任何和所有申请——对其的国外或国内优先权要求在与本申请一起提交的申请数据表中被标识——根据37cfr1.57通过引用包含于此。也就是说，该申请根据35u.s.c.§119(e)要求2015年11月30日提交的美国临时专利申请62/261,214的权益，该临时专利申请的全部内容通过引用包含于此。
本公开一般地涉及激光雷达系统。
背景技术：
光检测和测距(激光雷达)是可用于测量到远程目标的距离的技术。典型地，激光雷达系统包括光源和检测器。光源可以是例如发射具有特定的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光谱的红外线、可见光或紫外线部分中。光源朝着目标发射光，该目标然后使光散射。一些散射光在检测器处被接收回。系统基于与所返回的光相关的一个或多个特性来确定到目标的距离。例如，系统可基于所返回的光脉冲的飞行时间来确定到目标的距离。
技术实现要素：
在一些实施方式中，激光雷达系统包括：被配置成发射光脉冲的光源；多个光链路，其中每个光链路将光源耦合到多个传感器头的相应传感器头，其中光链路被配置成将所发射的光脉冲的至少一部分从光源传送到相应的传感器头；以及多个传感器头，其中每个传感器头包括：被配置成跨越传感器头的能视域扫描光脉冲的扫描仪，其中所扫描的光脉冲包括由相应的光链路从光源传送到传感器头的所发射的光脉冲的该部分；以及被配置成检测由位于传感器头的顺发射方向的目标散射或反射的所扫描的光脉冲的至少一部分的检测器。
在一些实施方式中，激光系统包括：被配置成产生光学种子脉冲的种子激光器；被配置成将种子脉冲放大第一放大器增益以产生包括放大的种子脉冲和放大自发发射(ase)的第一放大器输出的第一光纤放大器；被配置成从第一放大器输出移除一定量的ase的第一光滤波器；以及被配置成从第一光滤波器接收放大的种子脉冲并将所接收的脉冲放大第二放大器增益以产生输出脉冲的第二光纤放大器，其中输出脉冲具有输出脉冲特性，其包括：小于或等于100mhz的脉冲重复频率；小于或等于20纳秒的脉冲持续时间；以及小于或等于1％的占空比。
在一些实施方式中，激光雷达系统包括：被配置成发射光脉冲的光源；被配置成跨越能视域扫描所发射的光脉冲的至少一部分的扫描仪；以及被配置成检测由位于离激光雷达系统一段距离处的目标散射的所扫描的光脉冲的至少一部分的接收器。
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样。
图3示出包括激光器、传感器和激光器-传感器链路的示例激光雷达系统。
图4示出示例激光雷达系统，其中激光器-传感器链路包括耦合在激光器和传感器之间的光链路和电链路。
图5示出具有由多个相应的激光器-传感器链路耦合到多个传感器头的激光器的示例激光雷达系统。
图6示出具有激光雷达系统的示例车辆，激光雷达系统包括具有由多个激光器-传感器链路耦合到激光器的多个传感器头的激光器。
图7示出具有种子激光器和将光从种子激光器分配到多个光链路的解复用器的示例激光器。
图8示出包括由脉冲发生器驱动的激光二极管的示例种子激光器。
图9示出包括激光二极管和光调制器的示例种子激光器。
图10示出包括由脉冲发生器驱动的激光二极管和由另一脉冲发生器驱动的光调制器的示例种子激光器。
图11示出具有由复用器组合在一起的多个激光二极管的示例种子激光器。
图12示出示例波长相关延迟线。
图13示出包括种子激光器、放大器和传感器的示例激光雷达系统。
图14示出在穿过光谱滤波器之前和之后的光信号的示例光谱。
图15示出在脉冲穿过时间滤波器之前和之后的示例光脉冲。
图16示出示例双程光纤放大器。
图17示出被合并到玻璃基体(例如熔融石英)内的铒和镱离子的示例吸收光谱。
图18示出掺杂有铒和镱的组合的玻璃基体的示例吸收和发射光谱。
图19示出示例单程光纤放大器。
图20示出产生自由空间输出光束的示例升压放大器。
图21示出包括三个放大器的示例激光雷达系统。
图22示出具有包括种子激光器和放大器的激光器的示例激光雷达系统。
图23示出具有包括放大器的光链路的示例激光雷达系统。
图24示出具有包括放大器的传感器头的示例激光雷达系统。
图25示出示例激光雷达系统，其中传感器头包括耦合到输出准直仪的放大器。
图26示出示例激光雷达系统，其中传感器头包括自由空间放大器。
图27示出示例激光器，其中种子激光器与补充光源组合。
图28示出包括种子激光器、放大器和解复用器的示例激光器。
图29示出包括多个激光二极管、复用器器、放大器和解复用器的示例激光器。
图30示出示例激光器，其中激光器耦合到多个光链路，每个光链路包括放大器。
图31示出具有耦合到多个相应的光链路的多个激光二极管的示例激光器，每个光链路包括放大器。
图32示出具有示例重叠反射镜的示例激光雷达系统。
图33示出激光雷达系统的示例光源视场和接收器视场。
图34示出具有相应的扫描方向的示例光源视场和接收器视场。
图35示出从光源视场偏移的示例接收器视场。
图36示出光源视场和接收器视场的示例正向扫描方向和反向扫描方向。
图37示出示例ingaas雪崩光电二极管(apd)。
图38示出耦合到示例脉冲检测电路的apd。
图39示出耦合到示例多通道脉冲检测电路的apd。
图40示出包括耦合到逻辑电路的两个apd的示例接收器。
图41示出示例检测器阵列。
图42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。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可被称为激光测距系统、激光雷达系统、lidar系统或激光检测和测距(ladar或激光雷达)系统。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括光源110、反射镜115、扫描仪120、接收器140或控制器150。光源110可以是例如激光器，其发射具有在电磁光谱的红外线、可见光或紫外线部分中的特定工作波长的光。作为例子，光源110可包括具有在大约1.2μm和1.7μm之间的工作波长的激光器。光源110发射输出光束125，其对于给定应用可以是连续波、脉冲的或以任何合适的方式调制的。输出光束125顺发射方向地被引导到远程目标130。作为例子，远程目标130可位于离激光雷达系统100大约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，目标就可散射或反射来自输出光束125的光的至少一部分，且一些散射或反射光可返回到激光雷达系统100。在图1的例子中，散射或反射光由输入光束135表示，输入光束135穿过扫描仪120并由反射镜115引导到接收器140。在特定的实施方式中，来自输出光束135的光的相对小的一部分可返回到激光雷达系统100作为输入光束135。作为例子，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是大约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。作为另一例子，如果输出光束125的脉冲具有1微焦耳(μj)的脉冲能量，则输入光束135的相应脉冲的脉冲能量可具有大约10纳焦耳(nj)、1nj、100微微焦耳(pj)、10pj、1pj、100毫微微焦耳(fj)、10fj、1fj、100微微微焦耳(aj)、10aj或1aj的脉冲能量。在特定的实施方式中，输出光束125可被称为激光束、光束、光学束、发射光束或波束。在特定的实施方式中，输入光束135可被称为返回光束、接收光束、返回光、接收光、输入光、散射光或反射光。如在本文使用的，散射光可以指由目标130散射或反射的光。作为例子，输入光束135可包括：来自由目标130散射的输出光束125的光；来自由目标130反射的输出光束125的光；或来自目标130的散射光和反射光的组合。
在特定的实施方式中，接收器140可接收或检测来自输入光束135的光子并生成一个或多个表示信号。例如，接收器140可生成表示输入光束135的输出电信号145。该电信号145可被发送到控制器150。在特定的实施方式中，控制器150可包括处理器、计算系统(例如asic或fpga)或其它适当的电路，其配置成分析来自接收器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，例如它与激光雷达系统100在顺发射方向的距离。这可以例如通过分析由光源110传输的光束125的飞行时间或相位调制来完成。如果雷达系统100测量t的飞行时间(例如t表示光从激光雷达系统100行进到目标130并回到激光雷达系统100的往返时间)，则从目标130到激光雷达系统100的距离d可被表示为d＝c·t/2，其中c是光速(大约3.0×108m/s)。作为例子，如果飞行时间被测量为t＝300ns，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为大约d＝45.0m。作为另一例子，如果飞行时间被测量为t＝1.33μs，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为大约d＝199.5m。在特定的实施方式中，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。如在本文使用的，光速c指在任何适当介质中(例如在空气、水或真空中)的光速。作为例子，在真空中的光速是大约2.9979×108m/s，且在空气(其具有大约1.0003的折射率)中的光速是大约2.9970×108m/s。
在特定的实施方式中，光源110可包括脉冲激光器。作为例子，光源110可以是产生具有大约10微微秒(ps)到20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。作为另一例子，光源110可以是产生具有大约200-400ps的脉冲持续时间的脉冲的脉冲激光器。作为另一例子，光源110可以是产生在大约100khz到5mhz的脉冲重复频率或大约200ns到10μs的脉冲周期(例如在连续脉冲之间的时间)处的脉冲的脉冲激光器。在特定的实施方式中，光源110可具有基本上恒定的脉冲重复频率，或光源110可具有可变或可调节的脉冲重复频率。作为例子，光源110可以是脉冲激光器，其产生在相应于大约1.56μs的脉冲周期的大约640khz(例如每秒640,000个脉冲)的基本上恒定的脉冲重复频率的脉冲。作为另一例子，光源110可具有可从大约700khz改变到3mhz的脉冲重复频率。
在特定的实施方式中，光源110可产生具有任何适当的平均光功率的自由空间输出光束125，且输出光束125可以有具有任何适当的脉冲能量或峰值光功率的光脉冲。作为例子，输出光束125可具有大约1mw、10mw、100mw、1w、10w的平均功率或任何其它适当的平均功率。作为另一例子，输出光束125可包括具有大约0.1μj、1μj、10μj、100μj、1mj的脉冲能量或任何其它适当的脉冲能量的脉冲。作为另一例子，输出光束125可包括具有大约10w、100w、1kw、5kw、10kw的峰值功率或任何其它适当的峰值功率的脉冲。具有400ps的持续时间和1μj的脉冲能量的光脉冲具有大约2.5kw的峰值功率。如果脉冲重复频率是500khz，则具有1-μj脉冲的输出光束125的平均功率是大约0.5w。
在特定的实施方式中，光源110可包括激光二极管，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)激光器或垂直腔表面发射激光器(vcsel)。作为例子，光源110可包括砷化铝镓(algaas)激光二极管、砷化铟镓(ingaas)激光二极管或磷化砷镓铟(ingaasp)激光二极管。在特定的实施方式中，光源110可包括具有大约1400-1600nm的峰值发射波长的脉冲激光二极管。作为例子，光源110可包括激光二极管，其是电流调制的以产生光脉冲。在特定的实施方式中，光源110可包括跟随有一个或多个光放大级的脉冲激光二极管。作为例子，光源110可以是光纤激光模块，其包括跟随有单级或多级掺铒光纤放大器(edfa)的具有大约1550nm的峰值波长的电流调制激光二极管。作为另一例子，光源110可包括跟随有外部光调制器(例如电光调制器)的连续波(cw)或准cw激光二极管，且调制器的输出可被馈送到光放大器。
在特定的实施方式中，由光源110发射的输出光束125可以是具有任何适当的光束发散度，例如大约0.1到3.0毫弧度(mrad)的发散度的准直光束。输出光束125的发散度可以指当输出光束125远离光源110或激光雷达系统100行进时光束尺寸(例如光束半径或光束直径)的增加的角度量。在特定的实施方式中，输出光束125可以有具有由单个发散度值表征的光束发散度的基本上圆形的横截面。作为例子，具有圆形横截面和1mrad的发散度的输出光束125可具有在离激光雷达系统100的100m的距离处的大约10cm的光束直径或光斑尺寸。在特定的实施方式中，输出光束125可以是像散光束，或可具有基本上椭圆形的横截面并且可由两个发散度值表征。作为例子，输出光束125可具有快轴和慢轴，其中快轴发散度大于慢轴发散度。作为另一例子，输出光束125可以是具有2mrad的快轴发散度和0.5mrad的慢轴发散度的像散光束。
在特定的例子中，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，可以没有特定或固定的偏振(例如偏振可随着时间而改变)，或可具有特定的偏振(例如输出光束125可以是线偏振的、椭圆偏振的或圆偏振的)。作为例子，光源110可产生线偏振光，且激光雷达系统100可包括将该线偏振光转换成圆偏振光的四分之一波片。圆偏振光可作为输出光束125被发射，且激光雷达系统100可接收输入光束135，其可以用与输出光束125相同的方式基本上或至少部分地是圆偏振的(例如，如果输出光束125是右手圆偏振的，则输入光束135也可以是右手圆偏振的)。输入光束135可穿过同一四分之一波片(或不同的四分之一波片)，导致输入光束135转换成线偏振光，其相对于由光源110产生的线偏振光是正交偏振的(例如成直角偏振)。作为另一例子，激光雷达系统100可使用偏振分集检测，其中两个偏振分量被单独地检测。输出光束125可以是线偏振的，且激光雷达系统100可将输入光束135分成由两个光电二极管(例如包括两个光电二极管的平衡光接收器)单独地检测的两个偏振分量(例如s偏振和p偏振)。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括配置成对输出光束125或输入光束135进行调节、塑形、滤波、修改、操纵或引导的一个或多个光学部件。作为例子，激光雷达系统100可包括一个或多个透镜、反射镜、滤波器(例如带通或干扰滤波器)、分束器、偏振器、偏振分束器、波片(例如半波片或四分之一波片)、衍射元件或全息元件。在特定的实施方式中，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以将输出光束125扩大、聚焦或准直到期望光束直径或发散度。作为例子，激光雷达系统100可包括一个或多个透镜以将输入光束135聚焦到接收器140的活性区域上。作为另一例子，激光雷达系统100可包括一个或多个平面反射镜或曲面反射镜(例如凹面、凸面或抛物面反射镜)以操纵或聚焦输出光束125或输入光束135。例如，激光雷达系统100可包括离轴抛物面反射镜以将输入光束135聚焦到接收器140的活性区域上。如图1所示，激光雷达系统100可包括反射镜115(其可以是金属或介质反射镜)，且反射镜115可配置成使得光束125穿过反射镜115。作为例子，反射镜115(其可以被称为重叠反射镜、叠加反射镜或光束组合器反射镜)可包括输出光束125穿过的洞、狭缝或孔。作为另一例子，反射镜115可配置成使得输出光束125的至少80％穿过反射镜115，且输入光束135的至少80％由反射镜115反射。在特定的实施方式中，反射镜115可规定输出光束125和输入光束135是基本上同轴的，以使得这两个光束基本上沿着同一光路(虽然在相反的方向上)行进。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括扫描仪120以在顺发射方向的一个或多个方向上操纵输出光束125。作为例子，扫描仪120可包括配置成以成角方式绕着一个或多个轴旋转、倾斜、枢转或移动的一个或多个扫描反射镜。在特定的实施方式中，平面扫描反射镜可附接到在特定的角度范围内扫描反射镜的扫描仪致动器或机构。作为例子，扫描仪120可包括电流计扫描仪、共振扫描仪、压电致动器、多面体扫描仪、旋转棱镜扫描仪、音圈电动机、dc电动机、步进电动机或微机电系统(mems)设备或任何其它适当的致动器或机构。在特定的实施方式中，扫描仪120可配置成在5度角范围、20度角范围、30度角范围、60度角范围或任何其它适当的角范围上扫描输出光束125。作为例子，扫描反射镜可配置成在15度范围上周期性地旋转，这导致输出光束125在整个30度范围上扫描(例如由扫描反射镜进行的θ度旋转导致输出光束125的2θ度角扫描)。在特定的实施方式中，激光雷达系统100的能视域(for)可以指区域或角范围，激光雷达系统100可配置成在该区域或角范围上扫描或捕获距离信息。作为例子，使用具有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。作为另一例子，具有在30度范围上旋转的扫描反射镜的激光雷达系统100可产生跨越60度范围(例如60度for)扫描的输出光束125。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可具有大约10°、20°、40°、60°、120°的for或任何其它适当的for。
在特定的实施方式中，扫描仪120可配置成水平和垂直地扫描输出光束125，且激光雷达系统100可具有沿着水平方向的特定for和沿着垂直方向的另一特定for。作为例子，激光雷达系统100可具有10°至120°的水平for和2°至45°的垂直for。在特定的实施方式中，扫描仪120可包括第一反射镜和第二反射镜，其中第一反射镜朝着第二反射镜引导输出光束125，且第二反射镜顺发射方向引导输出光束125。作为例子，第一反射镜可沿着第一方向扫描输出光束125，且第二反射镜可沿着基本上正交于第一方向的第二方向扫描输出光束125。作为另一例子，第一反射镜可沿着基本上水平的方向扫描输出光束125，且第二反射镜可沿着基本上垂直的方向扫描输出光束125(反之亦然)。在特定的实施方式中，扫描仪120可被称为光束扫描仪、光学扫描仪或激光扫描仪。
在特定的实施方式中，一个或多个扫描反射镜可通信地耦合到控制器150，其可以控制扫描反射镜，以便在顺发射方向的期望方向上或沿着期望扫描图样(scanpattern)引导输出光束125。在特定的实施方式中，扫描图样(其可被称为光扫描图样、光扫描路径或扫描路径)可以指输出光束125被引导所沿着的图样或路径。作为例子，扫描仪120可包括配置成跨越60°水平for和20°垂直for扫描输出光束125的两个扫描反射镜。可控制这两个扫描仪反射镜以顺着基本上覆盖60°×20°for的扫描路径前进。作为例子，扫描路径可导致具有基本上覆盖60°×20°for的像素的点云。像素可遍及60°×20°for而大致均匀地分布。可替代地，像素可具有特定的非均匀分布(例如像素可遍及60°×20°for的全部或一部分而均匀地分布，且像素可在60°×20°for的一个或多个特定的区域中具有较高的密度)。
在特定的实施方式中，接收器140可被称为光电接收器、光接收器、光传感器、检测器、光电检测器或光检测器。在特定的实施方式中。激光雷达系统100可包括接收器140，其接收或检测输入光束135的至少一部分并产生对应于输入光束135的电信号。作为例子，如果输入光束135包括光脉冲，则接收器140可产生对应于由接收器140检测的光脉冲的电流或电压脉冲。作为另一例子，接收器140可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)。作为另一例子，接收器140可包括一个或多个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)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)。接收器140可具有包括硅、锗或ingaas的活性区域或雪崩倍增区域。接收器140的活性区域可具有任何适当的尺寸，例如大约50-500μm的直径或宽度。在特定的实施方式中，接收器140可包括执行信号放大、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、上升沿检测或下降沿检测的电路。作为例子，接收器140可包括将所接收的光电流(例如由apd响应于所接收的光信号而产生的电流)转换成电压信号的跨阻抗放大器。电压信号可被发送到脉冲检测电路，其产生对应于所接收的光脉冲的一个或多个特性(例如上升沿、下降沿、振幅或持续时间)的模拟或数字输出信号145。作为例子，脉冲检测电路可执行时间至数字转换以产生数字输出信号145。电输出信号145可被发送到控制器150以用于处理或分析(例如以确定对应于所接收的光脉冲的飞行时间值)。
在特定的实施方式中，控制器150可以电气地耦合或通信地耦合到光源110、扫描仪120或接收器140。作为例子，控制器150可从光源110接收电触发脉冲或边沿，其中每个脉冲或边沿对应于由光源110进行的光脉冲的发射。作为另一例子，控制器150可向光源110提供指示光源110何时应产生光脉冲的指令、控制信号或触发信号。控制器150可发送包括电脉冲的电触发信号，其中每个电脉冲导致由光源110进行的光脉冲的发射。在特定的实施方式中，可基于由控制器150提供的指令、控制信号或触发脉冲来调节由光源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。在特定的实施方式中，控制器150可耦合到光源110和接收器140，且控制器150可基于与脉冲何时由光源110发射和脉冲的一部分(例如输入光束135)何时由接收器140检测或接收相关的定时信息来确定光脉冲的飞行时间值。在特定的实施方式中，控制器150可包括执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间至数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升沿检测或下降沿检测的电路。
在特定的实施方式中，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，系统可用于标测至在能视域内的多个点的距离。这些深度标测点中的每个可被称为像素。连续捕获的像素的集合(其可被称为深度标测图、点云或帧)可被渲染为图像或可被分析以识别或检测物体或确定在for内的物体的形状或距离。作为例子，深度标测图可覆盖水平地延伸60°并垂直地延伸15°的能视域，且深度标测图可包括在水平方向上的100-2000个像素乘在垂直方向上的4-400个像素的帧。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可配置成以在大约0.1帧每秒(fps)和大约1000fps之间的任何适当的帧速率重复地捕获或生成能视域的点云。作为例子，激光雷达系统100可以以大约0.1fps、0.5fps、1fps、2fps、5fps、10fps、20fps、100fps、500fps或1000fps的帧速率生成点云。作为另一例子，激光雷达系统100可配置成以5×105脉冲/秒的速率产生光脉冲(例如系统可每秒确定500,000个像素距离)并扫描1000×50像素的帧(例如50,000像素/帧)，这对应于每秒10帧的点云帧速率(例如每秒10个点云)。在特定的实施方式中，点云帧速率可以是基本上固定的，或点云帧速率可以是动态地可调节的。作为例子，激光雷达系统100可以以特定的帧速率(例如1hz)捕获一个或多个点云并接着切换成以不同的帧速率(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，且较快的帧速率(例如10hz)可用于快速捕获多个较低分辨率点云。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可被配置成感测、识别或确定至在能视域内的一个或多个目标130的距离。作为例子，激光雷达系统100可确定至目标130的距离，其中目标130的全部或部分被包含在激光雷达系统100的能视域内。在特定的实施方式中，目标130可包括相对于激光雷达系统100移动或静止的物体的全部或部分。作为例子，目标130可包括人、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、道路表面标记、停车空间、路标塔、防护栏杆、交通护栏、路面凹坑、铁路交叉口、在道路中或附近的障碍物、路缘、在道路上或旁边的停放的车辆、多用电杆、房屋、建筑物、垃圾桶、邮箱、树、任何其它适当的物体的全部或部分或两个或更多物体的全部或部分的任何适当的组合。
