁定状态(即失锁状态)，从激光器为自由运转状态，输出自身自由运转频率的激光，此时，无拍频信号或拍频信号极微弱。
83.a3)基于所述拍频信号，确定所述从激光器处于锁定状态时对应的注入电流范围，以所述注入电流范围的中心值作为校正电流值。
84.在具体实施中，随着注入电流的变化，从激光器在锁定状态和失锁状态之间变化，其输出的激光信号的振荡幅度也发生变化。可以通过对拍频信号进行快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)获得频谱图，获得所需频率处对应的幅值。由于拍频信号是通过从激光器输出的激光信号经过处理得到的，通过拍频信号的幅值，可以判断从激光器是否处于注入锁定状态。当从激光器在锁定状态时，拍频信号幅值最大。通过时间对应关系，在确定拍频信号最大幅值对应的时间段后，获取该时间段的注入电流范围，位于该电流范围中间的注入电流值就是从激光器的最佳注入电流值，获取该最佳注入电流值，作为校正电流值。
85.a4)将所述从激光器的注入电流的大小调整为所述校正电流值。
86.在具体实施中，将注入电流的大小调整为校正电流值后，所述从激光器可以保持锁定状态。
87.采用上述方案，根据从激光器输出的激光信号，可以对从激光器的注入电流进行反馈控制，从而实现自动校正从激光器的注入电流值，以此避免环境温度和应力释放导致从激光器失锁的问题，提高注入锁定的稳定性，使从激光器长期处于被锁定状态。
88.在实际应用时，所述主激光器可以是半导体激光器、光纤激光器或固体激光器，所述从激光器可以是半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。主激光器可以通过任意一种注入锁定方法对从激光器进行注入锁定。
89.在具体实施中，为了确保注入电流的变化可以使从激光器的注入锁定状态在失锁状态和锁定状态之间变化，可以预设一电流变化区间，注入电流的大小可以根据所述电流变化区间进行变化。
90.其中，该电流变化区间的两端的端点电流值大于所述从激光器锁定状态允许的电流区间的两端的端点电流值，由此，当注入电流值调整为预设的电流变化区间中部分电流值时，可以控制所述从激光器从锁定状态进入失锁状态，而当注入电流值调整为预设的电流变化区间中其他部分电流值时，可以控制所述从激光器从失锁状态进入锁定状态。
91.例如，预设的电流变化区间可以为[x1，x2]，从激光器锁定状态允许的电流区间可以为[x3，x4]，其中，x1小于x3，且x2大于x4。当从激光器处于锁定状态，且注入电流值调整为[x1，x3)∪(x4，x2]中任意一电流值时，可以控制所述从激光器从锁定状态进入失锁状态；当
从激光器处于失锁状态，且注入电流值调整为[x3，x4]中任意一电流值时，可以控制所述从激光器从失锁状态进入锁定状态。
[0092]
在具体实施中，所述主激光器可以对所述从激光器进行注入锁定，所述从激光器处于锁定状态，为了区分注入电流未发生改变前的锁定状态和注入电流发生改变后进入的锁定状态，在注入电流未发生改变前的锁定状态可以视为初始的锁定状态，在初始的锁定状态的注入电流大小可以视为初始的注入电流值。
[0093]
在实际应用时，为了便于改变注入电流的大小，可以将初始的注入电流值作为起始值，在初始的注入电流上叠加一用于调整注入电流大小的附加电流，附加电流的幅度根据初始的注入电流值和预设的电流变化区间进行设定。例如，初始的注入电流值为5毫安，预设的电流变化区间为[2.5，7.5]毫安，则可以叠加幅度为2.5毫安的附加电流。
[0094]
可以理解的是，根据实际情景，附加电流可以是任意波形的电流信号，且根据预设的电流变化区间，可以调整附加电流的幅度，本说明书实施例对此不做限制。
[0095]
在具体实施中，由于校正电流值可能小于初始的注入电流值，也可能大于初始注入电流值，为了确保从激光器在注入电流变小和注入电流变大时均可以进入锁定状态，所述步骤a1)可以包括以下步骤：
[0096]
a11)基于预设的电流变化区间，连续改变所述注入电流的大小，使所述注入电流的大小依次到达所述电流变化区间两端的端点电流值后，回到初始的注入电流值，控制所述从激光器在失锁状态和锁定状态之间变化，且最后回到初始的锁定状态。
[0097]
