光纤激光器和雷达系统的制作方法

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种光纤激光器和雷达系统。

背景技术：

光纤激光器可以应用于雷达系统，通过向被测物体发射激光，根据激光的发射时间、返回时间和光速即可计算得到被测物体与雷达系统之间的距离。

传统的光纤激光器通常由种子源和光纤放大器构成，种子源发射的激光分为两路，其中一路经过光纤放大器后输出，另一路直接输出，两路激光的输出有时延。当使用传统的光纤激光器进行雷达系统的距离测量时，一路激光作为探测激光向被测物体发射，另一路激光作为参考激光向接收端发射，雷达系统根据光速、输出时延和测量得到的接收端接收探测激光与参考激光的时差计算到被测物体的距离。然而，两路激光的输出时延受温度影响较大，采用传统的光纤激光器进行距离测量时易受环境温度变化影响，误差较大，导致激光测距准确度低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种激光测距准确度高的光纤激光器和雷达系统。

一种光纤激光器，包括种子源、光纤耦合器、光纤放大器和补偿光纤，所述补偿光纤与所述光纤放大器中的光纤设置于相同环境；

所述光纤耦合器的输入端连接所述种子源，所述光纤耦合器的输出端连接所述光纤放大器的输入端和所述补偿光纤一端；

所述种子源输出激光至所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述激光分成两路光束后分别输送至所述光纤放大器和所述补偿光纤，所述光纤放大器对接收的光束进行放大并由所述光纤放大器的输出端发射探测激光，所述补偿光纤另一端输出参考激光。

上述光纤激光器，种子源用于输出激光到光纤耦合器，光纤耦合器对激光进行耦合分光后输出两路，一路经过光纤放大器进行功率放大后输出探测激光，另一路经过补偿光纤后输出参考激光。通过加入补偿光纤，补偿光纤与光纤放大器中的光纤放置于相同环境，由环境温度变化引起的光纤折射率变化同时发生在补偿光纤和光纤放大器的光纤中，降低因为环境温度变化引入额外的测量误差的概率，提高了激光测距的准确度。

一种雷达系统，包括处理器、激光接收器和上述的光纤激光器，所述处理器连接所述激光接收器；

所述激光接收器接收补偿光纤输出的参考激光，以及接收被测物体反射光纤放大器输出的探测激光得到的反射激光，所述处理器获取所述激光接收器接收所述参考激光的时刻和接收所述反射激光的时刻并计算得到时差，以及根据所述时差、光速和预设输出时延获取所述被测物体与雷达系统的距离。

上述雷达系统，由于采用了上述光纤激光器，同理可提高激光测距的准确度。

附图说明

图1为一实施例中光纤激光器的结构框图；

图2为另一实施例中光纤激光器的结构框图；

图3为一实施例中雷达系统的结构框图。

具体实施方式

光纤激光器通常由种子源提供激光，光纤放大器进行功率放大，其中光纤放大器可能有多级。传统的光纤激光器中种子源发射的激光经耦合分光后分两路输出，一路作为参考激光，另一路经光纤放大器放大后输出探测激光。探测激光与参考激光经过的光路不同，最终的输出时间不同，存在输出时延，输出时延由光纤放大器光路引起。若光纤放大器光路长度为l，光纤纤芯折射率为n，则:

δt＝l/(n*c)；

其中，δt为输出时延，c为光速。

光纤纤芯折射率在不同温度下会发生改变，因此不同温度下δt也不相同，因此会造成温差相关的测量误差。

本发明提供一种可以降低环境温度对激光测距准确度的影响的光纤激光器。参考图1，一实施例中的光纤激光器100，包括种子源110、光纤耦合器120、光纤放大器130和补偿光纤140，补偿光纤140与光纤放大器130中的光纤设置于相同环境。光纤耦合器120的输入端连接种子源110，光纤耦合器120的输出端连接光纤放大器130的输入端和补偿光纤140一端。

种子源110输出激光至光纤耦合器120，光纤耦合器120将激光分成两路光束后分别输送至光纤放大器130和补偿光纤140，光纤放大器130对接收的光束进行放大并由光纤放大器130的输出端输出探测激光，补偿光纤140另一端输出参考激光。探测激光的功率大于参考激光的功率。具体地，参考激光用于直接发射至激光接收器，探测激光用于发射至被测物体，被测物体反射探测激光得到反射激光，反射激光被激光接收器接收。

其中，补偿光纤140与光纤放大器130中的光纤设置于相同环境，指补偿光纤140与光纤放大器130中的光纤工作环境相同，从而可以保证两者所处的环境温度相同。例如，补偿光纤140与光纤放大器130中的光纤缠绕在一起，可以保证所处的环境温度相同。