在特定的实施方式中，一个或多个激光雷达系统100可集成到车辆内。作为例子，多个激光雷达系统100可集成到汽车内以提供在汽车周围的完整的360度水平for。作为另一例子，6-10个激光雷达系统100——每个系统具有45度到90度水平for——可组合在一起以形成感测系统，其提供覆盖360度水平for的点云。激光雷达系统100可被定向成使得相邻for具有一定量的空间或角重叠以允许来自多个激光雷达系统100的数据被组合或联结在一起以形成单个或连续的360度点云。作为例子，每个激光雷达系统100的for可具有与相邻for的大约1-15度的重叠。在特定的实施方式中，车辆可以指被配置成运送人或货物的移动机器。例如，车辆可包括下列项、可采用下列项的形式或可被称为下列项：汽车、自动车、机动车辆、卡车、公共汽车、有蓬货车、拖车、越野车辆、农用车辆、割草机、施工设备、高尔夫球车、旅宿车、出租车、摩托车、踏板车、自行车、滑板、火车、雪上汽车、水运工具(例如船或艇)、飞机(例如固定机翼飞机、直升飞机或飞船)或宇宙飞船。在特定的实施方式中，车辆可包括为车辆提供推进力的内燃机或电动机。
在特定的实施方式中，一个或多个激光雷达系统100可被包括在车辆中作为高级驾驶员辅助系统(adas)的一部分，以在驾驶过程中帮助车辆的驾驶员。例如，激光雷达系统100可以是向驾驶员提供信息或反馈(例如以向驾驶员警告潜在的问题或危险)或自动控制车辆的部分(例如刹车系统或转向系统)以避免碰撞或事故的adas的部分。激光雷达系统100可以是提供自适应巡航控制、自动刹车、自动停车、碰撞避免、向驾驶员警告危险或其它车辆、将车辆维持在正确的车道中或在物体或另一车辆在盲区中的情况下提供警告的车辆adas的部分。
在特定的实施方式中，一个或多个激光雷达系统100可集成到车辆内作为自动车辆驾驶系统的部分。作为例子，激光雷达系统100可向自动车辆的驾驶系统提供关于周围环境的信息。自动车辆驾驶系统可包括一个或多个计算系统，其从激光雷达系统100接收关于周围环境的信息，分析所接收的信息，并向车辆的驾驶系统(例如方向盘、加速器、制动器或转弯信号)提供控制信号。作为例子，集成到自动车辆内的激光雷达系统100可以给自动车辆驾驶系统每0.1秒提供一个点云(例如点云具有10hz更新速率，表示每秒10个帧)。自动车辆驾驶系统可分析所接收的点云以感测或识别目标130及其相应的距离或速度，且自动车辆驾驶系统可基于该信息来更新控制信号。作为例子，如果激光雷达系统100检测到在前面的正在减慢或停止的车辆，则自动车辆驾驶系统可发送指令以释放加速器并应用制动器。
在特定的实施方式中，自动车辆可被称为自动汽车、无驾驶员汽车、自动驾驶汽车、机器人汽车或无人车辆。在特定的实施方式中，自动车辆可以指被配置成感测它的环境并在有很少或没有人输入的情况下导航或驾驶的车辆。作为例子，自动车辆可被配置成驾驶到任何适当的位置并对整个行程控制或执行所有安全关键功能(例如驾驶、转向、刹车、停车)，而并不期望驾驶员在任何时间控制车辆。作为另一例子，自动车辆可允许驾驶员在特定的环境中(例如在高速公路上)将他们的注意力从驾驶任务安全地转移，或自动车辆可提供在大多数环境中的车辆的控制，需要很少或不需要来自驾驶员的输入或关注。
在特定的实施方式中，自动车辆可配置成在车辆中存在驾驶员的情况下行驶，或自动车辆可配置成在没有驾驶员存在的情况下操作车辆。作为例子，自动车辆可包括具有相关控制器(例如方向盘、加速器踏板和刹车踏板)的驾驶员的座椅，且车辆可配置成在没有人坐在驾驶员的座椅中的情况下或在有很少或没有来自坐在驾驶员的座椅中的人的输入的情况下行驶。作为另一例子，自动车辆可以不包括任何驾驶员的座椅或驾驶员的相关控制器，且车辆可在没有人输入的情况下执行基本上所有驾驶功能(例如驾驶、转向、刹车、停车和导航)。作为另一例子，自动车辆可配置成在没有驾驶员的情况下操作(例如车辆可配置成在没有驾驶员存在于车辆中的情况下运送人类乘客或货物)。作为另一例子，自动车辆可配置成在没有任何人类乘客的情况下操作(例如车辆可配置成运送货物而没有在车辆上的任何人类乘客)。
图2示出由激光雷达系统100产生的示例扫描图样200。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可配置成沿着一个或多个特定的扫描图样200扫描输出光束125。在特定的实施方式中，扫描图样200可具有任何适当的水平for(forh)和垂直for(forv)。例如，扫描图样200可具有40°×30°、90°×40°或60°×15°的能视域(例如forh×forv)。作为另一例子，扫描图样200可具有大于或等于10°、25°、30°、40°、60°、90°或120°的forh。作为另一例子，扫描图样200可具有大于或等于2°、5°、10°、15°、20°、30°或45°的forv。在图2的例子中，参考线220代表扫描图样200的能视域的中心。在特定的实施方式中，参考线220可具有任何适当的定向，例如0°的水平角(例如参考线220可笔直向前定向)和0°的垂直角(例如参考线220可具有0°的倾斜度)，或参考线220可具有非零水平角或非零倾斜度(例如+10°或-10°的垂直角)。在图2中，如果扫描图样200具有60°×15°能视域，则扫描图样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°垂直范围。此外，图2中的光束125具有相对于参考线220的大约-15°水平和+3°垂直的定向。光束125可被称为具有相对于参考线220的-15°的方位角和+3°的仰角。在特定的实施方式中，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，且仰角(其可被称为高度方位角、高度或高度角)可表示相对于参考线220的垂直角。
在特定的实施方式中，扫描图样200可包括多个像素210，且每个像素210可与一个或多个激光脉冲和一个或多个相应的距离测量值相关联。在特定的实施方式中，扫描图样200的周期可包括总共px×py个像素210(例如px乘py像素的二维分布)。作为例子，扫描图样200可包括具有沿着水平方向的大约100-2,000个像素210和沿着垂直方向的大约4-400个像素210的维度的分布。作为另一例子，扫描图样200可包括扫描图样200的每周期总共64,000个像素的沿着水平方向的1,000个像素210乘沿着垂直方向的64个像素210(例如帧尺寸是1000×64个像素)的分布。在特定的实施方式中，沿着水平方向的像素210的数量可被称为扫描图样200的水平分辨率，且沿着垂直方向的像素210的数量可被称为垂直分辨率。作为例子，扫描图样200可具有大于或等于100个像素210的水平分辨率和大于或等于4个像素210的垂直分辨率。作为另一例子，扫描图样200可具有100-2,000个像素210的水平分辨率和4-400个像素210的垂直分辨率。
在特定的实施方式中，每个像素210可与距离(例如到目标130的一部分的距离，相关激光脉冲从该部分被散射)或一个或多个角度值相关。作为例子，像素210可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。可至少部分地基于相应脉冲的飞行时间测量来确定至目标130的一部分的距离。角度值(例如方位角或仰角)可对应于输出光束125的角(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(例如当输入信号由激光雷达系统100接收时)。在特定的实施方式中，可至少部分地基于扫描仪120的部件的位置来确定角度值。作为例子，可从扫描仪120的一个或多个相应的扫描反射镜的角位置来确定与像素210相关联的方位角或仰角值。
图3示出包括激光器300、传感器310和激光器-传感器链路320的示例激光雷达系统100。在特定的实施方式中，激光器300可配置成发射光脉冲并且可被称为激光系统、激光头或光源。在特定的实施方式中，激光器300可包括在图1中所示和在上面所述的光源110，可以是光源110的部分，可类似于光源110，或可与光源110基本上相同。此外，图3中的激光雷达系统100可包括与图1中的激光雷达系统的部件(例如反射镜115、扫描仪120、接收器140或控制器150)类似的部件。在图3的例子中，激光器300通过激光器-传感器链路320(其可被称为链路)耦合到远程定位的传感器310。在特定的实施方式中，传感器310可被称为传感器头并且可包括反射镜115、扫描仪120、接收器140或控制器150。作为例子，激光器300可包括脉冲激光二极管(例如脉冲dfb激光器)，后面是光放大器，且来自激光器300的光可由激光器-传感器链路320的光纤传送到在远程定位的传感器310中的扫描仪120。激光器-传感器链路320的长度或在激光器300和传感器310之间的分隔距离可以是大约0.5m、1m、2m、5m、10m、20m、50m、100m或任何其它适当的距离。
图4示出示例激光雷达系统100，其中激光器-传感器链路320包括耦合在激光器300和传感器310之间的光链路330和电链路350。图4中的激光雷达系统100包括远离传感器头310定位的光源(例如激光器300)，其中传感器头310包括其它激光雷达系统部件(例如输出准直仪340、反射镜115、扫描仪120、接收器140和控制器150)。在特定的实施方式中，激光器-传感器链路320可以指提供在光源(例如激光器300)和传感器头310之间的光或电连接的电缆束、导管或组件。激光器-传感器链路320可具有任何适当的长度(例如大于或等于0.5m、1m、2m、5m、10m、20m、50m或100m的长度)，并可用于将光或电信号从激光器300发送到传感器310或从传感器310发送到激光器300。激光器-传感器链路320可包括任何适当数量的光链路330(例如0、1、2、3、5或10个光链路330)或任何适当数量的电链路350(例如0、1、2、3、5或10个电链路350)。在图4中，激光器-传感器链路320包括从激光器300到输出准直仪340的一个光链路330和连接激光器300和控制器150的一个电链路350。激光器-传感器链路320的每个光链路330和每个电链路350可具有任何适当的长度，例如大约0.5m、1m、2m、5m、10m、20m、50m或100m的长度。作为例子，激光器300和传感器310可定位成隔开大约4米，且将光从激光器300传送到传感器310的光纤缆线330可具有大于或等于4米的长度。
在特定的实施方式中，光链路330可包括在激光器300和传感器310之间传递、传送、输送或传输光的光纤(其可被称为光纤缆线或纤维)。作为例子，光链路330(其可被称为光纤链路或纤维链路)可包括任何适当类型的光纤，例如单模(sm)光纤、多模(mm)光纤、大模场面积(lma)光纤、偏振保持(pm)光纤、光子晶体或光子带隙光纤、增益光纤(例如用于在光放大器中使用的掺稀土的光纤)或其任何适当的组合。作为另一例子，光链路330可包括具有大约8μm的纤芯直径和大约125μm的包层直径的玻璃sm光纤。作为另一例子，光链路330可包括光子晶体光纤或光子带隙光纤，其中光由沿着玻璃纤维的长度分布的通气孔的布置限制或引导。在特定的实施方式中，光链路330可包括耦合到、附接到或终止于输出准直仪340的光纤缆线。在图4中，光链路330将光脉冲(其由激光器300发射)传送到传感器头310，且光链路330终止于输出准直仪340。输出准直仪340可包括从光纤缆线330接收光并产生自由空间光束125的透镜或光纤准直仪。在图4中，输出准直仪340接收由光链路330从激光器300传送的光脉冲并产生包括光脉冲的自由空间光束125。输出准直仪340引导自由空间光束125穿过反射镜115并到扫描仪120。
在特定的实施方式中，电链路350可包括在激光器300和传感器310之间传送或传输电功率或一个或多个电信号的电线或电缆。在特定的实施方式中，电链路350可将电功率从激光器300传送到传感器310，反之亦然。作为例子，激光器300可包括向激光器300提供电功率的电源或功率调节器，且此外，电源或功率调节器可经由一个或多个电链路310向传感器310的一个或多个部件(例如扫描仪120、接收器140或控制器150)提供功率。
在特定的实施方式中，电链路350可将一个或多个电信号从激光器300传送到传感器310，反之亦然。电信号可包括以模拟或数字信号的形式的数据或信息。作为例子，电链路350可包括被配置成将模拟或数字信号从接收器140或控制器150传输到位于激光器300中的控制器或处理器的同轴电缆或双绞线电缆。作为另一例子，电链路350可将用于扫描仪120的指令或驱动信号从位于激光器300中的控制器或处理器传送到传感器310。作为另一例子，控制器或处理器的全部或部分可位于激光器300中，且一个或多个电链路350可将信号传送到下列部件或从下列部件传送：位于传感器310中的扫描仪120、接收器140或控制器150。作为另一例子，电链路350可将联锁信号从传感器310提供到激光器300。如果控制器150检测到指示激光雷达系统100的问题的故障条件，则控制器150可改变在联锁线路上的电压(例如从5v到0v)，其指示激光器应关闭、停止发射光、或减小所发射的光的功率或能量。故障条件可由扫描仪120的故障、由接收器140的故障或由出现在传感器310的阈值距离内(例如在0.1m、0.5m、1m、5m或任何其它适当的距离内)的人或物体触发。
在特定的实施方式中，传感器头310可包括被配置成跨越传感器头310的能视域扫描光脉冲的扫描仪120。所扫描的光脉冲可包括由激光器300发射并由光链路320的光纤缆线330从激光器300传送到传感器310的光脉冲。在特定的实施方式中，传感器头310可包括被配置成检测由从传感器头310顺发射方向定位的目标130散射或反射的所扫描的光脉冲的至少一部分的接收器140。目标130可至少部分地被包含在传感器头310的能视域内并位于离传感器头310的小于或等于激光雷达系统100的最大范围rmax的距离d处。在特定的实施方式中，激光雷达系统100的最大范围(其可被称为最大距离)可以指激光雷达系统100被配置成感测或识别出现在激光雷达系统100的能视域中的目标130的最大距离。激光雷达系统100的最大范围可以是任何适当的距离，例如25m、50m、100m、200m、500m或1km。作为例子，具有200m最大范围的激光雷达系统100可被配置成感测或识别位于远离激光雷达系统100的传感器头310高达200m处的各种目标130。对于具有200m最大范围(rmax＝200m)的激光雷达系统100，对应于最大范围的飞行时间是大约
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括一个或多个处理器(例如控制器150)，其被配置成至少部分地基于光脉冲从传感器310行进到目标130并返回到传感器310的飞行时间来确定从传感器310到目标130的距离d。作为例子，控制器150可位于激光器300中或传感器310中，或控制器150的部分可分布在激光器300和传感器310之间。作为另一例子，激光雷达系统100可包括两个或更多个处理器(例如一个处理器可位于激光器300中，而另一处理器可位于传感器310中)。飞行时间值或从传感器310到目标130的距离可由位于激光器300或传感器310中的控制器150确定。可替换地，飞行时间值或到目标130的距离可由位于激光器300和传感器310中的设备的组合确定。作为例子，激光雷达系统100的每个传感器头可包括被配置成接收或处理来自接收器140或来自接收器140的apd或spad的信号的电子器件(例如电子滤波器、跨阻抗放大器、阈值检测器或时间至数字(tdc)转换器)。此外，激光器300可包括被配置成基于经由电链路350从传感器头310接收的信号来确定飞行时间值或至目标130的距离的处理电子器件。
如在本文所述或所示的激光雷达系统100还可包括在下面的专利申请中所述或所示的各种元件：2015年10月19日提交的且标题为“lidarsystemwithimprovedsignal-to-noiseratiointhepresenceofsolarbackgroundnoise”的美国临时专利申请no.62/243,633或2015年11月5日提交的且标题为“lidarsystemwithimprovedscanningspeedforhigh-resolutiondepthmapping”的美国临时专利申请no.62/251,672，每个临时专利通过引用包含于此。
图5示出具有由多个相应的激光器-传感器链路(320-1,320-2,…,320-n)耦合到多个传感器头(310-1,310-2,…,310-n)的激光器300的示例激光雷达系统100。在特定的实施方式中，每个激光器-传感器链路320可将激光器300耦合到相应的传感器头310，且每个激光器-传感器链路320可包括被配置成将光脉冲从激光器300传送到相应的传感器头310的光链路330。在图5中，激光器-传感器链路320-1至320-n可以各自包括具有大于或等于1米的长度的光纤缆线。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括耦合到1、2、4、6、8、10、20或任何其它适当数量的传感器头310的激光器300。在图5中，激光雷达系统100包括将激光器300耦合到n个相应的传感器头310的n个激光器-传感器链路320。在图5中，激光器-传感器链路320-1将激光器300耦合到传感器310-1，激光器-传感器链路320-2将激光器300耦合到传感器310-2，以及激光器-传感器链路320-n将激光器300耦合到传感器310-n。在特定的实施方式中，每个激光器-传感器链路320可被配置成将由激光器300发射的光脉冲的至少一部分传送到相应的传感器头310。作为例子，在图5中，激光雷达系统100可包括六个激光器-传感器链路320和六个传感器310(例如n＝6)，且由激光器300发射的每个脉冲可以在六个传感器头310中的每个之间分离。作为另一例子，由激光器300发射的每个脉冲可被引导到特定的传感器头，以使得每个传感器头接收由激光器300发射的每六个脉冲中的一个(例如第1个、第7个、第13个、…脉冲可传送到传感器310-1；第2个、第8个、第14个、…脉冲可传送到传感器310-2；等等)。
图6示出具有包括激光器300的激光雷达系统的示例车辆，激光器300具有由多个激光器-传感器链路320耦合到激光器300的多个传感器头310。在特定的实施方式中，每个激光器-传感器链路320可包括一个或多个光链路330或一个或多个电链路350。作为例子，每个激光器-传感器链路320可包括被配置成将由激光器300发射的光脉冲的至少一部分传送到相应的传感器头310的光链路330。此外，每个传感器头310可包括被配置成扫描由相应的光链路330从激光器300传送到传感器头310的光脉冲的扫描仪120。作为另一例子，每个激光器-传感器链路320可包括在激光器300和相应的传感器头310之间传送电功率或信号的一个或多个电链路350。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可合并到车辆内，且传感器头310可被定位或定向成提供在车辆周围的环境的大于或等于30度视野。作为例子，具有多个传感器头310的激光雷达系统100可提供在车辆周围的大约30°、45°、60°、90°、120°、180°、270°或360°的水平能视域。每个传感器头310可附接到或合并到车辆的保险杠、挡泥板、护栅、侧板、扰流器、车顶、前灯组件、尾灯组件、后视镜组件、引擎盖、行李箱、窗户或任何其它适当部分内。在图6的例子中，四个传感器头310位于车辆的四个角处或附近(例如，传感器头可合并到灯组件、侧板、保险杠或挡泥板内)，且激光器300可位于车辆内(例如在行李箱中或附近)。四个传感器头310可以各自提供90°至120°水平能视域(for)，且四个传感器头310可定向成使得它们一起提供在车辆周围的完全的360度视野。作为另一例子，激光雷达系统100可包括位于车辆上或周围的六个传感器头310，其中每个传感器头310提供60°至90°水平for。作为另一例子，激光雷达系统100可包括八个传感器头310，且每个传感器头310可提供45°至60°水平for。作为另一例子，激光雷达系统100可包括六个传感器头310，其中每个传感器头310提供70°水平for，在相邻for之间有大约10°的重叠。作为另一例子，激光雷达系统100可包括两个传感器头310，其一起提供大于或等于30°的面向前的水平for。在特定的实施方式中，来自多个传感器头310中的每个的数据可组合或联结在一起以生成覆盖在车辆周围的大于或等于30度水平视野的点云。作为例子，激光器300可包括控制器或处理器，其从每个传感器头310接收数据(例如经由相应的电链路350)并处理所接收的数据以构造覆盖在车辆周围的360度水平视野的点云或确定至一个或多个目标130的距离。
图7示出具有种子激光器400和将来自种子激光器的光分配到多个光链路(330-1,330-2,…,330-n)的解复用器410的示例激光器300。每个光链路将从解复用器410接收的光传送到相应的传感器头(例如光链路330-1将光传送到传感器头310-1，等等)。在特定的实施方式中，解复用器410可包括光功率分配器、光学开关、波长解复用器或其任何适当的组合。在特定的实施方式中，种子激光器400可产生光脉冲，且激光器300还可包括一个或多个光放大器(未在图7中示出)以放大种子激光器脉冲。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括耦合到n个相应的传感器头(310-1,310-2,…,310-n)的n个光链路(330-1,330-2,…,330-n)，且激光器300可包括被配置成在n个光链路之间分配光脉冲的1×n光解复用器410。分配到光链路的光脉冲可以是直接由种子激光器400发射的脉冲或由种子激光器400发射并接着由一个或多个光放大器放大的脉冲。
在特定的实施方式中，每个光链路(330-1,330-2,…,330-n)可以是大约相同的长度，或光链路可具有两个或更多个不同的长度。作为例子，每个光链路可包括具有大约20m的长度的光纤缆线。作为另一例子，光链路可以各自包括具有特定或不同的长度的光纤缆线(例如两个光链路可包括5m光纤，另两个光链路可包括10m光纤，且一个光链路可包括20m光纤)。在特定的实施方式中，传感器头(310-1,310-2,…,310-n)可相对于彼此基本上同时或在不同的时间发射光脉冲。作为例子，解复用器410可将单个光脉冲分成n个光脉冲。n个光脉冲可由具有基本上相同的长度的光纤缆线传送到n个传感器头，且脉冲可由传感器头在大约相同的时间发射。作为另一例子，n个光脉冲可由具有两个或更多个不同长度的光纤缆线传送到n个传感器头，且由于与不同的光纤长度相关联的不同传播时间，脉冲可在不同的时间被发射。作为另一例子，解复用器410可在不同的时间将不同的光脉冲引导到不同的传感器头，导致脉冲在不同的时间由传感器头发射。在特定的实施方式中，因为每个传感器头可独立于其它传感器头而发射并接收脉冲，如在本文所述和所示的激光雷达系统100的操作可以不特别依赖于脉冲是否以时间同步方式被发射，或脉冲在不考虑相对时间同步的情况下被发射。
在特定的实施方式中，解复用器410可包括具有一个光纤输入端口和n个光纤输出端口的1×n光纤功率分配器。作为例子，光功率分配器可包括一个或多个熔融拉锥(fbt)分配器，其通过将两个或更多个光纤相邻于彼此放置并接着通过施加热而将光纤熔合在一起来被组装。作为另一例子，光功率分配器可包括通过使用光刻工艺在玻璃衬底上制造光波导来制成的平面光波电路(plc)。在特定的实施方式中，功率分配器可以是无源光学设备(例如不需要电子器件或电功率)，其被配置成将在输入端口处接收的每个光脉冲分成n个光脉冲，n个光脉冲然后被发送到相应的n个输出端口中的每个。1×n光功率分配器可将n个脉冲中的每个发送到相应的光链路(330-1,330-2,…,330-n)用于传输到相应的传感器头(310-1,310-2,…,310-n)。
在特定的实施方式中，功率分配器可将每个接收到的光脉冲基本上均匀地分成n个脉冲，其中n个脉冲中的每个具有所接收的光脉冲的能量或功率的大约1/n。作为例子，对于具有8个传感器头310(例如n＝8)的激光雷达系统100，包括1×8功率分配器的解复用器410可将所接收的脉冲分成8个脉冲，且那些脉冲中的每个可具有所接收的脉冲的脉冲能量的大约1/8。如果所接收的脉冲具有8μj的脉冲能量，则8个脉冲中的每个可具有大约1μj的脉冲能量。
在特定的实施方式中，功率分配器可将每个所接收的光脉冲分成n个脉冲，在这n个脉冲之间有能量或功率的不等分布。作为例子，对于具有6个传感器头310的激光雷达系统100，功率分配器可将每个所接收的光脉冲分成2个高能量脉冲、2个中等能量脉冲和2个低能量脉冲。每个高能量脉冲可具有所接收的脉冲的能量的大约25％，每个中等能量脉冲可具有所接收的脉冲的能量的大约15％，以及每个低能量脉冲可具有所接收的脉冲的能量的大约10％。作为另一例子，对于具有8个传感器头310的激光雷达系统100，功率分配器可将所接收的脉冲分成4个高能量脉冲和4个低能量脉冲。每个高能量脉冲可具有所接收的脉冲的能量的大约15％到20％，以及每个低能量脉冲可具有所接收的脉冲的能量的大约5％到10％。以不等方式分离光脉冲可允许激光雷达系统100将较高能量脉冲供应到对激光雷达系统性能更关键的传感器头310。作为例子，4个高能量脉冲可被发送到基本上面向前(例如面向车辆的行进方向)的传感器头310，而4个低能量脉冲可被发送到面向侧面或面向后的传感器头310。与低能量脉冲相比，具有较高能量的光脉冲可以给传感器头310提供相应地较长的最大范围。作为例子，被供应有高能量脉冲的传感器头310可具有大约200m的最大范围，而被供应有低能量脉冲的传感器头310可具有大约100m的最大范围。