由上述方案可知，这一连续改变注入电流的注入电流变化过程，可以确保从激光器在注入电流变小和注入电流变大时均可以进入失锁状态，有利于后续获得更加准确的校正电流值。
[0098]
在具体实施中，从激光器的注入锁定状态的变化效率影响注入锁定校正效率，为了可以提高从激光器的注入锁定状态的变化效率，所述步骤a11)可以包括以下步骤：
[0099]
a111)基于所述电流变化区间，沿指定方向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间一端的端点电流值后，反向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间另一端的端点电流值后，再反向连续改变至回到初始的注入电流值，控制所述从激光器从初始的锁定状态依次进入一次失锁状态、二次锁定状态和二次失锁状态，最后回到所述初始的锁定状态。
[0100]
其中，指定的方向可以是电流变大的方向或者电流变小的方向。例如，初始的注入电流值为5毫安，预设的电流变化区间为[2.5，7.5]毫安，则可以先连续变大注入电流，直至注入电流值变为7.5毫安后，反向连续变小注入电流，直至注入电流变为2.5毫安后，再反向变大注入电流，直至注入电流值回到5毫安。
[0101]
由此，可以准确判断二次锁定状态的时间范围是否位于整个校正周期的正中间，即一次失锁状态和二次失锁状态分别对应的时间范围是否相对于二次锁定状态的时间范围形成左右对称，从而可以精确确定最佳注入电流。
[0102]
在具体实施中，可以通过时间对应关系，在从激光器在失锁状态和锁定状态连续变化时，确定拍频信号最大幅值对应的时间段，获取该时间段的注入电流值。为了可以更快地确定注入电流值，根据注入电流与拍频信号之间存在的对应关系，对拍频信号进行短时傅里叶变换(short-time fourier transform，或short-term fourier transform，stft)，
从而通过获取拍频信号最大幅值对应的注入电流范围，可以确定校正电流值。
[0103]
具体而言，如图2所示，所述步骤a3)具体可以包括以下步骤：
[0104]
a31)对所述拍频信号进行模数转换处理，得到所述拍频信号的时域图。
[0105]
其中，可以采用任意模数转换(analog to digital converter，adc)模块对所述拍频信号进行模数转换处理。
[0106]
a32)将所述拍频信号的时域图进行短时傅里叶变换，得到所述拍频信号的频谱图序列。
[0107]
在具体实施中，由于从激光器的注入锁定状态在失锁状态和锁定状态之间连续变化，在锁定状态时的拍频信号的幅值高于失锁状态时拍频信号的幅值，根据短时傅里叶变换，获取指定频率下拍频信号的幅值，得到幅值序列，将幅值序列排列成曲线，得到拍频信号的频谱图序列。
[0108]
a33)基于所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域，并获取所述二次锁定状态区域的中心位置对应的注入电流值作为校正电流值。
[0109]
在具体实施中，由于锁定状态时幅值较高，失锁状态时幅值较低，根据幅值序列形成的曲线的形状可以确定二次锁定状态区域以及二次锁定状态区域的中心位置，从而将中心位置对应的注入电流值作为校正电流值。
[0110]
采用上述方案，可以通过获取拍频信号最大幅值对应的注入电流范围，可以提高校正电流值的获取效率。
[0111]
在实际应用时，当从激光器处于锁定状态时，如图3a所示，为一种从激光器处于锁定状态时拍频信号的时域图，通过锁定状态的从激光器输出的激光信号获得的拍频信号p(t)在时域中具有稳定的频率和波形。将图3a中的拍频信号进行快速傅里叶变换，得到如图3b的频谱图，经过快速傅里叶变换后的拍频信号p(ω)在频域中具有一最高的单峰且旁模被抑制，所述最高的单峰对应的频率值为注入锁定时的输出频率值。
[0112]
当注入电流偏离锁定状态允许的电流区间时，从激光器处于失锁状态，如图4a所示，为一种从激光器处于失锁状态时拍频信号的时域图，通过失锁状态的从激光器输出的激光信号获得的拍频信号p(t)频谱展宽，能量分散，质量变差。将图4a中的拍频信号进行快速傅里叶变换，得到如图4b的频谱图，经过快速傅里叶变换的拍频信号p(ω)在频域中的波形混乱，最高的单峰对应的峰值降低，甚至没有明显的峰值频率。