上述光纤激光器100，种子源110用于输出激光到光纤耦合器120，光纤耦合器120对激光进行耦合分光后输出两路，一路经过光纤放大器130进行功率放大后输出探测激光，另一路经过补偿光纤140后输出参考激光。通过加入补偿光纤140，补偿光纤140与光纤放大器130中的光纤放置于相同环境，由环境温度变化引起的光纤折射率变化同时发生在补偿光纤140和光纤放大器130的光纤中，降低因为环境温度变化引入额外的测量误差的概率，提高了激光测距的准确度。

在一实施例中，补偿光纤140的长度与光纤放大器130的光路的长度差小于预设差值。光纤放大器130包括基本器件和光纤，光纤放大器的光路具体为光纤放大器的输入端到输出端的路径距离。

其中，预设差值可以根据实际情况具体设置。通过设置与光纤放大器的光路长度相仿的补偿光纤，从长度上进行改进，可减小探测激光和参考激光的输出时延，进一步提高激光测距的准确度。

具体地，本实施例中，补偿光纤140的长度与光纤放大器130的光路的长度相等，更进一步提高激光测距的准确度。

在一实施例中，种子源110为激光二极管，用于作为激光源发射激光。可以理解，在其他的实施例中，种子源110也可以采用其他器件，例如气体激光器。

在一实施例中，光纤耦合器120为单模光纤耦合器。可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他类型的光纤耦合器120，例如，多模光纤耦合器。

在一实施例中，光纤耦合器120的分光比为1/1000。即，光纤耦合器输出的两路激光中，输出到补偿光纤140的激光与输出到光纤放大器130的激光的功率比为1:1000，得到的探测激光功率较大，更适用于远距离探测。可以理解，在其他的实施例中，还可以采用其他分光比的光纤耦合器120。

在一实施例中，补偿光纤140为单模光纤。具体地，单模光纤的型号为smf-28。采用smf-28单模光纤，光信号传输效率高。可以理解，在其他实施例中，还可以采用其他型号的补偿光纤140。

在一实施例中，补偿光纤140的光纤折射率与光纤放大器130中光纤的折射率相同。通过保证补偿光纤140的光纤折射率与光纤放大器130中光纤的折射率相同，进一步减小探测激光和参考激光的输出时延，从而进一步提高激光测距的准确度。

在一实施例中，参考图2，上述光纤激光器100还包括参考激光发射头150和探测激光发射头160，参考激光发射头150连接补偿光纤140远离光纤耦合器120的一端，探测激光发射头160连接光纤放大器130的输出端。通过在光纤放大器130和补偿光纤140上分别安装探测激光发射头160和参考激光发射头150，可以提高发射激光的集中度。

参考图3，一实施例中的雷达系统，包括激光接收器210、处理器230和上 述光纤激光器100，激光接收器210连接处理器230。

激光接收器210接收补偿光纤140输出的参考激光，以及接收被测物体反射光纤放大器130输出的探测激光得到的反射激光，处理器230获取激光接收器210接收参考激光的时刻和接收反射激光的时刻并计算得到时差，以及根据时差、光速和预设输出时延获取被测物体与雷达系统的距离。

其中，预设输出时延可以通过预先测量参考激光和探测激光的输出时差得到。

处理器230获取激光接收器210接收参考激光的时刻和接收反射激光的时刻，具体是根据激光接收器210输出到处理器230的信号进行获取。具体地，激光接收器210输出到处理器230的信号可以是电平信号，也可以是时间信号。例如，激光接收器210接收到参考激光或反射激光后，输出高电平至处理器230，处理器230记录高电平接收时刻，并根据时间先后区分参考激光的接收时刻和反射激光的接收时刻。

在一实施例中，激光接收器210包括分别连接处理器230的参考激光接收器(图未示)和探测激光接收器(图未示)，参考激光接收器接收参考激光，探测激光接收器接收被测物体反射的反射激光。通过设置参考激光接收器和探测激光接收器两种激光接收器分别接收参考激光和反射激光，避免出现接收接收混乱，进一步提高激光测距的准确度。

在一实施例中，处理器230根据时差、光速和预设输出时延获取被测物体与雷达系统的距离，具体为：

d＝(δt-δt0)*c/2；

其中，d为被测物体到雷达系统的距离，δt为时差，δt0为预设输出时延，c为光速。

上述雷达系统，由于采用了上述光纤激光器100，同理可以提高激光测距的准确度高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。