在特定的实施方式中，解复用器410可包括1×n光学开关。作为例子，解复用器410可包括允许在输入光纤端口处接收的光被选择性地引导到n个输出光纤端口之一的光纤开关。1×n光学开关可使用基于机械切换、压电切换、热切换、液晶切换、使用mems设备的切换或在plc中的波导之间的切换的切换机制。激光器300可发射具有脉冲重复频率f的光脉冲，且1×n光开关可在n个光链路330的每个之间顺序地切换所发射的脉冲(例如对由激光器300发射的每n个脉冲，每个光链路330接收一个脉冲)。每个传感器310可接着用具有大约f/n的脉冲重复频率的脉冲执行激光雷达扫描。作为例子，如果激光器300具有3.6mhz的脉冲重复频率且激光雷达系统100具有6个传感器头310，则每个传感器头310将接收每第六个脉冲，导致大约600khz的传感器头脉冲重复频率。顺序地将输入光切换到n个输出端口之一的解复用器410可被称为时间解复用器。
在特定的实施方式中，解复用器410可包括波长解复用器，其可被称为波长分离器、多路分配器或波分复用器(wdm)。作为例子，解复用器410可包括1×n光纤波长解复用器，其接收在n个不同波长处的光并基于波长将光引导到n个输出端口之一。波长解复用器可使用棱镜、衍射光栅、全息光栅、阵列波导光栅或一个或多个二向色滤波器来执行波长分离。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可使用在任何适当数量的传感器头310之间分离的任何适当数量的不同波长。作为例子，激光器300可产生在n个不同的波长处的脉冲，且脉冲可根据波长被发送到n个相应的传感器头310。作为另一例子，激光器300可产生在n/2个不同波长处的脉冲，且激光雷达系统100可包括n个传感器头310(例如在特定波长处的每个脉冲可在两个传感器头310之间分离)。
在特定的实施方式中，由激光器300发射的光的脉冲可具有n个不同的波长，且解复用器410可包括波长解复用器，其将具有特定波长的每个脉冲发送到相应的光链路330用于传输到相应的传感器头310。作为例子，激光器300可包括n个激光二极管，每个激光二极管被配置成产生在特定波长处的光，或激光器300可包括被配置成产生在n个不同波长处的光的一个波长可调谐激光器。在特定的实施方式中，n个不同的波长可具有在相邻波长之间的任何适当的波长间距，例如大约0.8nm、1.6nm、4nm或10nm的波长间距。作为例子，激光器300可产生在具有1.6nm波长间距的四个不同波长(例如1550.1nm、1551.7nm、1553.3nm和1554.9nm)处的脉冲，并且解复用器410可包括将四个不同波长中的每个发送到相应的光链路330的1×4波长解复用器。激光器300可产生具有脉冲重复频率f的在n个不同波长处的光脉冲(例如在波长λ1,λ2,…,λn处的脉冲的重复序列)。1×n波长解复用器可将每个不同的波长发送到特定的传感器头310(例如每个传感器头310对由激光器300发射的每n个脉冲接收一个脉冲)，导致大约f/n的传感器头脉冲重复频率。作为例子，如果激光器300具有4.8mhz的脉冲重复频率并产生在8个不同波长(对应于8个传感器头310)处的脉冲，则每个传感器头310将接收八个脉冲中的一个，导致大约600khz的每个传感器头310的脉冲重复频率。
在特定的实施方式中，解复用器410可包括一个或多个光功率分配器、一个或多个光学开关或一个或多个波长解复用器的组合。作为例子，解复用器410可包括1×m光功率分配器，后面是m个1×n/m光学开关。参数n和m可以各自具有任何适当的正整数值(例如1、2、3、4、6、8或10)，其中n大于m。如果m＝2且n＝8，则解复用器410包括1×2功率分配器，后面是两个1×4光学开关。作为另一例子，解复用器410可包括1×m光学开关，后面是m个1×n/m光功率分配器。如果m＝2且n＝6，则解复用器410包括1×2光学开关，后面是两个1×3功率分配器。1×2光学开关可在将脉冲引导到它的两个输出端口之一之间交替。由激光器300发射的每隔一个脉冲可被引导到两个输出端口之一，且每个脉冲然后由耦合到开关的输出端口的1×3功率分配器之一分成三个脉冲。作为另一例子，解复用器410可包括1×m波长分离器，后面是m个1×n/m光功率分配器，且激光器300可产生在m个不同波长处的脉冲。如果m＝4且n＝8，则解复用器410包括1×4波长分离器，后面是4个1×2光功率分配器，且激光器300可产生在4个不同波长处的脉冲。作为另一例子，解复用器410可包括1×m光功率分配器，后面是m个1×n/m波长分离器，且激光器300可产生在n/m个不同波长处的脉冲。如果m＝4且n＝8，则解复用器410包括1×4光功率分配器，后面是4个1×2波长分离器。如果激光器300产生在2个不同波长处的脉冲，则每个脉冲可由功率分配器分成四个脉冲，且四个脉冲中的每个可由相应的波长分离器引导到两个传感器头310之一。
图8示出包括由脉冲发生器430驱动的激光二极管440的示例种子激光器400。在图8中的种子激光器400或激光二极管440可被称为脉冲激光器或脉冲激光二极管。在特定的实施方式中，种子激光器400可包括函数发生器420、脉冲发生器430、激光二极管440或温度控制器450。在图8的例子中，种子激光器400包括耦合到脉冲发生器430的函数发生器420，脉冲发生器430又耦合到激光二极管440。此外，温度控制器450耦合到激光二极管440。在特定的实施方式中，种子激光器400可产生在种子激光器输出(其可以是自由空间输出或光纤输出)处发射的光学种子脉冲。在特定的实施方式中，光学种子脉冲可具有小于或等于100mhz(例如大约500khz、640khz、750khz、1mhz、2mhz、4mhz、5mhz、10mhz、20mhz、50mhz或100mhz)的脉冲重复频率、小于或等于20纳秒(例如大约200ps、400ps、500ps、800ps、1ns、2ns、4ns、8ns、10ns、15ns或20ns)的脉冲持续时间、小于或等于1％(例如大约0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％或1％)的占空比或在1400nm和2050nm之间的工作波长。作为例子，种子脉冲可具有500-750khz的脉冲重复频率、小于或等于2ns的脉冲持续时间以及小于或等于0.1％的占空比。作为另一例子，种子脉冲可具有大约640khz的脉冲重复频率和大约1ns的脉冲持续时间(其对应于大约0.064％的占空比)。可从脉冲持续时间与脉冲周期之比或从脉冲持续时间与脉冲重复频率的乘积确定占空比。激光二极管440可具有任何适当的工作波长，例如大约1400nm、1500nm、1550nm、1600nm或2000nm的工作波长。在特定的实施方式中，种子脉冲可以是相对低功率的光脉冲，且种子激光器输出可耦合到一个或多个光放大器，其配置成放大低功率脉冲以产生由激光器300发射的放大的光脉冲。作为例子，种子脉冲可具有大于或等于1μw的平均功率。作为另一例子，种子脉冲可具有在大约0.1μw和10μw之间的平均功率。
在特定的实施方式中，种子激光器400可包括由脉冲发生器430电气地驱动以产生光学种子脉冲的激光二极管440。在图8的例子中，函数发生器420将电压信号422供应到脉冲发生器430，且脉冲发生器430使用电流信号432来驱动激光二极管440。作为例子，函数发生器420可产生具有在大约0.5和2mhz之间的脉冲重复频率和大约500ps的脉冲持续时间的脉冲电压信号。脉冲发生器430可使用对应于从函数发生器420接收的电压信号422的脉冲电流信号432来驱动激光二极管440。在特定的实施方式中，电压信号422可包括具有任何适当形状的电压脉冲，例如方形脉冲、三角形脉冲、高斯形脉冲或具有任意形状或形状的组合的脉冲。在特定的实施方式中，电流信号432可具有dc偏移或可包括具有任何适当形状的电流脉冲，例如方形脉冲、三角形脉冲、高斯形脉冲或具有任意形状或形状的组合的脉冲。电流信号432的脉冲可具有与电压信号422的形状或持续时间类似的形状或持续时间。此外，激光二极管440可发射具有与由脉冲发生器430供应的电流脉冲的形状和持续时间至少大致对应的形状(例如正方形、三角形、高斯或任意)或持续时间的光脉冲。
在特定的实施方式中，激光二极管440可以是法布里-珀罗激光二极管、dfb激光器或dbr激光器。作为例子，激光二极管440可以是耦合到光纤的dfb激光器。此外，由激光二极管440发射的光可穿过光隔离器，其减小可耦合回到激光二极管440的后向反射光的量。在特定的实施方式中，种子激光器400可包括具有基本上固定的工作波长的单个激光二极管440。作为例子，激光二极管440可以是被配置成以有限的波长可调谐性在特定的工作波长下操作的单波长激光器。作为另一例子，激光二极管440可包括具有在大约1400nm和1600nm之间的工作波长的dfb激光器，且dfb激光器可以在大约4nm的范围上是波长可调谐的(例如通过调节激光二极管440的工作温度)。
在特定的实施方式中，激光二极管440可在没有温度控制的情况下操作，或种子激光器400可包括温度控制器450以使激光二极管440的工作温度稳定。作为例子，激光二极管440的封装或半导体衬底可以热耦合到由温度控制器450驱动的热电致冷器(tec)以调节或稳定激光二极管工作温度。激光二极管工作温度可被稳定在目标温度设定点的任何适当范围内，例如在目标温度的大约±0.01℃、±0.05℃、±0.1℃、±0.5℃或±1℃内。激光二极管440的温度的稳定化可使得激光二极管工作波长是基本上稳定的(例如激光二极管440的峰值波长可改变小于任何适当的值，例如小于大约0.1nm、0.5nm、1nm或2nm)。如果激光雷达系统100包括窄带光滤波器，则激光二极管440可以是温度稳定的，以便使激光二极管工作波长与光滤波器的通带匹配。在特定的实施方式中，温度控制器450可用于通过调节激光二极管设定点温度来调节激光二极管440的工作波长。作为例子，激光二极管440可包括具有工作波长的dfb激光器，该工作波长可通过调节激光器的温度设定点从大约1548nm被温度调谐到大约1552nm。
在特定的实施方式中，种子激光器400可包括被配置成产生在多个波长处的光的波长可调谐激光器。作为例子，波长可调谐激光器可产生在与激光雷达系统100的多个传感器头310相对应的光的多个波长处的光脉冲。在特定的实施方式中，激光二极管440可以是波长可调谐激光器。作为例子，激光二极管440可具有可在任何适当的波长范围，例如1nm、10nm、20nm、50nm或100nm上可调谐的工作波长。作为另一例子，激光二极管440可以从大约1400nm可调谐到大约1440nm或从大约1530nm可调谐到大约1560nm。在特定的实施方式中，激光二极管440可以是外腔二极管激光器，其包括激光二极管和波长选择元件，例如集成在激光二极管的半导体结构内的衍射光栅或光栅结构。在特定的实施方式中，激光二极管440可配置成产生在多个波长处的光脉冲。作为例子，激光二极管440可产生具有n个不同波长的n个脉冲的序列。脉冲可被放大，且每个脉冲可基于脉冲的波长而传送到一个或多个特定的传感器头310。
在特定的实施方式中，种子激光器400可包括光纤激光器。作为例子，种子激光器400可包括被配置成产生光脉冲的光纤激光器，或种子激光器400可包括cw光纤激光器。作为另一例子，种子激光器400可包括波长可调谐光纤激光器。作为另一例子，种子激光器400可包括以大于或等于1mhz的脉冲重复频率产生光脉冲的锁模光纤激光器。此外，种子激光器400可包括从由种子激光器400产生的光脉冲提取单独脉冲的脉冲选择器。脉冲选择器可包括电气控制的电光开关或声光调制器。作为例子，锁模光纤激光器可以大约100mhz的脉冲重复频率产生光脉冲，且脉冲选择器(其可以位于光纤激光器之后)可从由光纤激光器产生的每100个脉冲中“选择”或提取一个脉冲，导致大约1mhz的脉冲重复频率。作为另一例子，种子激光器400可包括腔倒空光纤激光器。光纤激光器可包括位于激光腔中并被配置成从激光腔周期性地选择或“倒空”脉冲的光开关(例如声光调制器或普克尔斯盒)。例如，种子激光器400可以是具有75mhz的脉冲重复频率的锁模光纤激光器，且腔倒空器可从每100个脉冲中选择1个脉冲，导致大约750khz的输出脉冲重复频率。
在特定的实施方式中，光源110、激光器300或种子激光器400可包括二极管泵浦固态激光器(dpss激光器)。作为例子，种子激光器400可包括q开关dpss激光器，其被配置成产生在耦合到扫描仪120的自由空间输出光束125中的光脉冲。dpss激光器的增益晶体可包括掺钕钇铝石榴石(nd:yag)、掺钕硼酸钇铝(nd:yab)、掺铒玻璃、或玻璃或掺杂有铒的yab(例如er:yab)或掺杂有铒和镱的yab(例如er:yb:yab)。增益晶体可由产生耦合到增益晶体的自由空间泵浦光束的二极管激光器泵浦。泵浦激光器可在任何适当的波长，例如大约908nm、915nm、940nm、960nm、976nm、980nm、1050nm、1064nm、1450nm或1480nm处操作。dpss激光器的q开关可以是有源q开关(例如声光调制器或电光调制器)或无源q开关(例如饱和吸收体材料，例如掺钴尖晶石(mgal2o4)、掺杂有硫化铅(pbs)量子点的玻璃或掺钒yag)。
图9示出包括激光二极管440和光调制器460的示例种子激光器400。在特定的实施方式中，种子激光器400可包括被配置成产生cw光的激光二极管440和被配置成接收cw光并从所接收的cw光产生光学种子脉冲的振幅调制器460。在特定的实施方式中，光调制器460可以是电吸收调制器(eam)、电光调制器(eom)、半导体光放大器(soa)调制器或声光调制器(aom)。eam可包括被配置成通过由所施加电场引起的光吸收变化来调制光的强度的半导体材料。eam可在基本上吸收状态和基本上透射状态之间切换以从由激光二极管440供应的cw光产生光脉冲。eom可包括展示电光效应的电光材料(例如铌酸锂、钽酸锂、磷酸二氢铵、磷酸氧钛钾、磷酸二氢钾、β-硼酸钡或适当的有机聚合物)，其中材料的折射率响应于所施加电场而改变。作为例子，eom可以是包括由被制造到铌酸锂衬底内的波导形成的光学干涉仪的光纤耦合设备，其中通过改变施加在干涉仪的一个臂两端的电压来调制通过设备的光透射。soa可包括半导体增益介质，其当在断开状态中时(例如当很少或没有电流施加到soa时)是基本上不透明的或吸收的且当高于阈值电流的电流被施加时是透明的或放大的。通过使驱动soa的电流脉动，soa可从由激光二极管440供应的cw光产生输出光脉冲。aom可包括附接到光学材料的压电换能器，且压电材料可用于在光学材料中激发声波，其使光束的方向衍射或偏转。
在特定的实施方式中，调制器460可具有大于或等于10db、20db、30db、40db或任何其它适当值的消光比。消光比是表示在与断开状态相对的接通状态中通过调制器460透射的光的数量的接通/断开比。作为例子，如果调制器460在接通状态中透射10μw的平均功率并在断开状态中透射10nw的平均功率，则调制器460具有30db的消光比(其对应于在断开状态中的0.1％的光泄漏)。
在特定的实施方式中，光调制器460可以是由光纤耦合到激光二极管440的外部调制器。作为例子，光调制器460可以是被配置成在输入光纤上从激光二极管440接收cw光并在输出光纤上产生光脉冲的光纤耦合的eam、eom或soa。在特定的实施方式中，光调制器460可集成到激光二极管440的半导体结构内或集成到激光二极管440的封装内。作为例子，激光二极管440可具有被配置成产生cw光的半导体增益区域，且增益区域可相邻于调制cw光的soa或ea区域。在特定的实施方式中，激光二极管440可由dc电流源(未在图9中示出)驱动以产生cw光，且调制器460可由脉冲发生器430驱动，脉冲发生器460又由函数发生器420触发或驱动。在图9中，函数发生器420可产生电压脉冲，且脉冲发生器430可使用对应于来自函数发生器420的脉冲的电压或电流脉冲来驱动调制器460。在特定的实施方式中，函数发生器420和脉冲发生器430可以是两个单独的设备，或函数发生器420和脉冲发生器430可一起集成到单个设备内。
图10示出示例种子激光器400，其包括由脉冲发生器430a驱动的激光二极管440和由另一脉冲发生器430b驱动的光调制器460。在特定的实施方式中，种子激光器400可包括被配置成产生较长持续时间光脉冲(例如
在图10中，函数发生器420将电压信号422a和422b分别供应到脉冲发生器430a和430b。函数发生器420可将脉冲电压信号422a供应到脉冲发生器430a，且脉冲发生器430a可利用相应的脉冲电流信号432a驱动激光二极管440。函数发生器420也可将脉冲电压信号422b供应到脉冲发生器430b，且脉冲发生器430b可利用相应的脉冲电压或电流信号432b驱动调制器460。脉冲信号432a可包括具有大约τ的持续时间的电流脉冲，且脉冲信号432b可包括具有大约δt的持续时间的电流或电压脉冲，其中δt<τ(例如
在特定的实施方式中，种子激光器400可包括被配置成产生具有持续时间τ的光脉冲的激光二极管440。种子激光器400还可包括被配置成从激光二极管440接收光脉冲并选择性地发送每个所接收的光脉冲的一部分以产生输出光学种子脉冲的光调制器460，其中每个光学种子脉冲具有小于τ的持续时间。在图10中，激光二极管440产生具有持续时间τ的光脉冲，且调制器选择激光二极管脉冲的一部分以产生具有δt的持续时间的种子脉冲，其中δt<τ。激光二极管脉冲的所选择部分可相对于激光二极管脉冲的上升沿延迟了延迟时间t。在图10中，激光二极管脉冲的所选择部分包括在具有δt间距的两个垂直虚线之间的激光二极管脉冲的部分，其中一条线相对于激光二极管脉冲的上升沿延迟了延迟t。作为例子，激光二极管脉冲可具有5ns的持续时间τ，以及种子脉冲可具有0.5ns的持续时间δt。如果延迟时间t是2ns，则调制器460可在激光二极管脉冲的上升沿之后的从大约2ns到2.5ns传输激光二极管脉冲的该部分。
如图10所示，由激光二极管440发射的光脉冲可包括强度的一个或多个初始尖峰或振荡，后面是具有基本上均匀的强度的平稳区域。在特定的实施方式中，调制器460可传输激光二极管脉冲的平稳区域的一部分，导致可以是基本上均匀的或稳定的所发射的种子脉冲(例如种子脉冲可展示很少或没有强度尖峰或振荡)。此外，种子脉冲可展示很少或没有相对于激光二极管脉冲的初始部分的相当大的波长变化。调制器460被驱动以在持续时间δt期间通过从断开状态(或吸收状态)切换到接通状态(或透射状态)来选择激光二极管脉冲的片段或部分。在特定的实施方式中，因为激光二极管440在脉冲模式(而不是cw模式)中操作，输出种子脉冲可在连续的种子脉冲之间的时间期间展示泄漏光的很少存在或不存在。
在特定的实施方式中，调制器460可在接通和断开状态之间以数字方式被驱动。作为例子，调制器460可从吸收状态被驱动到透射状态并接着返回到吸收状态，这可能导致具有基本上正方形的形状的种子脉冲(如在图10的例子中所示的)。在特定的实施方式中，调制器460可以用模拟方式被驱动以产生具有其它适当形状(例如三角形、高斯或任意形状)的种子脉冲。作为例子，调制器460可相对逐渐地从吸收状态被驱动到透射状态以产生具有逐渐上升的前沿的种子脉冲。类似地，调制器460可相对逐渐地从透射状态被驱动到吸收状态以产生具有逐渐下降的后沿的种子脉冲。
图11示出具有由复用器412组合在一起的多个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)的示例种子激光器400。在特定的实施方式中，种子激光器400可包括被配置成在多个不同的波长处操作的多个激光二极管440和被配置成将由每个激光二极管440产生的光组合至单个输出光纤的光复用器412。作为例子，种子激光器400可包括被配置成在n个不同的波长处操作的n个激光二极管440。在特定的实施方式中，每个激光二极管440可以是由单独的脉冲发生器430(未在图10中示出)驱动的脉冲激光二极管。作为例子，n个单独的脉冲发生器430可以各自由单独的函数发生器420(未在图10中示出)驱动或触发。函数发生器420可独立地操作或可相对于彼此同步，以使得脉冲可以以在连续脉冲之间的特定时间延迟被发射。作为另一例子，n个脉冲发生器430可由具有n个触发信号输出的单个函数发生器420驱动。此外，函数发生器420可具有n-1个电气延迟，以使得来自每个激光二极管440的脉冲可相对于彼此同步或时间延迟。在特定的实施方式中，任何适当数量的函数发生器420、脉冲发生器430或电延迟可一起集成到单个设备内。
在特定的实施方式中，复用器412可被称为波长组合器、多路复用器或波分复用器(wdm)。在特定的实施方式中，复用器412可类似于上面所述的解复用器410，其中在复用器412中的光的方向相对于解复用器410反转。作为例子，复用器412可具有耦合到n个激光二极管440的n个输入端口，且复用器412可将来自输入端口的光一起组合至单个输出端口。在特定的实施方式中，n×1复用器412可使用棱镜、衍射光栅、全息光栅、阵列波导光栅或一个或多个二向色滤波器来执行波长组合。在特定的实施方式中，种子激光器400可包括n个光放大器(未在图10中示出)。作为例子，每个激光二极管440可耦合到位于激光二极管和复用器412之间的光放大器。光放大器可被配置成在复用器412中组合之前单独地放大来自每个激光二极管440的光。
在特定的实施方式中，n个激光二极管440可产生在n个相应波长处的光脉冲，且每个激光二极管440可以脉冲重复频率f产生脉冲。此外，由每个激光二极管440产生的脉冲可以被同步，以使得在由复用器412组合在一起之后，输出种子脉冲包括n组时间交错的脉冲，其在时间上基本上均匀地间隔开。作为例子，每个激光二极管440可发射相对于来自前一激光二极管440的脉冲延迟了1/(f×n)的时间延迟的脉冲。来自n个激光二极管440的脉冲可由n×1复用器412组合，导致f×n的输出种子-激光重复频率。作为例子，种子激光器400可包括n＝8个激光二极管440，且每个激光二极管440可以相对于由前一激光二极管440发射的脉冲以
图12示出示例波长相关延迟线500。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被配置成接收包括激光雷达系统100的n个工作波长的输入光并产生时间延迟的输出光的波长相关延迟线500。延迟线500给予波长相关时间延迟，以使得时间延迟的输出光包括输入光，其中输入光的每个波长基于它的波长而经历特定的时间延迟。在图12的例子中，延迟线500包括光环行器510、n个光纤布拉格光栅(fbg)520和n-1个光纤延迟530。在特定的实施方式中，环行器510可以是三端口光纤部件，其将在一个端口处进入的光引导出到另一端口。在图12中，在端口1处进入的光(延迟线500的输入)被引导到端口2，且在端口2处进入的光被引导到端口3(延迟线500的输出)。
在特定的实施方式中，fbg520可以是包括用作波长特定反射器的光纤纤芯的折射率的周期性变化的光纤部件(例如，分布式布拉格反射器、变迹光栅或啁啾光纤布拉格光栅)。每个fbg520对应于激光雷达系统100的特定工作波长并被配置成反射该特定的工作波长并透射激光雷达系统100的其它波长。作为例子，激光器300或种子激光器400可产生在n个不同波长(例如波长λ1，λ2，...，λn)处的光脉冲，且延迟线500可包括对应于n个波长中的每个的n个fbg520。图12包括每个fbg520的示例反射光谱，其中x轴对应于波长而y轴对应于反射光功率(pr)。fbg-λ1反射在波长λ1处的光(在δλ带宽上)并透射在其它波长处的光。类似地，fbg-λ2、fbg-λ3和fbg-λn各自反射分别在波长λ2、λ3和λn处的光。每个fbg520可具有在任何适当的带宽(例如δλ可以是大约0.1nm、0.2nm、0.5nm、1nm、5nm、10nm或20nm)上的任何适当的反射率(例如大于或等于50％、75％、90％、95％、99％或99.9％的反射率)。作为例子，fbg-λ1可具有在以1550.1nm为中心的0.5-nm带宽上的大于99％的反射率。
在特定的实施方式中，延迟线500可包括串联地布置且通过光纤延迟530彼此分离的多个fbg520，其中光纤延迟530是对应于特定的往返延迟时间δt的特定长度的光纤。光纤延迟530的长度l可基于表达式2·l＝δt·c/n而与在由连续的fbg520反射的脉冲之间的时间延迟δt有关，其中n是由通过光纤延迟530行进的光经历的折射率。作为例子，可以用具有1.44的折射率和20.3m的长度的光纤来实现大约195ns的时间延迟。在图12中，具有波长λ1的光由fbg-λ1反射并继续前进到延迟线500的输出。具有波长λ2的光穿过fbg-λ1，由fbg-λ2反射，并接着以大约δt的时间延迟(相对于λ1波长光)继续前进到输出。具有波长λ3的光穿过fbg-λ1和fbg-λ2，由fbg-λ3反射，并接着以大约2·δt的时间延迟(相对于λ1波长光)继续前进到输出。具有波长λn的光穿过前n-1个fbg，由fbg-λn反射，并接着以大约(，n-1)·δt的时间延迟(相对于λ1波长光)继续前进到输出。落在n个fbg520的反射频带之外的任何光可穿过fbg520。该带外光(其可包括来自光放大器的不期望的噪声或放大的自发发射)可被阻止通过延迟线500传播并有效地从激光雷达系统100滤除。