[0113]
因此，通过拍频信号的频谱图，可以更直观地反映从激光器的注入锁定状态，以及通过频谱图和时域图之间的对应关系，可以确定从激光器处于锁定状态时对应的电流值范围，得到锁定状态允许的电流区间。
[0114]
在具体实施中，为使本领域技术人员更加清楚地理解获取校正电流的过程，如图5所示，为一种拍频信号幅值e
p
(t)与从激光器中心频率f
i
(t)随时间t变化的曲线示意图。其中，实线部分表示拍频信号的幅值e
p
(t)随时间t变化的波形，其幅值可以为任意单位(arbitrary unit，a.u.)，具体可以对拍频时域图进行短时傅里叶变换，获取指定频率下拍频信号的幅值，得到幅值序列，将幅值序列排列成曲线，得到拍频信号的频谱图序列。空心斜线部分表示从激光器自由运转频率f
i
(t)随时间变化的波形，其单位可以为吉赫(ghz)。时间轴t的单位可以为微秒(μs)。
[0115]
如图5所示，在150微秒处叠加一个附加电流，改变注入电流的频率，从而可以改变
注入电流的大小，附加电流的幅度可以从5～20毫安(ma)中任选一个，假设附加电流的幅度为15ma，从激光器开始处于初始的锁定状态，随着注入电流变大，从激光器自由运转频率变大，在标记a处从锁定状态变为失锁状态，进入一次失锁状态；注入电流变化到最大值后反向开始变小，此时从激光器仍然处于失锁状态；随着注入电流变小，从激光器自由运转频率变小，从激光器在标记b处从失锁状态变为锁定状态，进入二次锁定状态；注入电流频率继续变小，从激光器在标记c处从锁定状态再次变为失锁状态，进入二次失锁状态；注入电流变化到最小值后反向开始变大，从激光器自由运转频率变大，在标记d处从失锁状态再次变为锁定状态，直至变为初始的注入电流值，从激光器回到初始的锁定状态。
[0116]
在注入电流变化的过程中，从激光器的中心波长频移15ghz，注入电流频率变化时间为80μs，耗费4个点频周期。根据拍频信号的幅值，可以反映从激光器的注入锁定状态，由此获得二次锁定状态区域b
→
c，根据所述二次锁定状态区域b
→
c可以得到对应的注入电流范围，二次锁定状态区域b
→
c的中心位置对应所述注入电流范围的中心值，因此，获取的所述二次锁定状态区域的中心位置对应的注入电流值即为所述注入电流范围的中心值。
[0117]
在具体实施中，所述步骤a33)可以包括以下步骤：
[0118]
a331)基于所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域及所述二次锁定状态区域的中心位置的时间信息，获取所述时间信息对应的注入电流值。
[0119]
如图5所示，根据拍频信号的频谱图序列，可以得到二次锁定状态区域b
→
c的中心位置的时间信息，记为t1时刻，从而通过确定t1时刻的注入电流大小，可以得到t1时刻的注入电流值，作为校正电流值。
[0120]
a332)计算所述从激光器初始的注入电流值与所述锁定状态区域中心位置对应的注入电流值之间的偏移量，确定所述初始的注入电流值与所述校正电流值之间的注入电流调整值。
[0121]
相应地，根据上述步骤获得的注入电流调整值，所述步骤a34)可以包括以下步骤：
[0122]
a341)基于所述注入电流调整值，将所述从激光器的注入电流的大小调整为所述校正电流值。
[0123]
其中，电流调整值具有正负性，当所述注入电流调整值为负值，将所述从激光器的注入电流变小至所述校正电流值；当所述注入电流调整值为正值，将所述从激光器的注入电流变大至所述校正电流值。
[0124]
在具体实施中，频繁地调整注入电流不利于激光雷达进行工作，在确保从激光器长期处于锁定状态的情况下，为了可以减少注入电流的调整次数，预设一电流调整阈值，通过电流调整阈值确定是否调整注入电流。
[0125]
在本说明书一实施例中，所述步骤a332)可以包括以下步骤：
[0126]
a3321)基于所述注入电流调整值，将所述从激光器的注入电流的大小调整为所述校正电流值。
[0127]
采用上述方案，在所述偏移量大于所述电流调整阈值时，确定注入电流的偏移达到了电流调整条件，则可以将偏移量作为所述注入电流调整值，对注入电流进行调整，在所述偏移量不大于所述电流调整阈值时，确定注入电流的偏移未达到了电流调整条件，则所述注入电流调整值为零，不需要对注入电流进行调整。