在特定的实施方式中，波长相关延迟线500可被包括在种子激光器400或光放大器中，或波长相关延迟线500可位于种子激光器400和光放大器之间或两个光放大器之间。在特定的实施方式中，波长相关延迟线500可在激光雷达系统100中用于将光的一个宽带脉冲分成光的n个时间延迟的脉冲。作为例子，种子激光器400(或跟随有光放大器的种子激光器400)可被配置成产生具有覆盖激光雷达系统100的n个工作波长的光谱带宽的光的宽带脉冲。作为例子，激光雷达系统100可以光的n＝8个波长(例如波长λ1，λ2，...，λ8)操作，且由种子激光器400产生的每个脉冲可具有包括或跨越8个波长的光谱。种子激光器脉冲可被发送到延迟线500的输入，延迟线500可在输出处产生8个脉冲，其中这8个脉冲中的每一个对应于8个激光雷达系统工作波长之一。根据相应光纤延迟530的长度，这8个脉冲可以相对于彼此是时间延迟的。作为例子，延迟线500可接收具有脉冲重复频率f的宽带输入脉冲，且输出脉冲可具有f×n的脉冲重复频率和大约1/(f×n)的在连续输出脉冲之间的时间延迟δt。在特定的实施方式中，每个光纤延迟530可具有大约相同的长度，以使得连续的输出脉冲具有相对于彼此的基本上相同的时间延迟。在特定的实施方式中，可通过将宽带输入脉冲分成多个输出脉冲来减小或避免在光纤中的不期望的非线性效应，因为多个输出脉冲在时间上分离且与输入脉冲相比具有减小的峰值功率。
在特定的实施方式中，波长相关延迟线500可在激光雷达系统100中用于将光的n个时间重合的脉冲分成光的n个时间延迟的脉冲。作为例子，种子激光器400可包括n个激光二极管400，其被配置成在脉冲之间有很小或没有实质时间延迟的情况下产生在n个不同的波长处的脉冲。种子激光器脉冲可由来自单输出函数发生器420的信号触发，以使得脉冲在基本上相同的时间被发射。n个时间重合的脉冲可穿过延迟线500以根据波长产生以特定的时间延迟从彼此分离的n个脉冲。
图13示出包括种子激光器400、放大器470和传感器310的示例激光雷达系统100。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括一个或多个种子激光器400、一个或多个放大器470或一个或多个传感器310。在特定的实施方式中，种子激光器400可包括(1)由脉冲发生器430驱动的激光二极管(例如dfb激光器)、(2)被配置成产生在多个波长处的光的波长可调谐激光器、(3)被配置成产生在多个相应波长处的光的多个激光二极管440或(4)任何其它适当的激光源。在特定的实施方式中，种子激光器400可产生低功率光脉冲，且一个或多个光放大器470可被配置成放大低功率脉冲以产生放大的光脉冲。放大的光脉冲可对应于由激光器300发射的光脉冲。作为例子，放大器470可接收具有大于或等于1微瓦的平均功率的光学种子脉冲，且来自放大器470的放大输出脉冲可具有大于或等于1mw的平均功率。作为另一例子，放大器470可接收具有大于或等于1pj的脉冲能量的光学种子脉冲，且来自放大器470的放大输出脉冲可具有大于或等于0.1μj的脉冲能量。
在特定的实施方式中，放大器470可被称为纤维放大器、光放大器、光纤放大器、光amp或amp。在特定的实施方式中，放大器470的全部或部分可被包括在激光器300、光链路330或传感器头310中。在特定的实施方式中，放大器470可包括任何适当数量的光放大级。作为例子，激光雷达系统100的放大器470可包括1、2、3、4或5个光放大级。在特定的实施方式中，放大器470可包括单程放大器，其中光进行穿过放大器470的一次通过。在特定的实施方式中，放大器470可包括双程放大器，其中光进行穿过放大器增益介质的二次通过。在特定的实施方式中，放大器470可用作前置放大器(例如放大来自激光二极管440或种子激光器400的种子脉冲的放大器)、中段放大器(例如放大来自另一放大器的光的放大器)或升压放大器(boosteramplifier)(例如将输出光发送到扫描仪120或传感器头310的放大器)。前置放大器可以指在一系列两个或更多个放大器中的第一放大器，升压放大器可以指在一系列放大器中的最后一个放大器，或中段放大器可以指位于前置放大器和升压放大器之间的任何放大器。
在特定的实施方式中，放大器470可提供任何适当数量的光功率增益，例如大约5db、10db、20db、30db、40db、50db、60db或70db的增益。作为例子，放大器470(其可包括两个或更多个单独的放大级)可接收具有1-μw平均功率的脉冲，并产生具有相应于大约67db的光功率增益的5w平均功率的放大脉冲。作为另一例子，放大器470可包括对应于大于或等于40db的总增益的两个或更多个放大级，每个放大级具有大于或等于20db的增益。作为另一例子，放大器可包括分别具有大约30db、20db和10db的增益——对应于大约60db的总增益——的三个放大级。
图14示出在经过光谱滤波器之前和之后的光信号的示例光谱。在特定的实施方式中，可被称为光滤波器的光谱滤波器可包括吸收滤波器、二向色滤波器、长通滤波器、短通滤波器或带通滤波器。在特定的实施方式中，光谱滤波器可以对在特定范围的波长上的光是基本上透射的(例如通带)，且可以基本上阻止(例如通过吸收或反射)在通带范围之外的光的透射。作为例子，光谱滤波器可以是二向色滤波器(其可被称为反射薄膜或干涉滤波器)，其包括具有被配置成透射在特定的波长范围上的光并反射其它波长的光的一系列薄膜光涂层的基本上透明的光衬底(例如玻璃或熔融石英)。作为另一例子，光谱滤波器可包括被配置成透射特定的通带上的光并基本上阻挡在通带之外的光的fbg520。在图14的例子中，光谱滤波器是具有λc的中心波长和从λlo到λhi的通带的带通滤波器，该通带对应于λhi-λlo的滤波器带宽。
在特定的实施方式中，光谱滤波器可具有大于或等于50％、70％、80％、90％、95％、99％或任何其它适当的透射值的光透射(在通带内)。此外，光谱滤波器对于在通带之外的波长可具有小于或等于50％、20％、10％、1％、0.5％、0.1％或任何其它适当的透射值的光透射。在通带之外的光透射也可以用衰减的分贝(db)表示。例如，在通带之外的波长的滤波器衰减可以大于或等于3db、10db、15db、20db、30db或任何其它适当的衰减值。20db的衰减值对应于阻挡入射光功率的大约99％和入射光的大约1％的透射。在特定的实施方式中，光谱滤波器可透射在激光雷达系统100的一个或多个工作波长处的光并阻挡远离所透射的波长的光或使远离所透射的波长的光衰减大于或等于3db、10db、15db、20db、30db或任何其它适当的衰减值。远离透射波长的光可以指具有在光谱滤波器的通带之外的波长的光。作为例子，光谱滤波器可透射大于或等于90％的在光谱滤波器通带内的入射光，并且可阻挡在通带之外的光或使在通带之外的光衰减20db。作为另一例子，对于在大约[λlo-100nm]和λlo之间的波长和在大约λhi和[λhi+100nm]之间的波长，光谱滤波器可具有大于或等于20db的滤波器衰减。
在特定的实施方式中，光谱滤波器可具有任何适当的滤波器带宽，例如0.1nm、0.2nm、0.5nm、1nm、2nm、5nm或10nm的滤波器带宽。作为例子，光谱滤波器可具有通带，其具有以中心波长1554.9nm为中心的1-nm带宽。在特定的实施方式中，光滤波器可具有相对窄的通带(例如小于或等于0.05nm、0.1nm、0.2nm、0.5nm或1nm的光谱滤波器带宽)，且激光雷达系统100的激光二极管440可以是温度稳定的，以使得激光二极管工作波长与光谱滤波器通带匹配。在特定的实施方式中，光滤波器可具有相对宽的通带(例如大于或等于1nm、2nm、5nm、10nm、20nm或50nm的光谱滤波器带宽)，且激光二极管440可能不需要温度稳定化来将它的工作波长维持在光谱滤波器通带内。
在特定的实施方式中，光谱在穿过光谱滤波器之前可包括信号光谱连同背景光噪声，其可包括起源于放大器470的放大自发发射(ase)。在图14中，可代表一系列光脉冲的光谱的信号光谱以波长λc为中心并具有δλ的带宽。信号光谱被包含在光谱滤波器的通带内并在有很少或没有衰减(例如≤10％衰减)的情况下穿过滤波器。类似地，与信号光谱相关的光脉冲可在有很少或没有衰减或对它们形状的失真的情况下穿过滤波器。在图14中，光谱在通过光谱滤波器之前包括与ase相关的宽带偏移。在特定的实施方式中，ase光谱可在大约20nm、40nm、60nm或80nm(例如从大约1510nm到大约1590nm)的波长范围上延伸。落在光谱滤波器通带之外的ase的部分可以基本上被衰减，如由图14所示的光谱滤波器后光谱所示的，其中小于λlo和大于λhi的波长在穿过光谱滤波器之后衰减。在特定的实施方式中，光谱滤波器可用于减小或基本上移除来自激光雷达系统100的激光器300、种子激光器400或放大器470的不想要的光信号或噪声(例如ase)。作为例子，光滤波器可位于光放大器470的输出处或附近，且滤波器可被配置成从放大器输出470移除任何适当量的ase，例如50％、60％、80％、90％、95％、或99％的ase。作为另一例子，接收具有在大约50nm上延伸的背景光噪声的信号的、具有1-nm带宽的光滤波器可从信号移除大约94％至98％的背景噪声。
在特定的实施方式中，光谱滤波器可具有单个通带(例如1550-1552nm)或两个或更多个不同的通带(例如1550-1552nm和1555-1557nm)。作为例子，对于具有n个工作波长的激光雷达系统100，光谱滤波器可具有对应于n个工作波长中的每个的n个通带。在特定的实施方式中，光谱滤波器的中心波长λc或带宽δλ可以基本上是固定的。在特定的实施方式中，光谱滤波器可具有可调节的中心波长λc或可调节的带宽δλ。作为例子，光谱滤波器的中心波长可动态地改变以匹配波长可调谐种子激光器400或激光二极管440的变化的波长。
图15示出在脉冲穿过时间滤波器之前和之后的示例光脉冲。在特定的实施方式中，来自激光二极管440、种子激光器400、激光器300或放大器470的光脉冲可穿过时间滤波器以减少或移除脉冲间噪声(例如在时间上位于连续脉冲之间的光噪声)。在特定的实施方式中，时间滤波器可具有透射状态(其可被称为“接通”或“打开”状态)和非透射状态(其可被称为“断开”或“关闭”状态)。在透射状态中的时间滤波器可以基本上是透射的，或可允许光以最小的衰减通过滤波器传播(例如滤波器可具有大于或等于70％、80％、90％、95％或99％的光透射)。在非透射状态中，滤波器可以基本上是不透明的或阻塞的(例如滤波器可具有小于或等于20％、10％、2％、1％、0.5％或0.1％的光透射)。作为例子，当时间滤波器在非透射状态中时，光信号(例如ase)可以基本上被阻止通过滤波器透射(例如光信号可经历大于或等于10db、20db、30db、40db或任何其它适当的衰减值的衰减)。
在特定的实施方式中，时间滤波器可被配置成当光脉冲存在时在透射状态中而在其它情况下在非透射状态中。作为例子，光放大器470可接收并放大来自种子激光器400的脉冲，且位于放大器470的输出处的时间滤波器可根据放大的种子脉冲何时存在而在透射和非透射状态之间切换。时间滤波器可从种子滤波器400或函数发生器420接收触发信号，其指示滤波器何时应从非透射切换到透射或从透射切换到非透射。在图15的例子中，脉冲在穿过时间滤波器之前具有δt的脉冲宽度和一些ase偏移噪声(例如由放大器470产生的ase)。在穿过时间滤波器之后，脉冲保持它们的持续时间和总体形状，且在连续脉冲之间的ase噪声的量减小。当脉冲存在时(例如当脉冲入射在时间滤波器上或通过时间滤波器行进时)，滤波器在打开状态中，且当没有脉冲存在时，滤波器切换到关闭状态。在特定的实施方式中，时间滤波器可被配置成在大于或等于脉冲持续时间δt的持续时间期间打开。作为例子，时间滤波器可被配置成在大约等于δt、2δt、3δt、5δt或10δt的时间段期间打开。作为另一例子，时间滤波器可在2δt时间窗期间打开，其中该窗近似以当脉冲存在时的时间为中心。
在特定的实施方式中，可被称为光滤波器的时间滤波器可包括光开关、soa设备或电吸收(ea)设备。作为例子，时间滤波器可包括接通/断开光开关，其使用任何适当的切换机构(例如机械切换、压电切换、热切换、液晶切换、使用mems设备的切换或在plc中的波导之间的切换)来在允许光穿过开关和阻止或防止光通过开关透射之间选择性地切换。作为另一例子，时间滤波器可包括soa设备，其当在非透射状态中时(例如当很少或没有电流施加到soa设备时)基本上是不透明的或吸收的并且当高于阈值电流的电流被施加时是透明的或放大的。作为另一例子，时间滤波器可包括通过由施加到半导体材料的电场引起的光吸收的变化来阻挡或透射光的ea设备。
在特定的实施方式中，光滤波器可包括光谱滤波器、时间滤波器或光谱滤波器和时间滤波器的组合。作为例子，光滤波器可包括光谱滤波器和时间滤波器的串联组合(例如跟随有时间滤波器的光谱滤波器，反之亦然)。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括一个或多个光谱滤波器或一个或多个时间滤波器。作为例子，一个或多个光谱或时间滤波器可被包括在激光器300、传感器310、光链路330、种子激光器400或放大器470内。作为另一例子，一个或多个光滤波器可位于放大器470的输入或输出处。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括一个或多个光滤波器，其中每个光滤波器被配置成减小由一个或多个光放大器470产生的ase光的量。作为例子，一个或多个光滤波器可位于放大器470的输出处以减小在放大器470之外传播的来自放大器470的ase的量。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括光放大器470，其包括一个或多个光滤波器，其中每个光滤波器被配置成减小由光放大器470产生的ase光的量。在特定的实施方式中，包括一个或多个光滤波器的激光雷达系统100可展示相对于没有光滤波器的激光雷达系统的减小量的光或电噪声。在特定的实施方式中，包括一个或多个光滤波器或光隔离器的激光系统或放大器470可在没有光脉冲存在时基本上被防止产生不想要的光(例如通过q开关或自发光)。作为例子，在连续光脉冲之间的时间期间，一个或多个光滤波器或隔离器可防止放大器470发射q开关脉冲。
图16示出示例双程光纤放大器470。在特定的实施方式中，光放大器470可在它的输入处接收光，放大输入光，并将所放大的光发送到输出。所接收的输入光可包括来自种子激光器400或来自前一放大状态(例如两个或更多个放大器470可串联耦合在一起)的光脉冲。放大的输出光可被发送到另一放大器470(例如以提供另一放大级)、解复用器410(例如用于分发到多个光链路330或多个传感器头310)、光链路330或传感器头310。在特定的实施方式中，放大器470可以是主振荡器功率放大器(mopa)或主振荡器光纤放大器(mofa)的部分，其中主振荡器(例如种子激光器400)将相对低功率光脉冲发送到一个或多个光放大器470用于放大。作为例子，放大器470可接收具有大约10pj的输入脉冲能量(ein)的脉冲并产生具有大约10nj的输出脉冲能量(eout)的放大脉冲。放大器470的以分贝为单位的光增益(g)(其可从表达式g＝10log(eout/ein)确定)是大约30db。作为另一例子，放大器470可接收具有大约10w的峰值功率(pin)的输入脉冲并产生具有大约1kw的峰值功率(pout)的放大输出脉冲。放大器470的光增益(g)(其可从表达式g＝10log(pout/pin)确定)是大约20db。
在特定的实施方式中，光放大器470可包括一个或多个环行器510、一个或多个耦合器(600a，600b)、一个或多个光电二极管(pd610a，pd610b)、一个或多个隔离器(620a，620b)、一个或多个滤波器630、一个或多个泵浦激光器640、一个或多个泵浦wdm650、一个或多个增益光纤660或一个或多个反射器670。图16所示的双程放大器470包括输入耦合器600a和光电二极管(pd)610a、输入隔离器620a、环行器510、泵浦激光器640和泵浦wdm650、增益光纤660、反射器670、输出隔离器620b、输出耦合器600b和pd610b以及输出滤波器630。在图16的例子中，在穿过耦合器600a和隔离器620a之后，输入光从环行器510的端口1被引导到端口2，并接着通过wdm650和增益光纤660行进。光由反射器670反射并通过增益光纤660和泵浦wdm650行进回。在两次穿过增益光纤660期间，输入光通过受激发射的过程经历放大。放大的光从环行器的端口2被引导到端口3，其中它接着行进通过隔离器620b、耦合器600b和滤波器630。放大的光被引导到放大器470的输出，此时，放大的输出光可被发送到另一放大器470、解复用器、光链路330或传感器头310。
在特定的实施方式中，光纤放大器470可包括增益光纤660，其由泵浦激光器640光学地泵浦(例如被提供有能量)。光学地泵浦的增益光纤660向通过增益光纤660行进的特定波长的光提供光增益。泵浦光和待放大的光可以都基本上通过增益光纤660的纤芯而传播。增益光纤660可以是掺杂有稀土离子，例如铒(er)、钕(nd)、镱(yb)、镨(pr)、钬(ho)、铥(tm)、镝(dy)、任何其它适当的稀土元素或其任何适当组合的光纤。稀土掺杂剂吸收来自泵浦激光器640的光并被“泵浦”或升级到激发状态，其通过受激发射提供对特定波长的光的放大。在激发状态中的稀土离子也可通过自发发射来发射光子，导致由放大器470产生ase光。在特定的实施方式中，具有掺铒增益光纤660的放大器470可被称为掺铒光纤放大器(edfa)，并可用于放大具有在大约1520nm和大约1600nm之间的波长的光。在特定的实施方式中，增益光纤660可掺杂有铒和镱掺杂剂的组合，并且可被称为er:yb共掺杂光纤、er:yb:玻璃光纤、er:yb光纤、er:yb掺杂光纤、或铒/镱掺杂光纤。具有er:yb共掺杂增益光纤的放大器470可被称为铒/镱掺杂光纤放大器(eydfa)。eydfa可用于放大具有在大约1520nm和大约1620nm之间的波长的光。在特定的实施方式中，掺杂有镱的增益光纤660可以是掺镱光纤放大器(ydfa)的部分。ydfa可用于放大具有在大约1000nm和大约1130nm之间的波长的光。在特定的实施方式中，掺杂有铥的增益光纤660可以是掺铥光纤放大器(tdfa)的部分。tdfa可用于放大具有在大约1900nm和大约2100nm之间的波长的光。
在特定的实施方式中，光纤放大器470可以指放大器，其中光在通过增益光纤660传播时被放大(例如，光作为自由空间光束而传播时不被放大)。在特定的实施方式中，放大器470——其中被放大的光进行穿过增益光纤660的一次通过——可被称为单程放大器470(如上所述)，且放大器470——其中被放大的光进行穿过增益光纤660的二次通过(如图16所示)——可被称为双程放大器470。在特定的实施方式中，在放大器470中的增益光纤660的长度可以是0.5m、1m、2m、4m、6m、10m、20m或任何其它适当的增益光纤长度。在特定的实施方式中，增益光纤660可以是具有大约7μm、8μm、9μm、10μm、12μm、20μm、25μm的纤芯直径或任何其它适当的纤芯直径的sm或lma光纤。对于通过光纤传播的光的波长，光纤的部件的数值孔径(na)、组成或折射率可被配置成使得光纤保持在单模操作中。在图16的例子(以及在本文所述的一些其它附图)中，在两个光学部件之间的线和箭头可代表光纤缆线。作为例子，耦合器600a和隔离器620a可由连接两个部件的箭头所表示的光纤缆线耦合在一起。作为另一例子，图16所示的输入和输出可以各自表示光纤缆线。
在特定的实施方式中，泵浦激光器640可产生在适合于提供对增益光纤660的掺杂剂的光激发的任何波长处的光。作为例子，泵浦激光器640可以是具有大约908nm、915nm、940nm、960nm、976nm、980nm、1050nm、1064nm、1450nm或1480nm的工作波长的光纤耦合的激光二极管。作为另一例子，可以用976-nm激光二极管来泵浦掺铒或掺铒/镱增益光纤660。在特定的实施方式中，泵浦激光器640可作为cw光源来操作，并可产生任何适当数量的平均光泵浦功率，例如大约100mw、500mw、1w、2w、5w或10w的泵浦功率。在特定的实施方式中，来自泵浦激光器640的光可经由泵浦波分复用器(wdm)650耦合到增益光纤660内。泵浦wdm650可以指三端口设备，其组合在端口1处的具有特定波长的输入放大器光与在端口2处的具有不同波长的泵浦光，并在端口3处将组合的光发送出去。作为例子，输入放大器光可具有大约1530-1565nm的波长，并且可通过泵浦wdm650与具有大约975-985nm的波长的泵浦激光组合。组合的光然后耦合到增益光纤660，其中泵浦激光泵浦增益光纤660，且输入-放大器光被放大。输入-放大器光进行穿过增益光纤的第一次通过，由反射器670反射并接着进行穿过增益光纤660的第二次通过。放大的光然后穿过泵浦wdm650并回到环行器510的端口2，在此它被发送到端口3。
在特定的实施方式中，反射器670可包括反射镜或fbg520。作为例子，反射器670可包括金属或介质反射镜，其被配置成从增益光纤660接收光并将所接收的光反射回到增益光纤660。作为另一例子，反射器670可包括一个或多个fbg520，其被配置成反射对应于激光雷达系统100的一个或多个工作波长的光并透射远离反射波长的光或使远离反射波长的光衰减。例如，反射器670可包括反射在大约1400nm至大约1440nm之间的光并透射在大约1300-1400nm和大约1440-1540nm的波长范围上的光的fbg520。在特定的实施方式中，双程放大器470可包括环行器510、具有第一端和第二端的增益光纤660以及fbg520，其中增益光纤660的第一端耦合到环行器510，且第二端耦合到fbg520。在图16中，增益光纤660的上端经由泵浦wdm650耦合到环行器510的端口2，且增益光纤660的下端耦合到反射器670，其可包括一个或多个fbg520。
在特定的实施方式中，反射器670可包括fbg520，其反射在由放大器470接收并放大的输入光的波长处的光。作为例子，放大器470可接收具有大约1552nm的波长的光的脉冲，且反射器670可包括被配置成反射在1552nm处的光的fbg520。fbg520可类似于上面关于图12所述的fbg520。fbg520可具有在任何适当的带宽(例如δλ可以是大约0.1nm、0.2nm、0.5nm、1nm、5nm、10nm或20nm)上的任何适当的反射率(例如大于或等于50％、75％、90％、95％、99％或99.9％的反射率)。作为例子，反射器670可以包括具有在以1552nm为中心的2-nm带宽上的大于或等于99％的反射率的fbg520。作为另一例子，反射器670可包括具有在以1550nm为中心的10-nm带宽上的大于或等于90％的反射率的fbg520。在特定的实施方式中，反射器670可包括具有相对窄的反射率范围(例如带宽δλ可以小于或等于0.1nm、0.2nm、0.5nm、1nm或2nm)的fbg520，且激光雷达系统100可包括激光二极管440，其是温度稳定的，以使得它的工作波长与fbg520的反射率范围匹配。
在特定的实施方式中，反射器670可包括fbg520，其反射在一个或多个工作波长处的光并透射远离一个或多个工作波长的光或使远离一个或多个工作波长的光衰减。作为例子，fbg520可反射从大约1555nm至大约1560nm的光，且fbg520可透射在该范围之外的波长处的光。在特定的实施方式中，在它的反射率的范围之外，fbg520可具有小于或等于50％、20％、10％、5％、2％、1％、0.5％或小于任何适当的反射率值的反射率。作为例子，具有1555-1560nm的反射率范围的fbg520可具有在大约1455-1555nm和大约1560-1660nm的范围上的小于或等于50％的反射率(或者，大于或等于50％的透射)。在特定的实施方式中，带外光(例如在fbg520的反射率范围之外的光)可基本上通过fbg520透射。在图16中，包括fbg520的反射器670可透射带外光(例如光噪声，例如在增益光纤660中产生的ase)，使得该光从发射器670排出且不反射回到增益光纤660内。在特定的实施方式中，包括fbg520的反射器670可通过移除由反射器670接收的带外光的大于或等于50％、60％、80％、90％、95％或99％来用作光谱滤波器。作为例子，在增益光纤660中产生并传播到反射器670的ase光的大于或等于90％可通过反射器670透射并有效地从放大器470移除。在特定的实施方式中，反射器670可包括反射在泵浦激光器波长(例如976nm)处的光的fbg520。未在增益光纤660中吸收的来自泵浦激光器640的光可由反射器670反射以进行穿过增益光纤660的第二次通过。这可导致泵浦效率的提高，因为可通过配置泵浦光以进行穿过增益光纤660的两次通过来吸收泵浦激光的较大部分。
在特定的实施方式中，反射器670可包括串联耦合在一起的两个或更多个fbg520。作为例子，反射器670可包括类似于上面所述的波长相关延迟线500的波长相关延迟线。在特定的实施方式中，具有波长相关延迟线的反射器670可包括如在图12中所示的串联连接在一起的n个fbg520和n-1个光纤延迟530。作为例子，反射器670可包括将宽带光脉冲分成n个时间延迟光脉冲或将n个时间重合的光脉冲分成n个时间延迟的光脉冲的波长相关延迟线。作为另一例子，至放大器470的输入光可包括具有n个不同波长的n个时间重合的光脉冲，且来自放大器470的输出光可包括根据波长相对于彼此时间延迟的n个放大脉冲。
在特定的实施方式中，耦合器600a可以是光纤分离器或抽头耦合器，其分离输入光的一部分并将它发送到pd610a。未分离的剩余光继续传播到隔离器620a。类似地，耦合器600b可以是抽头耦合器，其分离输出光的一部分并将它发送到pd610b，剩余光继续前进到滤波器630。抽头耦合器600a或600b可将大约0.5％、1％、2％、3％、5％、10％或任何其它适当百分比的光分别耦合到pd610a或pd610b。作为例子，输入耦合器600a可分离大约10％的输入光并将它引导到pd610a并将输入光的剩余的大约90％继续发送到隔离器620a。作为另一例子，输出耦合器600b可分离放大光的大约1％并将它引导到pd610b并将放大光的剩余的大约90％继续发送到滤波器630。在特定的实施方式中，放大器470可包括输入耦合器600a、输出耦合器600b或输入耦合器600a和输出耦合器600b两者。
在特定的实施方式中，pd610a或610b可以是硅、锗或ingaaspn或pin光电二极管。在特定的实施方式中，耦合器600a和pd610a可用于监控进入放大器470内的光，且耦合器600b和pd610b可用于监控在放大之后的光。作为例子，pd610a可接收来自耦合器600a的分离的输入光，且pd610a可基于所接收的光来产生电信号。类似地，pd610b可接收来自耦合器600b的分离的输出光，且pd610b可基于输出光来生成电信号。来自pd610a或pd610b的电信号可被发送到处理器或控制器150用于分别监控输入或输出光的状态。如果来自pd610a的电信号的电压或电流下降到特定的预定阈值水平之下，则处理器或控制器150可确定存在进入放大器470内的不足的光。放大器470可被关闭或禁用(例如泵浦激光器640可被关闭或它产生的光的量可减小)以避免对放大器470的可能损坏。如果来自pd618b的电信号的电压或电流下降到特定的预定阈值水平之下，则处理器或控制器150可确定放大器470有问题(例如可能有破坏的光纤，泵浦激光器640可能故障，或在放大器470中的其它部件之一可能故障)。在特定的实施方式中，来自pd610a或pd610b的信号可用于调节或监控放大器470的增益或输出功率。作为例子，来自pd610a或pd610b的信号之比可用于确定放大器470的增益，且放大器增益可通过改变泵浦激光电流(这改变由泵浦激光器640提供的泵浦功率的量)来调节。作为另一例子，来自pd610b的信号可用于确定放大器470的输出功率，且放大器输出功率可通过改变供应到泵浦激光器640的电流来调节。
在特定的实施方式中，放大器470可包括输入光隔离器620a或输出光隔离器620b。光隔离器(620a,620b)可包括法拉第旋转器，且光隔离器的操作可基于法拉第效应，其中通过隔离器行进的光的偏振在同一方向上旋转，而不考虑光的行进方向。在特定的实施方式中，光隔离器(620a,620b)可以是被配置成使向后传播的光减少或衰减的光纤耦合设备。向后传播的光可起源于来自增益光纤660或来自在放大器470中的部件的一个或多个光界面处的光反射的ase光，且向后传播的光可使种子激光器400、激光二极管440或放大器470不稳定或造成对种子激光器400、激光二极管440或放大器470的损坏。图16中的隔离器620a和620b被配置成允许光在隔离器中绘制的箭头的方向上通过并阻止光在相反方向上的传播。在图16中，激光二极管440可向放大器470提供输入光，且隔离器620a可明显减小行进回到激光二极管440的向后传播的光的量。在图16中的放大器470的输出可耦合到第二放大器，且隔离器620b可减小传播回到放大器470的光的量。
在图16中，输入隔离器620a可允许光从耦合器600a传播到环行器510的端口1，但在反向方向上传播的任何光可被衰减。作为例子，可使从环行器510的端口1传播到隔离器620a的后向反射光衰减大于或等于5db、10db、20db、30db、40db、50db或任何其它适当的衰减值。作为另一例子，如果隔离器620a使后向反射光衰减了大于或等于30db，则从环行器510的端口1传播的小于或等于0.1％的光可通过隔离器620a透射并到耦合器600a。在特定的实施方式中，环行器510可执行光隔离功能。作为例子，放大器470可以不包括隔离器620a或620b，且环行器510可包括用作输入或输出光隔离器的一个或多个光学元件。
在特定的实施方式中，放大器470可包括光滤波器630。图16中的输出光滤波器630可被配置成移除朝着放大器输出传播的光噪声的大于或等于50％(例如光噪声可包括由增益光纤660产生的ase)。在特定的实施方式中，放大器470可包括位于放大器输入处的光滤波器630、位于放大器输出处的光滤波器630或位于放大器470的输入和输出处的光滤波器630。在特定的实施方式中，放大器470可包括光滤波器630，其包括光谱滤波器(如上面关于图14所述的)或时间滤波器(如上面关于图15所述的)。作为例子，放大器470可包括位于放大器470的输入处的光滤波器630，且光滤波器630可包括光谱滤波器、时间滤波器或光谱和时间滤波器的组合。输入光滤波器630可减小在放大器470的输入处的光噪声(例如来自前一放大器级的ase)的量。在图16的例子中，放大器470包括位于放大器470的输出处的光滤波器630。输出光滤波器630(其可包括光谱滤波器、时间滤波器或光谱和时间滤波器的组合)可减小伴随从放大器470传播出的放大光脉冲的光噪声的量。光噪声可包括来自耦合到环行器的端口3并朝着放大器输出的增益光纤660的ase。作为例子，图16中的光滤波器630可从放大器470的输出移除ase的大于或等于80％。
图17示出合并到玻璃基体(例如熔融石英)内的铒和镱离子的示例吸收光谱。铒展示从大约950nm延伸到大约1020nm的吸收光谱。镱展示从大约890nm延伸到大约1020nm的吸收光谱。铒和镱离子具有在大约970nm和大约985nm之间的峰值吸收。作为例子，可以用具有大约976nm或980nm的波长的泵浦激光器640来泵浦掺铒或掺镱光纤放大器470。
图18示出掺杂有铒和镱的组合的玻璃基体的示例吸收和发射光谱。铒/镱发射光谱从大约1470nm延伸到大约1630nm。作为例子，具有掺er:yb增益光纤的eydfa可用于放大具有在大约1470nm和大约1630nm之间的波长的光。
图19示出示例单程光纤放大器470。在图19中，输入光进行穿过增益光纤660的一次通过，且在经过放大器470的输出之后，放大的输出光可被发送到另一放大器470、解复用器、光链路330或传感器头310。在特定的实施方式中，单程放大器470可包括一个或多个光滤波器(例如630a或630b)、耦合器(例如600a或600b)、光电二极管(例如610a或610b)、隔离器(例如620a或620b)、增益光纤660、泵浦激光器(例如640a或640b)或泵浦wdm(例如650a或650b)。图19所示的单程放大器470具有包括输入滤波器630a、输入耦合器600a和pd610a以及输入隔离器620a的输入端。放大器470的光增益由分别通过泵浦wdm650a和650b耦合到增益光纤660的泵浦激光器640a和640b提供。图19中的增益光纤660可以是掺铒或掺铒/镱增益光纤660。图19所示的单程放大器470具有包括输出隔离器620b、输出耦合器600b和pd610b以及输出滤波器630b的输出端。
在特定的实施方式中，放大器470可包括1、2、3个或任何其它适当数量的泵浦激光器640。图16中的双程放大器470包括一个泵浦激光器640，以及图19中的单程放大器470包括两个泵浦激光器(640a,640b)。在特定的实施方式中，双程放大器470可包括一个泵浦激光器640(如在图16中所示的)，或双程放大器470可包括两个泵浦激光器640(例如耦合到增益光纤660的每端的一个泵浦激光器)。在特定的实施方式中，单程放大器470可具有一个泵浦激光器(例如泵浦激光器640a或640b)，或单程放大器470可具有两个泵浦激光器(例如泵浦激光器640a和640b)。在特定的实施方式中，泵浦激光器相对于由放大器470放大的光可以是同向传播的或反向传播的。在图19中，泵浦激光器640a是同向传播泵浦激光器(例如泵浦激光器的光在与由放大器470放大的光相同的方向上传播)，以及泵浦激光器640b是反向传播泵浦激光器(例如泵浦激光器的光在与被放大的光相反的方向上传播)。在特定的实施方式中，一个泵浦激光器可用于将泵浦光提供到增益光纤660的两端。作为例子，图19中的泵浦激光器640a可以分成(例如使用3-db光纤功率分离器)两个光纤，其中一个光纤耦合到泵浦wdm650a而另一光纤耦合到泵浦wdm650b。在特定的实施方式中，具有不同波长的两个或更多个泵浦激光器可使用波长组合器或wdm设备组合在一起。作为例子，来自在974nm处操作的泵浦激光器的光可与来自在976nm处操作的泵浦激光器的光组合，且所组合的974-nm/976-nm泵浦光可耦合到增益光纤660内。在特定的实施方式中，包括多个泵浦激光器的放大器470可向增益光纤660提供较高的泵浦功率或可在泵浦激光器之一故障的情况下提供冗余泵浦激光源。
图20示出产生自由空间输出光束125的示例升压放大器470。在特定的实施方式中，升压放大器470可以指将输出光束125发送到扫描仪120或传感器头310的放大器，或升压放大器470可以指提供在一系列两个或更多个放大器中的最终放大级的放大器。作为例子，图20中的升压放大器470可接收由一个或多个前面的放大器(例如单级放大器470或双级放大器470)放大的光脉冲，且升压放大器470可产生被引导到扫描仪120或传感器头310的自由空间输出光束125。作为另一例子，升压放大器470可接收未放大的光脉冲(例如从脉冲激光二极管)，且升压放大器470可在将自由空间输出光束125发送到扫描仪120之前提供单级光放大。在特定的实施方式中，升压放大器470可包括被配置成接收在增益光纤660中产生的放大光脉冲并产生包括放大光脉冲的自由空间光束125的输出准直仪340。作为例子，图20中的升压放大器470可以是终止于输出准直仪340的光纤放大器，且输出准直仪340可产生自由空间输出光束125。
在特定的实施方式中，升压放大器470可提供任何适当量的光功率增益，例如大约3db、5db、7db、10db、15db、20db或30db的增益。作为例子，升压放大器470可接收具有100-mw平均功率的脉冲并产生具有1-w平均功率的放大脉冲，其对应于大约10db的光增益。在特定的实施方式中，升压放大器470可包括单个泵浦激光器640(例如同向传播或反向传播泵浦激光器)或两个或更多个泵浦激光器640(例如同向传播泵浦和反向传播泵浦)。作为例子，升压放大器470可包括位于放大器470的输出侧上的反向传播泵浦激光器640。在图20中，升压放大器470包括位于放大器470的输入侧上的同向传播泵浦激光器640(连同泵浦wdm650)。
在特定的实施方式中，升压放大器470可包括增益光纤660，其为双包层增益光纤660。在特定的实施方式中，双包层增益光纤660可包括纤芯、内包层和外包层，其中纤芯掺杂有稀土材料。作为例子，纤芯可掺杂有铒，或双包层增益光纤660可以是er:yb共掺杂光纤，其中纤芯掺杂有铒和镱的组合。纤芯、内包层和外包层的折射率可以被配置成使得泵浦激光器的光被限制到主要在内包层中传播，且放大的光被限制到主要在纤芯中传播。在特定的实施方式中，双包层增益光纤660可以有具有任何适当直径，例如大约7μm、8μm、9μm、10μm、12μm、20μm或25μm的直径的纤芯。在特定的实施方式中，增益光纤660可以是包括掺杂有稀土材料的纤芯的双包层光子晶体光纤，其中纤芯由沿着增益光纤660的长度延伸的孔的布置围绕。
在特定的实施方式中，放大器470可包括包层功率剥离器680，其也可被称为包层模剥离器。包层功率剥离器680可用于从在双包层增益光纤660中的内包层或外包层吸收或移除光。作为例子，包层功率剥离器680可位于增益光纤660的与泵浦激光器640的相对侧上，且包层功率剥离器680可移除通过增益光纤660传播而不被吸收在增益光纤660中的残余未吸收的泵浦激光。作为例子，残余泵浦激光可从增益光纤660的内包层移除以防止残余泵浦光在离开放大器470时伴随放大脉冲。此外，包层功率剥离器680可移除在内或外包层中传播的由增益光纤660产生的ase。
图21示出包括三个放大器470(放大器1、放大器2和放大器3)的示例激光雷达系统100。在图21的例子中，激光雷达系统100包括激光器300、光纤链路330和传感器310。激光器300包括种子激光器400、放大器1、放大器2的输入部分，且光纤链路330包括放大器2的增益光纤660。传感器头310包括放大器3和扫描仪120连同放大器2的输出部分(例如滤波器630b)。在特定的实施方式中，放大器1可以是双程放大器(例如类似于图16所示的双程放大器470)，且放大器2可以是单程放大器(例如类似于图19所示的单程放大器470)。放大器1可用作前置放大器并放大来自种子激光器400的种子脉冲。放大器2可用作中段放大器，其接收并放大来自放大器1的脉冲。放大器3可用作升压放大器(例如类似于图20所示的升压放大器470)，其提供最终放大级并产生被发送到扫描仪120的自由空间输出光束125。在特定的实施方式中，光可通过光纤(例如sm光纤、mm光纤、pm光纤、lma光纤、光子晶体光纤或光子带隙光纤)耦合到放大器470内或从放大器470耦合出，或光可通过自由空间光束耦合到放大器内或从放大器耦合出(例如放大器输出可由自由空间准直仪340终止)。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括具有一个或多个光放大器470的激光器300，且激光雷达系统100可包括多个光链路330。每个光链路330可包括光放大器470的增益光纤660，其中增益光纤660沿着部分或基本上所有的光链路330分布。在图21中，激光器330包括放大器1，且光链路330包括放大器2的增益光纤660。在图21中，增益光纤660是光纤链路330的部分，且增益光纤660在光脉冲从激光器300传送到传感器310的同时放大光脉冲。在特定的实施方式中，激光雷达系统100的每个光链路330可包括光纤放大器470的增益光纤660，其中增益光纤660被配置成放大从种子激光器400、激光二极管440或前一放大器470接收的光的脉冲。在图21中，增益光纤660在光从激光器300传播到相应的传感器头310的同时放大光的脉冲。此外，增益光纤660形成在激光器300和相应的传感器头310之间的光链路330的至少部分。
在特定的实施方式中，放大器470的一个或多个部件可位于激光雷达系统100的一个或多个不同部分中，且放大器470可被称为分布式放大器470。作为例子，分布式放大器470可包括一个或多个滤波器630、隔离器620、耦合器600、pd610、泵浦激光器640、泵浦wdm650或至少部分地位于激光器300、光纤链路330或传感器头310中的增益光纤660。作为另一例子，分布式放大器470可包括位于激光器300或传感器310中的一个泵浦激光器640(例如泵浦激光器640可以是同向传播或反向传播的)。作为另一例子，分布式放大器470可包括位于激光器300中的一个泵浦激光器640和位于传感器310中的另一泵浦激光器640。在图21的例子中，放大器2是分布式放大器470，其中输入滤波器630a、输入隔离器620、泵浦激光器640和泵浦wdm650位于激光器300中，且输出滤波器630b位于传感器310中。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括多个传感器头310，其中每个传感器头包括一个或多个光放大器470(例如前置放大器、中段放大器或升压放大器)，其可被称为传感器头放大器470。传感器头放大器470可被配置成从相应的光链路330接收光脉冲，并放大所接收的光脉冲。传感器头放大器470可放大由光链路330传送到传感器头310的光脉冲，且在放大脉冲之后，传感器头放大器470可将放大的光脉冲引导到扫描仪120用于跨越传感器头310的能视域进行扫描。在图21中，传感器头310包括滤波器630b、放大器3和扫描仪120。放大器3是传感器头放大器470，其经由滤波器630b从光纤链路330接收脉冲，放大所接收的脉冲并将放大的脉冲发送到扫描仪120。在特定的实施方式中，传感器头放大器470可以是光纤放大器或自由空间放大器。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被包含在激光雷达系统100的一部分内(例如在激光器300内)的激光系统(其可被称为光源)，或激光雷达系统100可包括被包含在激光雷达系统100的两个或更多个部分内的分布式激光系统。作为例子，产生并放大光脉冲的激光系统可位于激光器300内或传感器头310内。作为另一例子，产生并放大光脉冲的分布式激光系统的一个或多个部分可被定位或包含在激光器300、光纤链路330或传感器头310内。图21示出包括种子激光器400、放大器1、放大器2和放大器3的分布式激光系统，其中激光系统的部分位于激光器300、光纤链路330和传感器头310中。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括激光系统，其包括：种子激光器400；第一光纤放大器470；第一光滤波器630a；以及第二光纤放大器470。在特定的实施方式中，激光系统还可包括第二光滤波器630b，或激光系统还可包括第三光纤放大器470。种子激光器400可产生光学种子脉冲，其由具有第一放大器增益(例如10db、20db、30db或40db)的第一放大器470放大以产生包括放大的种子脉冲和ase的第一放大器输出。第一光滤波器630a(其可包括光谱滤波器、时间滤波器或光谱滤波器和时间滤波器的组合)可从第一放大器输出移除一定量的ase(例如移除ase的大约50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％)。第二放大器470可从第一光滤波器接收放大的种子脉冲并将所接收的脉冲放大第二放大器增益(例如10db、20db、30db或40db)以产生输出脉冲。在特定的实施方式中，输出脉冲可被发送到第三放大级、解复用器410、光纤链路330或传感器310的扫描仪120。在特定的实施方式中，激光系统可包括第二光滤波器630b(其可包括光谱滤波器、时间滤波器或光谱滤波器和时间滤波器的组合)，其从第二放大器470接收输出脉冲并移除由第二放大器470产生的一定量的ase(例如移除ase的大约50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％)。在特定的实施方式中，激光系统可包括第三放大器470，其从第二放大器470接收输出脉冲并将脉冲放大第三放大器增益(例如10db、20db、30db或40db)。在特定的实施方式中，来自第三放大器470的放大脉冲可被发送到第四放大级、解复用器410、光纤链路330或传感器310的扫描仪120。
在特定的实施方式中，由种子激光器400产生的光学种子脉冲可具有大于或等于1μw的平均功率，且来自第二放大器470的输出脉冲可具有大于或等于1mw的平均功率。在特定的实施方式中，第一放大器增益和第二放大器增益一起可对应于大于或等于40db的总光功率增益(例如第一放大器增益和第二放大器增益的和可大于或等于40db)。作为例子，第一放大器增益可以大约等于10db、20db或30db，且第二放大器增益可以大约等于10db、20db或30db。作为另一例子，第一放大器增益可以大约等于30db，以及第二放大器增益可以大约等于20db，对应于大约50db的总增益。
在特定的实施方式中，激光系统的第一光纤放大器470可包括单程放大器(例如具有掺铒或掺铒/镱增益光纤660)，以及第二光纤放大器470可包括另一单程放大器(例如具有掺铒或掺铒/镱增益光纤660)。在特定的实施方式中，激光系统的第一光纤放大器470可包括双程放大器(例如具有环行器510、增益光纤660和一个或多个fbg520)，以及第二光纤放大器470可包括单程放大器(例如具有掺铒或掺铒/镱增益光纤660)。此外，激光系统还可包括第三光纤放大器470，其中第三放大器470是升压放大器(例如具有包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂的双包层增益光纤660)。在特定的实施方式中，第一光纤放大器470可包括单程或双程放大器，以及第二光纤放大器470可包括将自由空间输出光束125发送到传感器310的扫描仪120的升压放大器(例如第一放大器470可位于激光器300中以及第二放大器470可位于传感器310中)。图21中的激光雷达系统100可被称为具有包括种子激光器400、放大器1、放大器2和放大器3的激光系统。放大器1、2和3可分别对应于第一、第二和第三放大器，如上所述。此外，图21中的滤波器630a和630b可对应于如上所述的第一和第二光滤波器。
在特定的实施方式中，由具有两个或三个放大级的激光系统产生的输出脉冲可具有输出脉冲特性，其包括下列项中的一个或多个：小于或等于100mhz(例如大约500khz、640khz、750khz、1mhz、2mhz、4mhz、5mhz、10mhz、20mhz、50mhz或100mhz)的脉冲重复频率；小于或等于20纳秒(例如大约200ps、400ps、500ps、800ps、1ns、2ns、4ns、8ns、10ns、15ns或20ns)的脉冲持续时间；小于或等于1％(例如大约0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％或1％)的占空比；在1400nm和2050nm之间的工作波长；大于或等于10纳焦耳(例如大约10nj、50nj、100nj、500nj、1μj、2μj、5μj或10μj)的脉冲能量；大于或等于1瓦(例如大约1w、10w、50w、100w、200w、500w、1kw、2kw或10kw)的峰值脉冲功率；或小于或等于50瓦(例如大约50w、20w、10w、5w、2w、1w、0.5w或0.1w)的平均功率。作为例子，激光系统可产生具有在大约500khz和大约750khz之间的脉冲重复频率的输出光束125，以及脉冲可具有在大约500ps和大约5ns之间的脉冲持续时间。作为另一例子，激光系统可产生具有大约750khz的脉冲重复频率和大约1ns的脉冲持续时间的脉冲，对应于大约0.075％的占空比。作为另一例子，激光系统可产生具有大约1mhz的脉冲重复频率和大约5ns的脉冲持续时间的脉冲，对应于大约0.5％的占空比。作为另一例子，激光系统可产生具有大约10ns的脉冲持续时间和大约100nj的脉冲能量的脉冲，这对应于具有大约10w的峰值功率的脉冲。作为另一例子，激光系统可产生具有大约700ps的脉冲持续时间和大约1μj的脉冲能量的脉冲，这对应于具有大约1.4kw的峰值功率的脉冲。作为另一例子，激光系统可产生具有大约2μj的脉冲能量和大约1mhz的脉冲重复频率的脉冲，对应于大约2w的平均功率。作为另一例子，激光系统可产生具有小于或等于50w的平均功率的输出光束125，其中输出光束125包括构成小于或等于1％、5％、10％或25％的平均功率的ase，且在输出光束125中的光脉冲分别构成大于或等于99％、95％、90％或75％的平均功率。
在特定的实施方式中，光放大器470可包括具有任何适当布置的任何适当数量或类型的光学部件。在特定的实施方式中，放大器470可包括在图16、19、20或21中所示的部件中的一些、没有一个或全部。在特定的实施方式中，放大器470可包括0、1、2个或任何其它适当数量的耦合器和相关pd。作为例子，放大器470可包括仅仅一个具有相关pd的耦合器(例如输入耦合器600a和pd610a或输出耦合器600b和pd610b)，或放大器470可包括输入耦合器600a和输出耦合器600b(连同相关pd610a和610b)，如图16所示。作为另一例子，放大器470可包括被配置成分接和监控来自泵浦激光器640的光的耦合器和pd。作为另一例子，放大器470可以不包括输入耦合器600a也不包括输出耦合器600b。在特定的实施方式中，放大器470可包括0、1、2个或任何其它适当数量的光隔离器。作为例子，放大器470可包括输入隔离器620a或输出隔离器620b，或放大器470可包括输入隔离器620a和输出隔离器620b两者，如图16所示。如果放大器470接收由在其封装中包括光隔离器的激光二极管440产生的输入光脉冲，放大器470可以不具有输入隔离器620a。在特定的实施方式中，放大器470可包括0、1、2个或任何其它适当数量的光滤波器630。作为例子，放大器470可包括仅仅一个光滤波器630(例如位于放大器470的输入端或输出端处的滤波器)，或放大器470可包括位于放大器470的输入端和输出端处的光滤波器630。