[0128]
在具体实施中，为了确保延迟后的激光信号和未延迟的激光信号具有相同的频率
和波长，可以将从激光器输出的激光信号分路后进行延迟耦合处理，具体而言，所述步骤a2)可以包括以下步骤：
[0129]
a21)将所述从激光器输出的激光信号分为两路，并对其中一路的激光信号进行延迟处理。
[0130]
其中，可以采用延迟线对其中一路的激光信号进行延迟处理。
[0131]
例如，将所述从激光器输出的激光信号分为两路后，其中一路采用传输线进行传输，得到未延迟的激光信号，另一路可以采用10m延迟线进行传输，得到延迟的激光信号。可以理解的是，上述实施例仅为示例说明，根据实际应用场景，可以采用其他长度的延迟线，本说明书实施例对此不做限制。
[0132]
a22)将分为两路的激光信号耦合后进行拍频处理，得到所述拍频信号。
[0133]
采用上述方案，结构简单，便于实现激光信号的延迟处理，且由于延迟的激光信号和未延迟的激光信号均来源于从激光器，可以确保延迟后的激光信号和未延迟的激光信号具有相同的频率和波长，便于后续进行拍频处理，得到所述拍频信号。
[0134]
在具体实施中，根据实际使用环境，可以预设一校正触发条件，在符合所述校正触发条件后，自动执行上述任意一种注入锁定校正方法，对所述激光雷达中的从激光器的注入电流进行调整，从而确保从激光器可以长期保持在锁定状态。
[0135]
例如，所述校正触发条件可以为：判断是否满足一个校正周期，如果是则符合所述校正触发条件，自动执行上述任意一种注入锁定校正方法。其中，校正周期可以设置为1秒、1分钟等任意时长。
[0136]
又例如，所述校正触发条件可以为：是否完成一次点云图输出任务，如果是则符合所述校正触发条件，自动执行上述任意一种注入锁定校正方法。
[0137]
可以理解的是，本说明书的注入锁定校正方法可以应用于任意一种使用注入锁定功能的激光雷达。例如，本说明书的注入锁定校正方法可以应用于调频连续波激光雷达。而且，本说明书的注入锁定校正方法可以应用于一个或多个从激光器。本说明书对于激光雷达的类型和从激光器的数量不做限制。
[0138]
换言之，在失锁状态(一次失锁状态)到锁定状态(二次锁定状态)再到失锁状态(二次失锁状态)整个过程中，通过监控参考干涉仪等光电探测器输出的拍频信号强度(图5中黑色实线)，可反映从激光器锁定与否，及中心的锁定状态区域(即二次锁定状态对应的区域)对应的电流范围，尽量将注入电流稳定在中心的锁定状态区域一定范围内，则完成一次调制后将注入电流调整为锁定状态区域正中心对应的电流值，即完成一次闭环反馈控制。因为用来检测注入锁定的附加电流是上下中心对称的三角波电流，如果检测到锁定状态区域也是左右对称的，也就是锁定状态的最高峰值处位于最中心，且左右两边失锁状态区域是对称的，则说明原先给的注入电流较合适，即使之后稍微有些偏移，从激光器也最不容易失锁，因为注入电流处于相对最安全的范围。
[0139]
为了便于本领域技术人员的理解和实现，继续结合参考图5以及之后的图10介绍整个注入锁定校正过程，假设激光器或者说整个光源已经工作在锁定状态，此时dfb-ld(从激光器)的注入电流是相对恒定的电流，dfb-ld(从激光器)输出的光频率(或波长)由主激光器输出的种子光(即注入电流信号)经eom后的一阶边带频率f1决定。当进行校正时，我们用中心对称的三角波附加电流主动改变dfb-ld(从激光器)的注入电流的大小，即改变其自
由运转频率f2(或波长)，当f2与f1相差达到一定程度时(大约几ghz，称为锁定带宽)，dfb-ld(从激光器)失锁，此时dfb-ld(从激光器)输出的光频率为其自由运转的激光频率f2，非调频光的一阶边带频率f1。随着三角波附加电流的变化，dfb-ld(从激光器)的f2也随之变化，当f2与f1的差别重新小于锁定带宽时，激光器重新进入锁定状态，dfb-ld(从激光器)输出频率变为f1。
[0140]
主激光器输出的种子光经过eom后变为线性调频光，当dfb-ld(从激光器)锁定时，干涉仪(即光电探测器)可以检测线性调频信号，线性调频光输入干涉仪时，干涉仪输出标准正弦信号，频谱中该拍频频率处的psd(powerspectral density，功率谱密度)很高。而当dfb-ld(从激光器)失锁时，dfb-ld(从激光器)输出频率f2，f2受三角波附加电流控制，线性度较差，频率变化速度与f1完全不同，因此干涉仪检测不到原来的标准正弦信号。频谱中原有拍频频率处的psd下降。通过psd的大小可以知道注入锁定的成功与否。
[0141]
如上图5所示，因为三角波附加电流是上下对称的，如果检测到中心的锁定状态区域b
→
c的时间范围在整个校正周期区域a
→
d中的正中间，也就是二次锁定状态的峰值处位于最中心，且左右两边失锁状态区域a
→
b和c
→
d是相对对称的，则说明原先给的注入电流相对最合适，即原先给的恒定电流为锁定状态区域b
→
c对应的电流范围中间的最佳注入电流值，否则，将注入电流的大小调整到锁定状态区域b
→
c对应的电流范围中间的最佳注入电流值，由此，从激光器处于一种相对最不容易失锁的状态。需要说明的是，以上所提及的峰值也不仅仅具体指一个具体数值，而是一个有相对变动范围的数值。比如最大数值是1，峰值可以为(1
±
0.01)的范围值。
[0142]
本发明实施例还提供了与上述注入锁定校正方法相应的装置，为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明实施例，以下参照附图，通过具体实施例进行详细介绍。
[0143]
参照图6所示的本发明实施例中一种激光雷达的结构示意图，在本说明书实施例中，所述激光雷达60可以包括光源61、注入锁定装置62和注入锁定校正装置63。
[0144]
其中，所述光源可以包括主激光器611和从激光器612，所述主激光器611适于通过注入锁定装置62对所述从激光器612进行注入锁定。注入锁定校正装置63分别与光源61和注入锁定装置62连接。
[0145]
如图7所示，本发明实施例中一种注入锁定校正装置的结构示意图，所述注入锁定校正装置63可以包括：
[0146]
注入电流控制模块631，适于响应于触发信号，控制所述注入锁定装置62改变输出的注入电流的大小，以控制所述从激光器612的注入锁定状态在失锁状态和锁定状态之间连续变化，以及根据确定的校正电流值，向所述注入锁定装置62输出相应的电流调整信号，使所述注入锁定装置62输出的注入电流的大小调整为所述校正电流值；
[0147]
信号处理模块632，适于对所述从激光器612输出的激光信号进行延迟耦合及拍频处理，获得拍频信号，并根据所述拍频信号，确定所述从激光器612处于锁定状态时对应的注入电流范围，以所述注入电流范围的中心值作为校正电流值。
[0148]
其中，注入电流控制模块631通过向注入锁定装置62发送控制信号，可以控制所述注入锁定装置62按照上述任意一种注入电流变化方式改变输出的注入电流的大小，例如，所述注入电流控制模块61适于根据预设的电流变化区间，控制所述注入锁定装置62沿指定方向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间一端的端点电流值后，反
向连续改变所述注入电流的大小，直至达到所述电流变化区间另一端的端点电流值后，再反向连续改变至回到初始的注入电流值，以控制所述从激光器612从初始的锁定状态依次进入一次失锁状态、二次锁定状态和二次失锁状态，最后回到所述初始的锁定状态。具体可参考上述注入锁定校正方法的相关实施例，再次不再赘述。
[0149]
由上述方案可知，根据从激光器输出的激光信号，可以对从激光器的注入电流进行反馈控制，从而实现自动校正从激光器的注入电流值，从而避免环境温度和应力释放导致从激光器失锁的问题，提高注入锁定的稳定性，使从激光器长期处于被锁定状态。
[0150]
在具体实施中，可以通过时间对应关系，在从激光器在失锁状态和锁定状态连续变化时，确定拍频信号最大幅值对应的时间段，获取该时间段的注入电流值。为了可以更快的确定注入电流值，根据注入电流与拍频信号之间存在的对应关系，对拍频信号进行短时傅里叶变换，从而通过获取拍频信号最大幅值对应的注入电流范围，可以确定校正电流值。
[0151]
具体而言，继续参考图7，所述信号处理模块632可以包括：
[0152]
拍频处理单元6321，适于对所述从激光器输出的激光信号进行延迟耦合及拍频处理，获得拍频信号；