在特定的实施方式中，放大器470可包括以任何适当的顺序布置的任何适当的光学部件。作为例子，放大器470可包括跟随有隔离器(620a,620b)的滤波器630，反之亦然。在特定的实施方式中，放大器输入端可包括以任何适当的顺序布置的滤波器630、耦合器600a、隔离器620a或任何其它适当的部件。作为例子，放大器输入端可包括跟随有隔离器620a的耦合器600a，或放大器输入端可包括跟随有耦合器600a的隔离器620a。此外，放大器输入端可包括位于耦合器600a或隔离器620a之前或之后的滤波器630。图16中的放大器470具有包括跟随有隔离器620a的耦合器600a的输入端。在特定的实施方式中，放大器输出端可包括以任何适当的顺序布置的隔离器620b、耦合器600b、pd610b、滤波器630或任何其它适当的部件。例如，放大器输出端可包括跟随有滤波器630的隔离器620b，反之亦然。在图16中，放大器输出端包括跟随有耦合器600b的隔离器620b，耦合器600b跟随有滤波器630。
在特定的实施方式中，两个或更多个光学部件可一起组合成单个光纤封装。作为例子，不是具有分立或单独的耦合器600a和隔离器620a，而是这两个部件可一起组合在单个封装中，该封装包括耦合器600a和隔离器620a。封装可具有三个光纤端口：一个输入端口、一个输出端口和用于分离要发送到pd610a的光的一个端口。作为另一例子，耦合器600a、隔离器620a和pd610a可一起组合在单个封装中。作为另一例子，隔离器620a和泵浦wdm650a可一起封装在单个封装中。作为另一例子，泵浦wdm650b和抽头耦合器600b可一起组合在单个封装中。作为另一例子，隔离器620a、泵浦wdm650a和抽头耦合器600a可一起组合在单个封装中。作为另一例子，隔离器620和准直仪340可以一起组合在单个封装中。
在特定的实施方式中，放大器470的全部或大部分光学部件可一起封装在单个壳体内，其中壳体可以指保持或容纳放大器部件的盒子、箱子或外壳。作为例子，图16或图19所示的部件可一起封装在单个壳体中，且壳体可具有输入光纤和输出光纤。壳体也可包括用于将电功率或电信号传送到放大器470或从放大器470传送的一个或多个电气连接。作为另一例子，图20所示的部件可一起封装在单个壳体中，且壳体可具有输入光纤并可产生自由空间输出光束125。在特定的实施方式中，两个或更多个放大器470的光学部件可一起封装在单个壳体内。作为例子，壳体可包含双程放大器(例如图16的放大器470)的光学部件和单程放大器(例如图19的放大器470)的光学部件。这两个放大器可耦合在一起，形成二级光放大器。在特定的实施方式中，激光器300的光学部件可一起封装在单个壳体内。作为例子，图21所示的种子激光器400和放大器1可一起封装到单个壳体内。作为另一例子，图21所示的种子激光器400、放大器1和放大器2的输入部分可一起封装到单个壳体内。在特定的实施方式中，种子激光器400和一个或多个放大器级470可一起封装到单个壳体内。作为例子，种子激光器400、第一级放大器(例如图16的放大器470)和第二级放大器(例如图19的放大器470)可一起封装在单个壳体内。此外，这两个放大器470可包括布置在放大器之间的光滤波器630。
在特定的实施方式中，具有一个或多个光纤放大器的常规激光系统可展示与在光纤中的相对短的持续时间或相对高的峰值功率光脉冲的传播相关的光学非线性。作为例子，光学非线性，例如自相位调制(spm)、拉曼效应(例如拉曼散射)或四波混频(fwm)可引起放大器470的增益的减小、光脉冲的时间或光谱失真、或不想要的光(例如来自光脉冲的在不同波长处的光)的产生。在特定的实施方式中，如在本文所述或所示的激光雷达系统100可提供与光学非线性相关的效应的减小或减轻。作为例子，具有包括增益光纤660以在到传感器头310的路上放大脉冲的光纤链路330的激光系统可减小对可能有助于在光纤中的不想要的非线性光学效应的额外光纤的需要。作为另一例子，具有较大的纤芯直径的光纤(例如lma光纤)的使用可减小在光纤中的光强度，这可导致非线性光学效应的减小。作为另一例子，具有包括升压放大器470的传感器头310的激光雷达系统100可展示减小的非线性光学效应，因为最终放大级位于传感器头310中，且光脉冲可能不需要在被升压放大器470放大之后穿过额外的光纤而传播。
在特定的实施方式中，如在本文所述或所示的激光系统可允许产生比常规激光系统具有基本上更低的占空比、更低的脉冲重复频率、更长的脉冲周期或更高的脉冲能量的光脉冲。作为例子，如在本文所述或所示的激光系统可包括一个或多个光隔离器620或光滤波器630，其可阻止或防止激光系统的光放大器470发射不想要的寄生光(例如，寄生光可通过q开关或自发光来产生)。光隔离器620可通过阻止ase或反射光通过放大器470向后传播来防止寄生光的发射，且光纤630可通过从激光系统移除不想要的光噪声来防止寄生光的发射。可在通过放大器470传播并由放大器470放大的连续光脉冲之间的时间期间禁止寄生光的发射。通过防止在脉冲之间的寄生光的产生，如在本文所述或所示的激光系统也许能够以比常规激光系统更低的占空比或更低的脉冲重复频率操作。
图22示出具有包括种子激光器400和放大器470的激光器300的示例激光雷达系统100。在特定的实施方式中，激光器300可包括种子激光器400和一个或多个放大器470，其放大由种子激光器400产生的光脉冲。作为例子，激光器300可包括种子激光器400，其产生由位于激光器300中的一个放大器470放大的光脉冲。放大的脉冲也可由位于激光器300、光链路330或传感器头310中的一个或多个额外的放大器470放大。作为例子，激光器300中的放大器470可以是单程放大器或双程放大器，且激光雷达系统100可包括一个或多个额外的单程或双程放大器或具有双包层增益光纤660的升压放大器。
图23示出具有包括放大器470的光链路330的示例激光雷达系统100。在特定的实施方式中，如果放大器的增益光纤660位于光链路330中，放大器470可被称为被定位或包括在光链路330中。作为例子，光链路330可包括放大器470的增益光纤660，且激光器300或传感器310可包括放大器470的一个或多个其它部件(例如耦合器600a或600b、pd610a或610b、隔离器620、滤波器630、泵浦激光器640或泵浦wdm650)。在特定的实施方式中，种子激光器400可位于激光器300中，并可产生由位于光链路300中的放大器470放大的光脉冲。作为例子，种子激光器脉冲可由解复用器410分离并耦合到激光雷达系统100的多个光链路330，且每个光链路330可包括放大器470。种子激光器脉冲也可由位于激光器300或传感器310中的一个或多个额外的放大器放大。作为例子，激光器300可包括放大器470，且在光链路330中的放大器470可用作升压放大器。作为另一例子，在光链路330中的放大器可用作前置放大器或中段放大器，且传感器头310可包括产生自由空间输出光束125的升压放大器470。
图24示出具有包括放大器470的传感器头310的示例激光雷达系统100。在特定的实施方式中，激光雷达系统100的传感器头310可包括从相应的光链路330接收光脉冲并放大所接收的脉冲的光放大器470。在特定的实施方式中，种子激光器400可位于激光器300中并可产生由位于传感器头310中的放大器470放大的光脉冲。图24中的传感器头放大器470可用作产生自由空间输出光束125的升压放大器。此外，在到达传感器头升压放大器470之前，种子激光器脉冲可由位于激光器300、光链路330或传感器头310中的一个或多个额外的前置放大器或中段放大器放大。
在特定的实施方式中，放大器470的增益光纤660可位于传感器头310中，且放大器470的泵浦激光器640可位于激光器300中。作为例子，来自位于激光器300中的泵浦激光器640的光可经由与光链路330分离的光纤被发送到传感器头310。作为另一例子，来自泵浦激光器640的光可与在激光器330中产生的光脉冲组合，且组合的泵浦光和脉冲可经由同一光链路330被发送到传感器头310。例如，光链路330可包括被配置成将在激光器300中产生的泵浦光和光脉冲都传送到传感器头310的双包层光纤。可包括纤芯、内包层和外包层的双包层光纤可以不包括稀土掺杂剂，且可以不执行光放大。在激光器300中产生的光脉冲可基本上在双包层光纤的纤芯中传播，且泵浦光可基本上在内包层中传播。在传感器头310中的增益光纤可以是由泵浦光泵浦并放大来自激光器300的光脉冲的双包层增益光纤660。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括具有图22-24所示的配置的两个或更多个的组合的激光系统。作为例子，激光系统可包括两个光放大器470，其具有任何适当的配置，例如：位于激光器300中的第一放大器470和位于光链路330或传感器头310中的第二放大器470；位于光链路330中的第一放大器470和位于传感器头310中的第二放大器470；位于激光器330中的两个放大器470；或位于传感器头310中的两个放大器470。作为另一例子，激光系统可包括三个光放大器470，其具有任何适当的配置，例如：位于激光器300中的第一放大器470、位于光链路330中的第二放大器470、和位于传感器头310中的第三放大器470；位于激光器300中的两个放大器470和位于光链路330或传感器头310中的第三放大器470；位于激光器300中的一个放大器470和位于传感器头310中的两个放大器470；位于激光器300中的三个放大器470；或位于传感器头310中的三个放大器470。在特定的实施方式中，放大器470可具有布置在两个放大器470之间或位于放大器输入端或输出端处的一个或多个光滤波器630。
在特定的实施方式中，激光系统可以是包括激光器300、光链路330和传感器头310的激光雷达系统100的部分。激光系统可包括种子激光器400、第一光纤放大器470和第二光纤放大器470。种子激光器400可产生由第一和第二放大器470放大的光脉冲。种子激光器400可位于激光器300中，且光链路330可将激光器300耦合到传感器头310。第一放大器470可位于激光器300、光链路330或传感器头310中。第二放大器470可位于激光器300、光链路330或传感器头310中。作为例子，第一放大器470和第二放大器470可以都位于激光器300中。作为另一例子，第一放大器470可位于激光器300中，以及第二放大器470可包括沿着光链路330的长度分布的增益光纤660。作为另一例子，第一放大器470可位于激光器300中，以及第二放大器470可以是位于传感器头310中的升压放大器。作为另一例子，第一放大器470可位于光链路330中，以及第二放大器470可位于传感器头310中(例如第二放大器470可以是产生自由空间输出光束125的升压放大器)。作为另一例子，第一和第二放大器470可位于激光器300中，以及激光系统也可包括也位于激光器300中的第三光纤放大器470。作为另一例子，第一和第二放大器470可位于激光器300中，以及激光系统也可包括第三光纤放大器470，其包括沿着光链路330的长度分布的增益光纤660。作为另一例子，第一和第二放大器470可位于激光器300中，以及激光系统也可包括位于传感器头中的第三放大器470(例如第三放大器470可以是光纤放大器或自由空间放大器)。作为另一例子，第一放大器470可位于激光器300中，第二放大器470可包括沿着光链路330的长度分布的增益光纤660，且激光系统也可包括位于传感器头中的第三放大器470。
图25示出示例激光雷达系统100，其中传感器头310包括耦合到输出准直仪340的放大器470。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括具有光纤放大器470的传感器头310。光纤放大器470可以是具有放大来自前一光放大器470的脉冲的双包层增益光纤660的升压放大器。前一光放大器470可位于传感器头310中、光链路330中或激光器300中。在图25的例子中，传感器头放大器470可以是具有终止于输出准直仪340的光纤输出的升压放大器。输出准直仪340可产生通过反射镜115引导并到扫描仪120的自由空间输出光束125。
图26示出示例激光雷达系统100，其中传感器头310包括自由空间放大器470。在特定的实施方式中，自由空间放大器470可以指放大自由空间光束的光放大器(例如被放大的光束不通过光纤传播)。在图26中，自由空间放大器470从准直仪340接收在自由空间光束中的光脉冲，且自由空间放大器470放大光脉冲并将放大的输出脉冲发送到反射镜115和扫描仪120。自由空间放大器470可用作放大自由空间输入光束并产生放大的自由空间输出光束125的升压放大器。在特定的实施方式中，自由空间放大器470可包括泵浦激光器700和增益晶体710。作为例子，泵浦激光器700可产生被引导或耦合到增益晶体710内的自由空间泵浦光束。泵浦激光器700可具有任何适当的工作波长，例如大约908nm、915nm、940nm、960nm、976nm、980nm、1050nm、1064nm、1450nm或1480nm。增益晶体710可包括被配置成吸收来自泵浦激光器700的光并将增益提供到穿过增益晶体710的自由空间光束的任何适当的材料。作为例子，增益晶体710可包括掺钕钇铝石榴石(nd:yag)、掺钕硼酸钇铝(nd:yab)、掺铒玻璃、或玻璃或掺杂有铒的yab(例如er:yab)或掺杂有铒和镱的yab(例如er:yb:yab)。
图27示出示例激光器300，其中种子激光器400与补充光源720组合。在特定的实施方式中，激光系统可包括产生光脉冲的一个或多个种子激光器400和放大种子激光器脉冲的一个或多个光放大器470。激光系统还可包括补充光源720，其在继续前进到放大器470之前与一个或多个种子激光器400组合。在特定的实施方式中，补充光源720可包括激光二极管或发光二极管(led)。来自补充光源720的光可通过组合器730与来自种子激光器400的光组合，组合器730可包括波长组合器或光开关。作为例子，补充光源720的波长可以不同于种子激光器波长，且组合器730可包括波长组合器，其将两个波长一起组合到耦合到放大器470的单个光纤输出上。例如，种子激光器波长可以是大约1550nm，以及补充光源波长可以是大约1530nm。作为另一例子，组合器730可包括2×1光开关，其被配置成使得来自种子激光器400或补充光源720的光被发送到放大器470。光开关可以与种子激光器400同步，以使得当种子激光器400发射脉冲时，光开关将脉冲引导到放大器470，且在种子激光器脉冲之间，光开关可将光从补充光源720引导到放大器470。
在特定的实施方式中，来自补充光源720的光可阻止或防止光放大器470自发地发射寄生光(例如通过q开关或自发光来发射光脉冲)。补充光源720可抑制或防止光放大器470在种子激光器脉冲存在时之间的时间期间(例如在第一种子激光器脉冲被放大之后且在随后的第二种子激光器脉冲的接收之前的时间期间)发射寄生光脉冲。此外，来自补充光源720的光可减小由放大器470发射的ase的量。来自补充光源720的光可由放大器470放大，这可防止在放大器470中的增益积累到寄生光可能被产生或过多的ase被发射的水平。
在特定的实施方式中，激光系统可包括滤波器630，其移除由放大器470产生的ase光或移除由放大器470放大的来自补充光源720的光。作为例子，滤波器630可以是移除在补充光源720的波长处的光或使该光衰减的光谱滤波器。此外，滤波器630也可移除ase光或使ase光衰减。作为另一例子，滤波器630可以是与种子激光器400或补充光源720同步的光开关。当放大的种子激光器脉冲存在时，光开关可切换到允许脉冲传播到输出端的打开或透射状态。在种子激光器脉冲之间的时间期间，光开关可切换到非透射状态以阻挡来自补充光源720的光以及来自放大器470的ase光。在特定的实施方式中，补充光源720可被配置成在cw模式中或在脉冲模式中发射光。作为例子，补充光源720可在脉冲模式中操作，其中补充光源720在种子激光器脉冲之间开启并在种子激光器脉冲存在时关闭。此外，滤波器630可以是被配置成在当补充光源720被开启时和当放大的种子激光器脉冲存在时的时间期间阻止光的透射的光开关，光开关可改变到透射状态以允许脉冲传播到输出端。
图28示出包括种子激光器400、放大器470和解复用器410的示例激光器300。在特定的实施方式中，激光器300可包括种子激光器400、一个或多个光放大器470和一个或多个解复用器410。作为例子，来自种子激光器400的光脉冲可以在继续前进到解复用器410之前由串联耦合的两个或更多个放大器470放大。在图28的例子中，来自种子激光器400的光在被发送到解复用器用于分配到n个光链路(330-1,330-2,…,330-n)之前由放大器470放大。在特定的实施方式中，激光器300可包括1×n光解复用器，其被配置成从放大器470接收放大的种子激光器脉冲并在耦合到n个相应的传感器头310的n个光链路(330-1,330-2,…,330-n)之间分配放大的种子激光器脉冲。在特定的实施方式中，激光器300可包括位于解复用器410之后的一个或多个光放大器。作为例子，激光器300可包括位于解复用器410之后的n个光放大器(未在图28中示出)，其中每个放大器被配置成在将光发送到相应的光链路330之前放大光。
图29示出包括多个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)、复用器412、放大器470和解复用器410的示例激光器300。在特定的实施方式中，激光器300可包括一个或多个激光二极管440、一个或多个复用器412、一个或多个光放大器470和一个或多个解复用器410。在图29的例子中，来自n个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)的光脉冲可一起由复用器412组合到单个光纤中，且组合的光脉冲由放大器470放大。在放大之后，解复用器410从放大器470接收放大的激光二极管脉冲并在n个光链路(330-1,330-2,…,330-n)之间分配放大的脉冲。在特定的实施方式中，可以有位于复用器412和解复用器410之间的两个或更多个光放大器470。在特定的实施方式中，n个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)可产生在n个不同的波长处的光脉冲，且复用器412可以是波长组合器，其将n个相应的激光二极管的n个波长一起组合到耦合到放大器470的单个光纤内。在脉冲由光放大器470放大之后，解复用器410可按波长分离脉冲，并将它们发送到相应的光链路。作为例子，来自激光二极管440-1的脉冲可由解复用器410引导到光链路330-1，来自激光二极管440-2的脉冲可被引导到光链路330-2，以及来自激光二极管440-n的脉冲可被引导到光链路330-n。作为另一例子，激光器300可包括在大约1530nm和大约1560nm之间的6个不同波长处操作的6个激光二极管。每个激光二极管可以是产生具有大约700khz的脉冲重复频率的脉冲的脉冲激光二极管。激光二极管脉冲可相对于彼此被同步和时间延迟，且当脉冲由复用器412交错在一起时，组合脉冲可具有大约4.2mhz的脉冲重复频率。在由放大器470放大之后，放大脉冲的4.2-mhz流可由解复用器410分成脉冲的6个流，每个流具有特定的波长和大约700khz的脉冲重复频率。
图30示出示例激光器300，其中激光器300耦合到多个光链路(330-1,330-2,…,330-n)，每个光链路包括放大器(470-1,470-2,…,470-n)。在特定的实施方式中，激光雷达系统100的每个光链路可包括光纤放大器470的增益光纤660，其中增益光纤在从激光器300传播到相应的传感器头310的同时放大脉冲。在特定的实施方式中，激光器300可包括一个或多个激光二极管440、一个或多个复用器412、一个或多个光放大器470和一个或多个解复用器410。在图30的例子中，来自n个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)的光脉冲由复用器412组合在一起，且组合的光脉冲由放大器470放大。在放大之后，解复用器410在n个光链路(330-1,330-2,…,330-n)之间分配放大的脉冲。n个光链路中的每个包括放大器470的增益光纤660，且脉冲在它们沿着每个光链路330传播到相应的传感器头310时被放大。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被配置成以任何适当的方式组合或分配光脉冲的一个或多个复用器412或一个或多个解复用器410。复用器412或解复用器410可位于激光雷达系统100内的任何适当位置处。作为例子，解复用器410可位于一个或多个光放大器470之后并且可被配置成在两个或更多个光链路330之中分配放大的脉冲。此外，每个光链路330也可包括光放大器470。作为另一例子，复用器412可位于光放大器470之前，并且可被配置成组合来自多个激光二极管440的光。激光二极管440可直接耦合到复用器412，或来自每个激光二极管440的光可在由复用器412组合之前单独地被放大。
图31示出具有耦合到多个相应的光链路(330-1,330-2,…,330-n)的多个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)的示例激光器300，每个光链路包括放大器(470-1,470-2,…,470-n)。在特定的实施方式中，激光器300可包括多个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)，其中每个激光二极管单独地耦合到相应的光链路。在图31的例子中，n个激光二极管(440-1,440-2,…,440-n)单独地耦合到n个相应的光链路(330-1,330-2,…,330-n)，且每个光链路包括光放大器。在特定的实施方式中，激光器300也可包括n个光放大器470(未在图31中示出)，其中每个放大器被配置成在脉冲耦合到相应的光链路之前放大由特定的激光二极管产生的脉冲。
图32示出具有示例重叠反射镜115的示例激光雷达系统100。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被配置成发射光脉冲的光源110和被配置成跨越能视域扫描所发射的光脉冲的至少一部分的扫描仪120。作为例子，由光源110产生的光脉冲可穿过重叠反射镜115的孔752，并接着可耦合到扫描仪120。作为另一例子，由光源110产生的光脉冲可穿过解复用器410(未在图32中示出)，其将脉冲的一部分发送到扫描仪120。被发送到扫描仪120的脉冲的该部分可包括由光源110发射的脉冲的一部分(例如由光源110发射的每6个脉冲中的1个)，或可包括由光源110发射的每个脉冲的一部分(例如每个脉冲可分成6个脉冲，且6个所分出的脉冲之一可被发送到扫描仪120)。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被配置成检测由位于离激光雷达系统100一段距离处的目标130散射的所扫描的光脉冲的至少一部分。作为例子，由扫描仪120从激光雷达系统100顺发射方向引导的光脉冲(例如作为输出光束125的部分)可从目标130散射，且散射光的一部分可传播回到激光雷达系统100(例如作为输入光束135的部分)并由接收器140检测。
在特定的实施方式中，光源110、扫描仪120和接收器140可一起被封装在单个壳体内。作为例子，激光雷达系统外壳可包含激光雷达系统100的光源110、重叠反射镜115、扫描仪120和接收器140。此外，激光雷达系统外壳可包括控制器150，或控制器150可定位成远离外壳。激光雷达系统外壳还可包括用于将电功率或电信号传送到外壳或从外壳传送的一个或多个电连接。在特定的实施方式中，光源110可定位成远离扫描仪120和接收器140。作为例子，扫描仪120和接收器140可以是定位成远离光源110的传感器头310的部分。传感器头310可由光链路330耦合到光源110，光链路330将由光源110发射的光脉冲的至少一部分传送到传感器头310。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括多个传感器头310，其中每个传感器头310包括相应的扫描仪120和接收器140。光源110可由相应的光链路330耦合到每个传感器头310，光链路330将由光源110发射的光脉冲的相应部分从光源110传送到每个传感器头310。
在特定的实施方式中，光源110可包括被配置成产生光学种子脉冲的种子激光器400和放大光学种子脉冲以产生由光源110发射的光脉冲的一个或多个光放大器470。种子激光器400可包括一个或多个激光二极管440，例如一个或多个法布里-珀罗激光二极管、dfb激光器或dbr激光器。在特定的实施方式中，光源110可包括激光二极管440而没有位于激光二极管440之后的任何光放大级。作为例子，光源110可包括脉冲激光二极管(例如脉冲法布里-珀罗激光二极管、dfb激光器或dbr激光器)，其耦合到扫描仪120而来自脉冲激光二极管的所发射的脉冲没有被放大。
在特定的实施方式中，光源110可包括人眼安全激光器。人眼安全激光器可以指具有发射波长、平均功率、峰值功率、峰值强度、脉冲能量、光束尺寸、光束发散或曝光时间的激光器，使得来自激光器的所发射的光呈现很少或没有造成对人眼的损害的可能性。作为例子，光源110可被分类为1类激光器产品(如由国际电工委员会(iec)的60825-1标准规定的)或i类激光器产品(如由美国联邦管理法规(cfr)的标题21、章节1040.10规定的)，其在所有正常使用条件下是安全的。在特定的实施方式中，光源110可包括被配置成在大约1400nm和大约2100nm之间的任何适当波长处操作的人眼安全激光器(例如1类或i类激光器)。作为例子，光源110可包括具有在大约1400nm和大约1600nm之间的工作波长的人眼安全激光器。作为另一例子，光源110可包括具有在大约1530nm和大约1560nm之间的工作波长的人眼安全激光器。
在特定的实施方式中，扫描仪120可包括一个或多个反射镜，其中每个反射镜由电流计扫描仪、共振扫描仪、mems设备、音圈电动机或其任何适当的组合机械地驱动。电流计扫描仪(其可被称为电流计致动器)可包括具有磁铁和线圈的基于电流计的扫描电动机。当电流被供应到线圈时，旋转力施加到磁铁，这使附接到电流计扫描仪的反射镜旋转。供应到线圈的电流可被控制以动态地改变电流计反射镜的位置。共振扫描仪(其可被称为共振致动器)可包括由致动器驱动的弹簧状机构来以基本上固定的频率(例如1khz)产生周期性振荡。基于mems的扫描设备可包括具有在大约1和10mm之间的直径的反射镜，其中反射镜使用电磁或静电致动来旋转。音圈电动机(其可被称为音圈致动器)可包括磁铁和线圈。当电流被供应到线圈时，平移力施加到磁铁，这使附接到磁铁的反射镜移动或旋转。
在特定的实施方式中，扫描仪120可包括由任何适当数量的机械致动器驱动的任何适当数量的反射镜。作为例子，扫描仪120可包括被配置成沿着单个方向扫描输出光束125的单个反射镜(例如扫描仪120可以是沿着水平或垂直方向扫描的一维扫描仪)。反射镜可由一个致动器(例如电流计)或两个致动器驱动，致动器被配置成在推拉配置中驱动反射镜。作为另一例子，扫描仪120可包括沿着两个方向(例如水平和垂直)扫描输出光束125的单个反射镜。反射镜可由两个致动器驱动，其中每个致动器提供沿着特定方向或围绕特定轴的旋转运动。作为另一例子，扫描仪120可包括两个反射镜，其中一个反射镜沿着水平方向扫描输出光束125，而另一反射镜沿着垂直方向扫描输出光束125。在图32的例子中，扫描仪120包括两个反射镜：反射镜750a和反射镜750b。反射镜750a可沿着基本上水平的方向扫描输出光束125，以及反射镜750b可沿着基本上垂直的方向扫描输出光束125。
在特定的实施方式中，扫描仪120可包括两个反射镜，其中每个反射镜由相应的电流计扫描仪驱动。作为例子，扫描仪120可包括沿着第一方向(例如水平的)扫描反射镜750a的电流计致动器，且扫描仪120可包括沿着第二方向(例如垂直的)扫描反射镜750b的另一电流计致动器。在特定的实施方式中，扫描仪120可包括两个反射镜，其中一个反射镜由共振致动器驱动而另一反射镜由电流计致动器驱动。作为例子，共振致动器可沿着第一方向扫描反射镜750a，以及电流计致动器可沿着第二方向扫描反射镜750b。第一和第二方向可以基本上正交于彼此。作为例子，第一方向可以是基本上水平的，以及第二方向可以是基本上垂直的，反之亦然。在特定的实施方式中，扫描仪120可包括由两个致动器驱动的一个反射镜，致动器被配置成沿着两个基本上正交的方向扫描反射镜。作为例子，一个反射镜可沿着基本上水平的方向由共振致动器或电流计致动器驱动，以及反射镜也可沿着基本上垂直的方向由电流计致动器驱动。作为另一例子，反射镜可沿着两个基本上正交的方向由两个共振致动器驱动。
在特定的实施方式中，扫描仪120可包括被配置成沿着一个方向由布置在推拉配置中的两个致动器扫描的反射镜。在推拉配置中驱动反射镜可以指在一个方向上由两个致动器驱动的反射镜。这两个致动器可位于反射镜的相对端或侧处，且致动器可以用协作的方式被驱动，以使得当一个致动器在反射镜上推时，另一致动器在反射镜上拉，反之亦然。作为例子，反射镜可沿着水平或垂直方向由布置在推拉配置中的两个音圈致动器驱动。在特定的实施方式中，扫描仪120可包括被配置成沿着两个轴扫描的一个反射镜，其中沿着每个轴的运动由布置在推拉配置中的两个致动器提供。作为例子，反射镜可沿着水平方向由布置在水平推拉配置中的两个共振致动器驱动，以及反射镜可沿着垂直方向由布置在垂直推拉配置中的另两个共振致动器驱动。
在特定的实施方式中，扫描仪120可包括被同步地驱动的两个反射镜，使得输出光束125沿着任何适当的扫描图样200被引导。作为例子，电流计致动器可以用基本上线性的前后运动来驱动反射镜750a(例如电流计可以以基本上三角形的波形被驱动)，前后运动使输出光束125跟踪基本上水平的前后图样。此外，另一电流计致动器可以沿着基本上垂直的方向相对缓慢地扫描反射镜750b。例如，这两个电流计可以是同步的，以使得对于每64个水平轨迹，输出光束125沿着垂直方向产生单个轨迹。作为另一例子，共振致动器可沿着基本上水平的方向驱动反射镜750a，以及电流计致动器可沿着基本上垂直的方向相对缓慢地扫描反射镜750b。
在特定的实施方式中，扫描仪120可包括由两个或更多个致动器驱动的一个反射镜，其中致动器被同步地驱动，以便沿着特定的扫描图样200引导输出光束125。作为例子，可沿着两个基本上正交的方向同步地驱动一个反射镜，以使得输出光束125顺着包括基本上笔直的线的扫描图样200前进。在特定的实施方式中，扫描仪120可包括被同步地驱动的两个扫描仪，以使得被同步地驱动的反射镜描绘出包括基本上笔直的线的扫描图样200。作为例子，扫描图样200可包括基本上水平地、垂直地或沿着任何其它适当的方向被引导的一系列基本上笔直的线。当输入光束125沿着基本上水平的方向(例如使用电流计或共振致动器)被扫描时，可通过沿着垂直方向(例如使用电流计致动器)施加动态地调节的偏转来实现笔直的线。如果未施加垂直偏转，则输出光束125可在它从一侧扫描到另一侧时描绘出弯曲路径。通过在反射镜被水平地扫描时施加垂直偏转，可实现包括基本上笔直的线的扫描图样200。在特定的实施方式中，垂直致动器可用于在输出光束125被水平地扫描时施加动态地调节的垂直偏转以及在每个水平扫描之间的分立垂直偏移(例如以使输出光束125步进到扫描图样200的随后的行)。
在图32的例子中，激光雷达系统100产生输出光束125，并接收来自输入光束135的光。可跨越能视域扫描包括由光源110发射的光的脉冲的至少一部分的输出光束125。输入光束135可包括由一个或多个目标130散射并由接收器140检测的所扫描的光脉冲的至少一部分。在特定的实施方式中，输出光束125和输入光束135可以是基本上同轴的。基本上同轴的输入和输出光束可以指至少部分地重叠或共享公共传播轴的光束，以使得输入光束135和输出光束125沿着基本上相同的光路(虽然在相反的方向上)行进。当跨越能视域扫描输出光束125时，输入光束135可连同输出光束125一起跟随，以使得在这两个光束之间的同轴关系被维持。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被配置成使输入光束135和输出光束125重叠的重叠反射镜115，以使得它们基本上是同轴的。在图32中，重叠反射镜115包括输出光束125穿过的洞、狭缝或孔752以及朝着接收器140反射输入光束135的至少一部分的反射表面754。重叠反射镜115可被定向成使得输入光束135和输出光束125是至少部分地重叠的。在特定的实施方式中，输入光束135可穿过透镜756，其将光束聚焦到接收器140的活性区域上(例如活性区域可具有直径d)。在特定的实施方式中，重叠反射镜115可具有基本上平坦的反射表面754，或反射表面754可以是弯曲的(例如反射镜115可以是被配置成将输入光束135聚焦到接收器140的活性区域上的离轴抛物面反射镜)。
在特定的实施方式中，孔752可具有任何适当的尺寸或直径φ1，且输入光束135可具有任何适当的尺寸或直径φ2，其中φ2大于φ1。作为例子，孔752可具有大约0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm或10mm的直径φ1，以及输入光束135可具有大约2mm、5mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm或50mm的直径φ2。在特定的实施方式中，重叠反射镜115的反射表面754可朝着接收器140反射输入光束135的大于或等于70％。作为例子，如果反射表面754具有在光源110的工作波长处的反射率r，则被引导到接收器140的输入光束135的部分可以被表示为r×[1-(φ1/φ2)2]。例如，如果r为95％，φ1为2mm,以及φ2为10mm，则大约91％的输入光束135可由反射表面754引导到接收器140。
图33示出激光雷达系统100的示例光源视场(fovl)和接收器视场(fovr)。当跨越激光雷达系统100的能视域扫描fovl和fovr时，光源110可发射光的脉冲。在特定的实施方式中，光源视场可以指在特定的时刻由光源110照亮的角锥。类似地，接收器视场可以指如下角锥：接收器140可在特定的时刻在该角锥上接收或检测光，且在接收器视场之外的任何光可以不被接收或检测。作为例子，当跨越能视域扫描光源视场时，可以顺发射方向从激光雷达系统100发送由光源110发射的光脉冲的一部分，且可在脉冲被发射的时间在fovl正指向的方向上发送光脉冲。光脉冲可从目标130散射，且接收器140可接收并检测沿着fovr被引导或被包含在fovr内的散射光的一部分。
在特定的实施方式中，扫描仪120可被配置成跨越激光雷达系统100的能视域扫描光源视场和接收器视场。当扫描仪120在描绘出扫描图样200的同时跨越激光雷达系统100的能视域扫描fovl和fovr时，多个光脉冲可被发射和检测。在特定的实施方式中，光源视场和接收器视场可相对于彼此同步地被扫描，以使得当跨越扫描图样200扫描fovl时，fovr以相同的扫描速度顺着基本上相同的路径前进。此外，fovl和fovr可在它们跨越能视域被扫描时维持相同的彼此相对位置。作为例子，fovl可基本上与fovr重叠或在fovr之内居中(如图33所示)，且在fovl和fovr之间的该相对定位可在整个扫描中被维持。作为另一例子，fovr可在整个扫描中落后于fovl特定的固定量(例如，fovr可在与扫描方向相反的方向上从fovl偏移)。
在特定的实施方式中，fovl可具有基本上与输出光束125的发散度相同或相应的角尺寸或范围θl，且fovr可具有与一个角——接收器140可在该角上接收并检测光——对应的角尺寸或范围θr。在特定的实施方式中，接收器视场可以是相对于光源视场的任何适当的尺寸。作为例子，接收器视场可以小于光源视场的角范围、基本上是与光源视场的角范围相同的尺寸、或大于光源视场的角范围。在特定的实施方式中，光源视场可具有小于或等于50毫弧度的角范围，且接收器视场可具有小于或等于50毫弧度的角范围。fovl可具有任何适当的角范围θl，例如大约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad或50mrad。类似地，fovr可具有任何适当的角范围θr，例如大约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad或50mrad。在特定的实施方式中，光源视场和接收器视场可具有大约相等的角范围。作为例子，θl和θr可以都大约等于1mrad、2mrad或3mrad。在特定的实施方式中，接收器视场可大于光源视场，或光源视场可大于接收器视场。作为例子，θl可以大约等于1.5mrad，以及θr可以大约等于3mrad。
在特定的实施方式中，像素210可代表或可对应于光源视场。当输出光束125从光源110传播时，输出光束125的直径(以及相应像素210的尺寸)可根据光束发散度θl来增加。作为例子，如果输出光束125具有2mrad的θl，则在离激光雷达系统100的100m的距离处，输出光束125可具有大约20cm的尺寸或直径，且相应的像素210也可具有大约20cm的相应尺寸或直径。在离激光雷达系统100的200m的距离处，输出光束125和相应的像素210可各自具有大约40cm的直径。
图34示出具有相应的扫描方向的示例光源视场和接收器视场。在特定的实施方式中，扫描仪120可沿着任何适当的扫描方向或扫描方向的组合，例如左到右、右到左、向上、向下或其任何适当的组合来扫描fovl和fovr。作为例子，fovl和fovr可跨越能视域顺着左到右扫描方向前进(如图34所示)，且然后fovl和fovr可跨越能视域在右到左扫描方向上行进回。在特定的实施方式中，光源视场和接收器视场可以在扫描期间至少部分地重叠。作为例子，fovl和fovr可具有任何适当数量的角重叠，例如大约1％、2％、5％、10％、25％、50％、75％、90％或100％的角重叠。作为另一例子，如果θl和θr是2mrad且fovl和fovr从彼此偏移1mrad，则fovl和fovr可被称为具有50％角重叠。作为另一例子，fovl和fovr可以彼此基本上重合并可具有大约100％的角重叠。在图34的例子中，fovl和fovr大约是相同的尺寸并具有大约90％的角重叠。
图35示出从光源视场偏移的示例接收器视场。在特定的实施方式中，可沿着特定的扫描方向扫描fovl和fovr，且fovr可在与扫描方向相反的方向上从fovl偏移。在图35的例子中，fovl和fovr大约是相同的尺寸，且fovr落后于fovl，以使得fovl和fovr具有大约5％的角重叠。在特定的实施方式中，fovr可被配置成落后于fovl以产生任何适当的角重叠，例如小于或等于50％、25％、5％、1％或0.1％的角重叠。在光脉冲由光源110发射之后，脉冲可从目标130散射，且一些散射光可沿着对应于在脉冲被发射时光源视场的定向的路径传播回到激光雷达系统100。当光脉冲传播到目标130和从目标130传播时，接收器视场在扫描方向上移动并增加它与光源视场的先前位置(例如当脉冲被发射时的光源视场的位置)的重叠。对于近距离目标(例如位于激光雷达系统的最大范围的20％内的目标130)，当接收器140检测到来自所发射的脉冲的散射光时，接收器视场可与光源视场的先前位置具有小于或等于20％重叠。接收器140可沿着对应于在脉冲被发射时光源视场的定向的路径接收传播回到激光雷达系统100的小于或等于20％的散射光。然而，因为目标130定位成相对接近激光雷达系统100，接收器140仍然可接收足够量的光以产生指示脉冲被检测的信号。对于中距离目标(例如位于激光雷达系统100的最大范围的20％和80％之间的目标130)，当接收器140检测到散射光时，接收器视场可与光源视场的先前位置的20％和80％之间重叠。对于位于大于或等于激光雷达系统100的最大范围的80％的距离处的目标130，当接收器140检测到散射光时，接收器视场可与光源视场的先前位置的大于或等于80％重叠。对于位于离激光雷达系统100最大范围处的目标130，当接收器140检测到散射光时，接收器视场可基本上与光源视场的先前位置重叠，且接收器140可接收传播回到激光雷达系统100的基本上所有的散射光。
图36示出光源视场和接收器视场的示例正向扫描方向和反向扫描方向。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可被配置成使得fovr大于fovl，且接收器和光源fov可以基本上是重合的、重叠的或相对于彼此居中。作为例子，fovr可具有直径或角范围θr，其比fovl的直径或角范围θl大约大1.5、2、3、4、5或10倍。在图36的例子中，接收器视场的直径是光源视场的直径的大约2倍，且这两个fov相对于彼此重叠和居中。大于光源视场的接收器视场可允许接收器140在两个扫描方向(正向扫描或反向扫描)上接收来自所发射的脉冲的散射光。在图36所示的正向扫描方向上，散射光可主要由fovr的左侧接收，而在反向扫描方向上，散射光可主要由fovr的右侧接收。例如，当光脉冲在正向扫描期间传播到目标130和从目标130传播时，fovr扫描到右边，且返回到激光雷达系统100的散射光可主要由fovr的左侧接收。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可执行一系列正向和反向扫描。作为例子，正向扫描可包括从左到右被水平地扫描的fovl和fovr，且反向扫描可包括从右到左被扫描的两个视场。作为另一例子，正向扫描可包括沿着任何适当的方向(例如沿着45度角)被扫描的fovl和fovr，而正向扫描可包括沿着基本上相反的方向被扫描的两个视场。在特定的实施方式中，正向和反向扫描可跟踪相邻于彼此或相对于彼此移位的路径。作为例子，反向扫描可顺着移位至前一正向扫描之上、之下、左边或右边的能视域中的线前进。作为另一例子，反向扫描可扫描移位至前一正向扫描之下的能视域中的行，且下一正向扫描可以移位至反向扫描之下。正向和反向扫描可以用交替的方式继续，每个扫描相对于前一扫描移位，直到完整的能视域被覆盖为止。扫描可相对于彼此移位任何适当的角量，例如大约0.05°、0.1°、0.2°、0.5°、1°或2°。
图37示出示例ingaas雪崩光电二极管(apd)760。在特定的实施方式中，接收器140可包括被配置成接收和检测来自输入光束135的光的一个或多个apd760。在特定的实施方式中，apd760可被配置成检测由位于激光雷达系统100的顺发射方向的目标130散射的光脉冲的一部分。作为例子，apd760可接收由目标130散射的光脉冲的一部分，且apd760可生成对应于所接收的光脉冲的电流信号。
在特定的实施方式中，apd760可包括任何适当的半导体材料，例如硅、锗、ingaas、ingaasp或磷化铟(inp)的掺杂或非掺杂层。此外，apd760可包括用于将adp760耦合到电路的上电极762和下电极772。作为例子，apd760可电气地耦合到向apd760供应反向偏压v的电压源。此外，apd760可电气地耦合到跨阻抗放大器，其接收由apd760生成的电流并产生对应于所接收的电流的输出电压信号。上电极762或下电极772可包括任何适当的导电材料，例如金属(例如金、铜、银或铝)、透明导电氧化物(例如氧化铟锡)、碳纳米管材料或多晶硅。在特定的实施方式中，上电极762可以是部分地透明的，或可具有开口以允许输入光135穿过到apd760的活性区域。在图37中，上电极762可具有至少部分地围绕apd的活性区域的环形形状，其中活性区域指以下区域：apd760可在该区域上接收并检测输入光135。活性区域可具有任何适当的尺寸或直径d，例如大约25μm、50μm、80μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm或5mm的直径。
在特定的实施方式中，apd760可包括具有任何适当的掺杂(例如n掺杂、p掺杂或本征非掺杂材料)的任何适当的半导体层的任何适当的组合，在图37的例子中，ingaasapd760包括p掺杂inp层764、inp雪崩层766、具有n掺杂ingaas或ingaasp的吸收层768和n掺杂inp衬底层770。在特定的实施方式中，apd760可包括单独的吸收和雪崩层，或单个层可用作吸收和雪崩区域。ingaasapd760可作为pv二极管或pin二极管电气地操作，且在操作期间，apd760可以相对于上电极762用施加到下电极772的正电压v被反向偏置。所施加的反向偏压v可具有任何适当的值，例如大约5v、10v、20v、30v、50v、75v、100v或200v。
在图37中，输入光135的光子可主要在吸收层768中被吸收，导致电子-空穴对(其可被称为光子生成的载流子)的生成。作为例子，吸收层768可被配置成吸收对应于激光雷达系统100的工作波长(例如在大约1400nm和大约1600nm之间的任何适当的波长)的光子。在雪崩层766中，雪崩倍增过程出现，其中在吸收层768中生成的载流子(例如电子或空穴)与吸收层768的半导体晶格碰撞，并通过碰撞电离产生额外的载流子。这个雪崩过程可重复很多次，以使得一个光子生成的载流子可导致多个载流子的生成。作为例子，在吸收层768中吸收的单个光子可通过雪崩倍增过程导致大约10、50、100、200、500、1000、10,000个或任何其它适当数量的载流子的生成。在apd760中生成的载流子可产生耦合到电路的电流，该电路可执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间至数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升沿检测或下降沿检测。
在特定的实施方式中，当所施加的反向偏压v增大时，从单个光子生成的载流子生成的载流子的数量可增加。如果所施加的反向偏压v增大到被称为apd击穿电压的特定值之上，则单个载流子可触发自维持雪崩过程(例如apd760的输出被饱和，而不考虑输入光级别)。在特定的实施方式中，在击穿电压处或之上操作的apd760可被称为单光子雪崩二极管(spad)，并且可被称为在geiger模式或光子计数模式中操作。在击穿电压之下操作的apd760可被称为线性apd760，且由apd生成的输出电流可被发送到放大器电路(例如跨阻抗放大器)。在特定的实施方式中，接收器140可包括被配置成作为spad而操作的apd和被配置成当雪崩事件出现在spad中时减小施加到spad的反向偏压的猝灭电路。被配置成作为spad而操作的apd760可耦合到当雪崩检测事件出现时将所施加的电压v减小到击穿电压之下的电子猝灭电路。减小所施加的电压可使雪崩过程停止，且所施加的反向偏压可接着被重置以等待随后的雪崩事件。此外，apd760可耦合到当雪崩事件出现时生成电输出脉冲或边沿的电路。
在特定的实施方式中，apd760或apd760和跨阻抗放大器可具有小于或等于100个光子、50个光子、30个光子、20个光子或10个光子的噪声等效功率(nep)。作为例子，ingaasapd760可作为spad而操作，并可具有小于或等于20个光子的nep。作为另一例子，ingaasapd760可耦合到跨阻抗放大器，其产生具有小于或等于50个光子的nep的输出电压信号。apd760的nep是从apd760可检测的最小信号(例如最小数量的光子)方面量化apd760的灵敏度的度量。在特定的实施方式中，nep可对应于导致1的信噪比的光功率(或多个光子)，或nep可代表阈值数量的光子，在该阈值数量之上，光信号可被检测到。作为例子，如果apd760具有20个光子的nep，则具有20个光子的输入光束135可被检测有大约1的信噪比(例如apd760可从输入光束135接收20个光子并生成表示具有大约1的信噪比的输入光束135的电信号)。类似地，具有100个光子的输入光束135可被检测有大约5的信噪比。在特定的实施方式中，包括具有小于或等于100个光子、50个光子、30个光子、20个光子或10个光子的nep的apd760(或apd760和跨阻抗放大器的组合)的激光雷达系统100可相对于使用pn或pin光电二极管的常规激光雷达系统提供提高的检测灵敏度。作为例子，在常规激光雷达系统中使用的ingaaspin光电二极管可具有大约104至105个光子的nep，且在具有ingaaspin光电二极管的激光雷达系统中的噪声级可以比在具有ingaasapd检测器760的激光雷达系统100中的噪声级大103至104倍。
在特定的实施方式中，位于接收器140的前面的光滤波器630可被配置成透射在光源110的一个或多个工作波长处的光，并使在周围波长处的光衰减。作为例子，光纤630可以是位于apd760的前面的自由空间光谱滤波器。光谱滤波器可透射在光源110的工作波长(例如在大约1530nm和1560nm之间)处的光，并且可以使在该波长范围之外的光衰减。作为例子，具有大约400-1530nm或1560-2000nm的波长的光可被衰减任何适当的量，例如至少5db、10db、20db、30db或40db。
图38示出耦合到示例脉冲检测电路780的apd760。在特定的实施方式中，脉冲检测电路780可包括接收来自检测器的信号(例如来自apd760的电流)并执行电流至电压转换、信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间至数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升沿检测或下降沿检测的电路。脉冲检测电路780可确定光脉冲是否由apd760接收并可确定与由apd760接收光脉冲相关的时间。在特定的实施方式中，脉冲检测电路780可包括跨阻抗放大器(tia)782、增益电路784、比较器786或时间至数字转换器(tdc)788。在特定的实施方式中，脉冲检测电路780可被包括在接收器140或控制器150中，或脉冲检测电路780的部分可被包括在接收器140或控制器150中。作为例子，tia782和电压增益电路784可以是接收器140的部分，且比较器786和tdc788可以是耦合到接收器140的控制器150的部分。