[0153]
模数转换单元6322，适于对所述拍频信号进行模数转换处理，得到所述拍频信号的时域图；
[0154]
频域转换单元6323，适于将所述拍频信号时域图进行短时傅里叶变换，得到所述拍频信号的频谱图序列；
[0155]
校正电流获取单元6324，适于根据所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域，并获取所述二次锁定状态区域的中心位置对应的注入电流值作为校正电流值。
[0156]
在具体实施中，如图7所示，所述校正电流获取单元6324可以包括：注入电流值获取子单元63241，适于根据所于所述拍频信号的频谱图序列，确定二次锁定状态区域及所述二次锁定状态区域的中心位置的时间信息，并获取所述时间信息对应的注入电流值；
[0157]
偏移量计算子单元63242，适于计算所述从激光器初始的注入电流值与所述锁定状态区域中心位置的对应的注入电流值之间的偏移量；
[0158]
调整值获取子单元63243，适于根据所述偏移量，确定所述初始的注入电流值与所述校正电流值之间的注入电流调整值；
[0159]
所述注入电流控制模块631适于将包含所述注入电流调整值的电流调整信号传输至所述注入锁定装置63。
[0160]
在具体实施中，为了可以减少注入电流的调整次数，所述调整值获取子单元63243还适于将所述偏移量与预设的电流调整阈值进行比较，若所述偏移量大于所述电流调整阈值，则以所述偏移量作为所述注入电流调整值。
[0161]
采用上述方案，在所述偏移量大于所述电流调整阈值时，确定注入电流的偏移达到了电流调整条件，则可以将偏移量作为所述注入电流调整值，对注入电流进行调整，在所述偏移量不大于所述电流调整阈值时，确定注入电流的偏移未达到了电流调整条件，则所述注入电流调整值为零，不需要对注入电流进行调整。
[0162]
在具体实施中，为了确保延迟后的激光信号和未延迟的激光信号具有相同的频率和波长，如图8所示，所述拍频处理单元6321可以包括：第一光耦合器63211，第二光耦合器63212和光电检测子单元63213，其中：
[0163]
所述第一光耦合器63211，适于接收所述从激光器输出的激光信号，并分别通过传输线和延迟线，将所述激光信号分别传输至所述第二光耦合器；
[0164]
所述第二光耦合器63212，适于分别接收通过所述传输线传输的激光信号和所述延迟线传输的激光信号，将两路激光信号耦合并传输至所述光电检测子单元；
[0165]
所述光电检测子单元63213，适于将所述第二光耦合器传输的耦合后的激光信号进行拍频处理，得到所述拍频信号。
[0166]
其中，所述光电检测子单元63213可以为任意一种光电探测器，例如，可以为干涉仪探测器(photo-detector，pd)。
[0167]
采用上述方案，结构简单，便于实现激光信号的延迟处理，且由于延迟的激光信号和未延迟的激光信号均来源于从激光器，可以确保延迟后的激光信号和未延迟的激光信号具有相同的频率和波长，便于后续进行拍频处理，得到所述拍频信号。
[0168]
在实际应用中，所述注入锁定装置可以采用任意注入锁定电路。
[0169]
例如，如图9所示，为一种注入锁定电路的连接示意图。其中可以包括：电光调制器(electro-optic modulator，eom)02、环形器07、压控振荡器(voltage-controlled oscillator，vco)04、功率放大器03、阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，awg)05、电流源(current source，cs)06。
[0170]
阵列波导光栅05向压控振荡器04输出电压信号，压控振荡器04产生振荡，输出相应波形的电压信号至功率放大器03，经过放大的电压信号输入电光调制器02，以及阵列波导光栅05向电流源06输出电流信号，使电流源06向从激光器08恒定输出相应大小的注入电流。
[0171]
主激光器01输出注入激光信号，注入激光信号的步长为λ0，经过电光调制器02进行调制后，电光调制器02输出调制后的注入激光信号的步长为λ1且一阶边带频率为f1，调制后的注入激光信号经环形器07输入从激光器08。从激光器08输出的激光信号经环形器07输出。
[0172]
从激光器08在自由运转模式下输出的激光信号的频率为f2。当f2与f1相差达到一定程度时(大约几ghz，称为锁定带宽)，从激光器08失锁，从激光器08输出的激光信号的频率为f2，并非调制注入激光信号的频率f1。随着注入电流的变化，f2也随之变化，当f2与f1差别重新小于锁定带宽时，从激光器08进入锁定状态，从激光器08输出的激光信号的频率变为f1且波形幅度变大。
[0173]
如图10所示，为本说明书一实施例中注入锁定校正装置的应用场景示意图，结合图6至图9，以下通过具体实施例详细说明注入锁定校正装置实施的校正过程。
[0174]
在本说明书一实施例中，通过电光调制器02、环形器07、压控振荡器04、功率放大器03、阵列波导光栅05和电流源06组成注入锁定电路，主激光器01可以对从激光器08进行注入锁定。在激光雷达工作过程中，从激光器08输出的激光信号经过环形器07和第三光耦合器09传输至雷达探测电路11，将所述激光信号作为探测信号发射出去，并根据回波信号进行数据处理。其中，从激光器08输出的用于雷达探测的波形可以是三角波、锯齿波等。
[0175]
注入锁定校正装置10可以包括：注入电流控制模块101和信号处理模块102；信号处理模块102可以包括：拍频处理单元1021、模数转换单元1022、频域转换单元1023和校正电流获取单元1024；拍频处理单元1021可以包括：第一光耦合器10211、第二光耦合器10212
和光电检测子单元10213。
[0176]
当注入电流控制模块101响应于触发信号时，对所述阵列波导光栅05发送控制信号，控制所述阵列波导光栅05改变输出的电流信号，从而改变电流源06输出的注入电流大小，使所述从激光器08的注入锁定状态在失锁状态和锁定状态之间连续变化。此时进入注入锁定校正过程。
[0177]
从激光器08发射的激光信号经过第三光耦合器09传输至第一光耦合器10211。第一光耦合器10211接收所述从激光器08输出的激光信号并分别通过传输线和延迟线，将所述激光信号分别传输至所述第二光耦合器10212。第二光耦合器10212分别接收通过所述传输线传输的激光信号和所述延迟线传输的激光信号，将两路激光信号耦合并传输至所述光电检测子单元10213。光电检测子单元10213将所述第二光耦合器10212传输的耦合后的激光信号进行拍频处理，得到所述拍频信号。
[0178]
模数转换单元1022对所述拍频信号进行模数转换处理，得到所述拍频信号的时域图。频域转换单元1023将所述拍频信号时域图进行短时傅里叶变换，得到所述拍频信号的频谱图序列。校正电流获取单元1024根据所述拍频信号的频谱图序列，从激光器08处于锁定状态范围内对应的电流范围，将该电流范围中心值作为所述校正电流值。
[0179]
注入电流控制模块101根据所述校正电流值，向所述阵列波导光栅05输出相应的电流调整信号，使所述阵列波导光栅05输出相应的电流信号，将电流源06输出的注入电流的大小调整为所述校正电流值。
[0180]
可以理解的是，上述实施例仅为示例说明，在实际情况，注入锁定校正装置可以应用于其他场景中，本说明书对此不做限制。
[0181]
此外，需要知道的是，“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等术语的特征可以明示或者隐含的包括一个或者多个该特征。而且，“第一”、“第二”等术语是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或表示重要性。可以理解的是，这样使用的术语在适当情况下可以互换，以使这里描述的本说明书实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0182]
虽然本说明书实施例披露如上，但本说明书实施例并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本说明书实施例的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本说明书实施例的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。