在特定的实施方式中，脉冲检测电路780可包括tia782，其被配置成从apd760接收电流信号并产生对应于所接收的电流信号的电压信号。作为例子，响应于接收到的光脉冲，apd760可产生对应于光脉冲的电流脉冲。tia782可从apd760接收电流脉冲并产生对应于所接收的电流脉冲的电压脉冲。在特定的实施方式中，tia782也可用作电子滤波器。作为例子，tia782可被配置为低通滤波器，其通过使高于特定频率(例如高于1mhz、10mhz、20mhz、50mhz、100mhz、200mhz或任何其它适当的频率)的信号衰减来使高频电噪声移除或衰减。在特定的实施方式中，脉冲检测电路780可包括被配置成放大电压信号的增益电路784。作为例子，增益电路784可包括放大从tia782接收的电压信号的一个或多个电压放大级。例如，增益电路784可从tia782接收电压脉冲，且增益电路784可将电压脉冲放大任何适当的量，例如大约3db、10db、20db、30db、40db或50db的增益。此外，增益电路784也可用作被配置成使电噪声移除或衰减的电子滤波器。
在特定的实施方式中，脉冲检测电路780可包括比较器786，其被配置成从tia782或增益电路784接收电压信号并在所接收的电压信号上升到特定的阈值电压vt之上或落到特定的阈值电压vt之下时产生电边沿信号(例如上升沿或下降沿)。作为例子，当所接收的电压上升到vt之上时，比较器786可产生上升沿数字电压信号(例如从大约0v逐渐增加到大约2.5v、3.3v、5v或任何其它适当的数字高电平的信号)。作为另一例子，当所接收的电压落到vt之下时，比较器786可产生下降沿数字电压信号(例如从大约2.5v、3.3v、5v或任何其它适当的数字高电平逐渐减小到大约0v的信号)。由比较器786接收的电压信号可从tia782或增益电路784接收并可对应于由apd760生成的电流信号。作为例子，由比较器786接收的电压信号可包括电压脉冲，其对应于由apd760响应于接收到光脉冲而产生的电流脉冲。由比较器786接收的电压信号可以是模拟信号，且由比较器786产生的电边沿信号可以是数字信号。
在特定的实施方式中，脉冲检测电路780可包括时间至数字转换器(tdc)788，其被配置成从比较器786接收电边沿信号并确定在光脉冲由光源110发射和电边沿信号的接收之间的时间间隔。tdc788的输出可以是对应于由tdc788确定的时间间隔的数值。在特定的实施方式中，tdc788可以有具有任何适当的周期，例如5ps、10ps、15ps、20ps、30ps、50ps、100ps、0.5ns、1ns、2ns、5ns或10ns的内部计数器或时钟。作为例子，tdc788可以有具有20ps周期的内部计数器或时钟，以及tdc788可确定在脉冲的发射和接收之间的时间间隔等于25,000时间周期，其对应于大约0.5微秒的时间间隔。tdc788可将数值“25000”发送到激光雷达系统100的处理器或控制器150。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被配置成至少部分地基于由tdc788确定的时间间隔来确定从激光雷达系统100到目标130的距离的处理器。作为例子，处理器可以是asic或fpga，且可以是控制器150的一部分。处理器可从tdc788接收数值(例如“25000”)，且基于所接收的值，处理器可确定从激光雷达系统100到目标130的距离。
在特定的实施方式中，确定在光脉冲的发射和接收之间的时间间隔可基于确定(1)与脉冲由光源110或激光雷达系统100的发射相关的时间和(2)当来自脉冲的散射光由接收器140检测到时的时间。作为例子，tdc788可对在与光脉冲的发射相关的电边沿和与来自脉冲的散射光的检测相关的电边沿之间的时间周期或时钟循环的数量计数。确定来自脉冲的散射光何时由接收器140检测到可基于确定与检测到的脉冲相关的上升或下降沿(例如由比较器786产生的上升或下降沿)的时间。在特定的实施方式中，确定与光脉冲的发射相关的时间可基于电触发信号。作为例子，光源110可以为被发射的每个光脉冲产生电触发信号，或电气设备(例如函数发生器420或控制器150)可向光源110提供触发信号以发起每个光脉冲的发射。与脉冲的发射相关的触发信号可被提供到tdc788，且触发信号的上升沿或下降沿可对应于当脉冲被发射时的时间。在特定的实施方式中，可基于光触发信号来确定与脉冲的发射相关的时间。作为例子，可至少部分地基于来自所发射的光脉冲的光的一部分的检测来确定与光脉冲的发射相关的时间。光的该部分可由单独的检测器(例如pin光电二极管或apd760)或由接收器140检测。来自所发射的光脉冲的光的一部分可从位于激光雷达系统100或传感器头310内的表面(例如分束器的表面或光源110、反射镜115或扫描仪120的表面)散射或反射。一些散射或反射光可由接收器140的apd760接收，且耦合到apd760的脉冲检测电路780可确定脉冲被接收到。脉冲被接收到的时间可与脉冲的发射时间相关联。在特定的实施方式中，接收器140可包括一个apd760和一个脉冲检测电路780，脉冲检测电路780被配置成检测从激光雷达系统100内散射或反射的所发射的光脉冲的一部分以及随后由目标130散射的光脉冲的一部分。在特定的实施方式中，接收器140可包括两个apd760和两个脉冲检测电路780。一个apd760和脉冲检测电路780可检测从激光雷达系统100内散射或反射的所发射的光脉冲的一部分，且另一apd760和脉冲检测电路780可检测由目标130散射的光脉冲的一部分。
在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括处理器，其被配置成至少部分地基于由光源110发射以从激光雷达系统100行进到目标130并回到激光雷达系统100的光脉冲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。在特定的实施方式中，可至少部分地基于与由接收器140检测的光脉冲相关的上升沿或下降沿来确定光脉冲的往返飞行时间。作为例子，由接收器140检测的光脉冲可在apd760中生成电流脉冲，这导致由耦合到apd760的比较器786产生的上升沿信号。在特定的实施方式中，激光雷达系统100可包括被配置成确定在光脉冲由光源110发射和由接收器140检测由目标130散射的光脉冲的至少一部分之间的时间间隔。
图39示出耦合到示例多通道脉冲检测电路780的apd760。在特定的实施方式中，多通道脉冲检测电路780可包括两个或更多个比较器786和具有两个或更多个输入通道的tdc788。在图39的例子中，多通道脉冲检测电路包括从apd760接收电流信号的tia782和升高由tia782提供的电压信号的增益电路784。来自增益电路784的放大电压信号被发送到n个比较器(比较器786-1,786-2,…,786-n)，且每个比较器被提供有特定的参考或阈值电压(vt1,vt2,…,vt-n)。在特定的实施方式中，多通道脉冲检测电路780可包括2、3、4、6、8、16、32、64、128个或任何其它适当数量的比较器780。作为例子，多通道脉冲检测电路780可包括n＝8个比较器786，且每个比较器可被配置成当由tia782或增益电路784提供的电压信号上升到特定的阈值电压vt之上或下降到特定的阈值电压vt之下时将上升沿或下降沿提供到tdc788。例如，当电压信号分别上升到0.2v、0.4v、0.6v和0.8v之上时，比较器786中的四个可提供上升沿，以及当电压信号分别下降到0.2v、0.4v、0.6v和0.8v之下时，其它四个比较器786可提供下降沿。多通道脉冲检测电路780可提供关于接收到的光脉冲的附加信息，例如脉冲的形状、脉冲的持续时间或关于上升沿、下降沿或脉冲的峰值的定时信息。
在特定的实施方式中，多通道脉冲检测电路780可包括两个比较器(786-1,786-2)。当由tia782或增益电路784提供的电压信号上升到阈值电压vt1之上时，第一比较器786-1可产生第一电边沿信号。当电压信号落到阈值电压vt2之下时，第二比较器786-2可产生第二电边沿信号。阈值电压vt1和vt2可以是相同的或可以是不同的电压。作为例子，如果vt1和vt2是相同的，则来自第一比较器786-1的边沿可对应于所接收的脉冲的上升沿的特定电平，以及来自第二比较器786-2的边沿可对应于所接收的脉冲的下降沿的相同电平。此外，在这两个边沿之间的时间差可表示脉冲的宽度或持续时间。在特定的实施方式中，多通道脉冲检测电路780可包括被配置成分别从比较器786-1和786-2接收第一和第二电边沿信号的tdc788。tdc788可基于在第一和第二电边沿信号的接收之间的时间差来确定所接收的光脉冲的持续时间。tdc788可确定在光脉冲由光源110发射和第一电边沿信号由tdc788接收之间的第一时间间隔。此外，tdc788可确定在光脉冲的发射和第二电边沿信号的接收之间的第二时间间隔。tdc788可至少部分地基于第一和第二电边沿信号来确定与所接收的光脉冲的峰值相关的时间(例如，峰值可大致位于在与第一和第二电边沿信号相关的时间之间的中途)。在特定的实施方式中，处理器或控制器150可至少部分地基于所接收的光脉冲的持续时间、所接收的光脉冲的形状、分别与所接收的光脉冲的上升沿或下降沿相关的第一或第二时间间隔或与所接收的光脉冲的峰值相关的时间来确定从激光雷达系统100到目标130的距离。
图40示出包括耦合到逻辑电路792的两个apd(760a,760b)的示例接收器140。在特定的实施方式中，接收器140可包括耦合到逻辑电路792的两个或更多个apd760(例如每个apd可通过脉冲检测电路耦合到逻辑电路)。逻辑电路792可包括一个或多个逻辑门(例如一个或多个与门)，其中逻辑门被配置成只有当每个apd(760a,760b)或它们的相关脉冲检测电路(780a,780b)产生对应于光脉冲的检测的电信号时才产生指示接收器140已检测到光脉冲的输出。在图40的例子中，输入光束135由分束器790分成两个光束，其耦合到apd760a和760b。apd760a耦合到脉冲检测电路780a，以及apd760b耦合到脉冲检测电路780b。图40所示的每个脉冲检测电路可包括tia782、增益电路784或比较器786，且每个脉冲检测电路的比较器786可向逻辑电路792提供数字信号。图40中的逻辑电路792包括单个与门，其可被配置成只有当脉冲检测电路780a和780b都向与门提供数字高信号时才向tdc788提供电边沿信号。图40中所示的接收器140提供冗余，其可减小由噪声(例如在apd中的从暗电流或热感应载流子生成产生的噪声)引起的伪脉冲检测事件的概率。在apd760a或760b中的噪声事件可使相关脉冲检测电路780a或780b产生数字高信号。然而，如果与门从脉冲检测电路780a或780b中的仅仅一个接收到数字高信号，与门将不向tdc788发送电边沿信号。如果与门从脉冲检测电路780a和780b都接收到数字高信号(这指示apd760a和760b都检测到光脉冲)，与门将只向tdc788发送电边沿信号。
图41示出示例检测器阵列796。在特定的实施方式中，接收器140可包括两个或更多个apd760的阵列796。检测器阵列796可包括任何适当的数量或布置的apd760。作为例子，检测器阵列796可包括并排地或一个在另一个之上布置的两个apd760。两个并排apd760的布置可用于跨越能视域扫描交替的像素210(例如apd760c可检测来自奇数编号的像素210的光，且apd760d可检测来自偶数编号的像素210的光)。图41中的检测器阵列796包括布置在2×3配置中的六个apd(760c,760d,760e,760f,760g,和760h)。检测器阵列796可允许激光雷达系统100同时扫描在能视域中的多个行。作为例子，检测器760c或760d可扫描特定的行(例如行#1)，检测器760e或760f可扫描另一行(例如行#17)，以及检测器760g或760h可扫描不同的行(例如行#33)。在跨越能视域的随后扫描时，检测器760c或760d可扫描行#2，检测器760e或760f可扫描行#18，以及检测器760g或760h可扫描行#34。
图42示出示例计算机系统800。在特定的实施方式中，一个或多个计算机系统800可执行本文所述或所示的一种或多种方法的一个或多个步骤。在特定的实施方式中，一个或多个计算机系统800可提供本文所述或所示的功能。在特定的实施方式中，在一个或多个计算机系统800上运行的软件可执行本文所述或所示的一种或多种方法的一个或多个步骤，或可提供本文所述或所示的功能。特定的实施方式可包括一个或多个计算机系统800的一个或多个部分。在特定的实施方式中，计算机系统可以被称为计算设备、计算系统、计算机、通用计算机或数据处理装置。在本文，在适当情况下，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800可采取任何适当的物理形式。作为例子，计算机系统800可以是嵌入式计算机系统、片上系统(soc)、单板计算机系统(sbc)、桌上型计算机系统、膝上型或笔记本计算机系统、大型机、计算机系统的网络、服务器、平板计算机系统或这些项中的两个或更多个的任何适当组合。作为另一例子，计算机系统800的全部或部分可与各种设备组合、耦合到各种设备或集成到各种设备内，各种设备包括但不限于摄像机、摄录像机、个人数字助理(pda)、移动电话、智能电话、电子阅读设备(例如e-阅读器)、游戏控制台、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、自动车辆、自动车辆驾驶系统、驾驶舱控制器、摄像机视图显示器(例如在车辆中的后视摄像机的显示器)、护目镜或头戴式显示器。在适当情况下，计算机系统800可包括一个或多个计算机系统800；是单一的或分布式的；跨越多个位置；跨越多个机器；跨越多个数据中心；或存在于云中，其可包括在一个或多个网络中的一个或多个云部件。在适当情况下，一个或多个计算机系统800可在没有实质性空间或时间限制的情况下执行本文所述或所示的一种或多种方法的一个或多个步骤。作为例子，一个或多个计算机系统800可实时地或在批量模式中执行本文所述或所示的一种或多种方法的一个或多个步骤。在适当情况下，一个或多个计算机系统800可在不同的时间或在不同的位置处执行本文所述或所示的一种或多种方法的一个或多个步骤。
如在图42的例子中所示的，计算机系统800可包括处理器810、存储器820、存储装置830、输入/输出(i/o)接口840、通信接口850或总线860。计算机系统800可包括在任何适当布置中的任何适当数量的任何适当部件。
在特定的实施方式中，处理器810可包括用于执行指令(例如构成计算机程序的指令)的硬件。作为例子，为了执行指令，处理器810可从内部寄存器、内部高速缓存器、存储器820或存储装置830取回(或取出)指令；对它们解码并执行它们；以及然后将一个或多个结果写到内部寄存器、内部高速缓存器、存储器820或存储装置830。在特定的实施方式中，处理器810可包括数据、指令或地址的一个或多个内部高速缓存器。在适当情况下，处理器810可包括任何适当数量的任何适当的内部高速缓存器。作为例子，处理器810可包括一个或多个指令高速缓存器、一个或多个数据高速缓存器或一个或多个转换后备缓冲器(tlb)。在指令高速缓存器中的指令可以是在存储器820或存储装置830中的指令的副本，且指令高速缓存器可通过处理器810加速那些指令的取回。在数据高速缓存器中的数据可以是在处理器810处执行来操作的指令的存储器820或存储装置830中的数据的副本；用于由在处理器810处执行的随后指令访问或用于写到存储器820或存储装置830的在处理器810处执行的先前指令的结果；或其它适当的数据。数据高速缓存器可通过处理器810加速读或写操作。tlb可加速处理器810的虚拟地址转换。在特定的实施方式中，处理器810可包括数据、指令或地址的一个或多个内部寄存器。在适当情况下，处理器810可包括任何适当数量的任何适当的内部寄存器。在适当情况下，处理器810可包括一个或多个算术逻辑单元(alu)；可以是多核处理器；或可包括一个或多个处理器810。
在特定的实施方式中，存储器820可包括用于存储处理器810要执行的指令或处理器810要操作的数据的主存储器。作为例子，计算机系统800可将指令从存储装置830或另一源(例如另一计算机系统800)加载到存储器820。处理器810可接着将指令从存储器820加载到内部寄存器或内部高速缓存器。为了执行指令，处理器810可从内部寄存器或内部高速缓存器取回指令将将它们解码。在指令的执行期间或之后，处理器810可将一个或多个结果(其可以是中间或最终结果)写到内部寄存器或内部高速缓存器。处理器810可接着将这些结果中的一个或多个写到存储器820。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)可将处理器810耦合到存储器820。总线860可包括一个或多个存储器总线。在特定的实施方式中，一个或多个存储器管理单元(mmu)可存在于处理器810和存储器820之间并便于由处理器810请求的对存储器820的访问。在特定的实施方式中，存储器820可包括随机存取存储器(ram)。在适当情况下，该ram可以是易失性存储器。在适当情况下，该ram可以是动态ram(dram)或静态ram(sram)。在适当情况下，存储器820可包括一个或多个存储器820。
在特定的实施方式中，存储装置830可包括数据或指令的大容量存储器。作为例子，存储装置830可包括硬盘驱动器(hdd)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(usb)驱动器或这些项中的两个或更多个的组合。在适当情况下，存储装置830可包括可移动或不可移动(或固定)介质。在适当情况下，存储装置830对计算机系统800可以是内部的或外部的。在特定的实施方式中，存储装置800可以是非易失性固态存储器。在特定的实施方式中，存储装置830可包括只读存储器(rom)。在适当情况下，该rom可以是掩模rom(mrom)、可编程rom(promm)、可擦除prom(eprom)、电可擦除prom(eeprom)、闪存或这些项中的两个或更多个的组合。在适当情况下，存储装置830可包括便于在处理器810和存储装置830之间的通信的一个或多个存储控制单元。在适当情况下，存储装置830可包括一个或多个存储装置830。
在特定的实施方式中，i/o接口840可包括提供用于在计算机系统800和一个或多个i/o设备之间的通信的一个或多个接口的硬件、软件或这两者。在适当情况下，计算机系统800可包括这些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使在人和计算机系统800之间的通信成为可能。作为例子，i/o设备可包括键盘、袖珍键盘、麦克风、监视器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、摄像机、触针、平板计算机、触摸屏、轨迹球、另一适当的i/o设备或这些项中的两个或更多个的任何适当的组合。i/o设备可包括一个或多个传感器。在适当情况下，i/o接口840可包括使处理器810能够驱动这些i/o设备中的一个或多个的一个或多个设备或软件驱动器。在适当情况下，i/o接口840可包括一个或多个i/o接口840。
在特定的实施方式中，通信接口850可包括提供用于在计算机系统800和一个或多个其它计算机系统800或一个或多个网络之间的通信(例如基于分组的通信)的一个或多个接口的硬件、软件或这两者。作为例子，通信接口850可包括用于与以太网或其它基于电线的网络或无线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(例如wi-fi网络)通信的无线适配器；或用于使用该光纤通信或自由空间光通信来进行通信的光发射机(例如激光器或发光二极管)或光接收机(例如光电检测器)。计算机系统800可与自组织网络、个人区域网(pan)、车辆内网络(ivn)、局域网(lan)、广域网(wan)、城域网(man)或以太网的一个或多个部分或这些项中的两个或更多个的组合进行通信。这些网络中的一个或多个的一个或多个部分可以是有线的或无线的。作为例子，计算机系统800可与无线pan(wpan)(例如bluetoothwpan)、wi-fi网络、全球微波接入互操作性(wimax)网络、蜂窝电话网络(例如全球移动通信系统(gsm)网络)或其它适当的无线网络或这些项中的两个或更多个的组合进行通信。作为另一例子，计算机系统800可使用基于100千兆比特以太网(100gbe)、10千兆比特以太网(10gbe)或同步光联网(sonet)的光纤通信来进行通信。在适当情况下，计算机系统800可包括这些网络中的任一个的任何适当的通信接口850。在适当情况下，通信接口850可包括一个或多个通信接口850。
在特定的实施方式中，总线860可包括将计算机系统800的部件耦合到彼此的硬件、软件或这两者。作为例子，总线860可包括加速图形端口(agp)或其它图形总线、控制器区域网(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、外围部件互连(pci)总线、pci-express(pcie)总线、串行高级技术附件(sata)总线、视频电子标准协会局域总线(vlb)或另一适当的总线或这些项中的两个或更多个的组合。在适当情况下，总线860可包括一个或多个总线860。
在特定的实施方式中，结合本文公开的实施方式所述的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件或硬件和软件的任何适当组合。在特定的实施方式中，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)可用于执行本文所述或所示的各种功能，且计算机软件可被配置成通过计算机系统800的操作执行或控制计算机系统800的操作。作为例子，计算机软件可包括被配置成由处理器810执行的指令。在特定的实施方式中，由于硬件和软件的互换性，各种示意性逻辑块、模块、电路或算法步骤通常从功能方面被描述。这样的功能是否在硬件、软件或硬件和软件的组合中实现可取决于强加在总体系统上的特定的应用或设计约束。
下面的段落描述激光雷达系统和激光系统的各种特定的实施方式。
激光雷达系统包括：被配置成发射光脉冲的光源；多个光链路，其中每个光链路将光源耦合到多个传感器头的相应传感器头，其中光链路被配置成将所发射的光脉冲的至少一部分从光源传送到相应的传感器头；以及多个传感器头，其中每个传感器头包括：被配置成跨越传感器头的能视域扫描光脉冲的扫描仪，其中所扫描的光脉冲包括由相应的光链路从光源传送到传感器头的所发射的光脉冲的该部分；以及被配置成检测由位于所述传感器头的顺发射方向的目标散射或反射的所扫描的光脉冲的至少一部分的接收器。
激光雷达系统，其中：目标至少部分地被包含在传感器头的能视域内并位于离传感器头的小于或等于激光雷达系统的最大范围的一段距离处；以及传感器头还包括被配置成至少部分地基于光脉冲从传感器头行进到目标并回到传感器头的飞行时间来确定从传感器头到目标的距离的处理器。
激光雷达系统，其中激光雷达系统合并到车辆内，其中传感器头被定位成提供在车辆周围的环境的360度视图。
激光雷达系统，其中每个光链路包括具有大于或等于1米的长度的光纤缆线。
激光雷达系统，还包括对应于多个光链路的多个电链路，其中每个电链路将光源耦合到多个传感器头的相应传感器头，其中电链路被配置成在光源和相应传感器头之间传送电功率或一个或多个电信号。
激光雷达系统，其中光源包括：被配置成产生低功率光脉冲的种子激光器；以及被配置成放大低功率光脉冲以产生由光源发射的光脉冲的一个或多个光放大器。
激光雷达系统，其中光源还包括一个或多个光滤波器，其中每个光滤波器被配置成减少由光放大器中的一个或多个产生的放大自发发射光的量。
激光雷达系统，其中光源还包括与种子激光器组合的补充光源，其中来自补充光源的光被配置成防止至少一个光放大器在第一低功率光脉冲的放大之后和在第二低功率光脉冲的接收之前的时间期间自发地发射光脉冲。
激光雷达系统，其中光源包括：多个激光二极管，其中每个激光二极管被配置成产生在不同工作波长处的光；以及被配置成将由每个激光二极管产生的光组合到单个光纤内的光复用器。
激光雷达系统，其中光源包括被配置成产生在对应于多个传感器头的光的多个波长处的光脉冲的波长可调谐激光器，其中由波长可调谐激光器产生的每个波长被传送到相应传感器头。
激光雷达系统，其中光源包括光放大器，光放大器包括一个或多个光滤波器，其中每个光滤波器被配置成减少由光放大器产生的放大自发发射光的量。
激光雷达系统，其中：激光雷达系统包括耦合到n个相应传感器头的n个光链路；以及光源包括被配置成在n个光链路之间分配所发射的光脉冲的1xn光解复用器。
激光雷达系统，其中光解复用器包括光功率分配器、光开关或波长解复用器。
激光雷达系统，其中在n个光链路之间分配所发射的光脉冲包括：将每个所发射的光脉冲分成n个光脉冲；以及将n个脉冲中的每个脉冲发送到相应光链路以用于传输到相应传感器头。
激光雷达系统，其中：由光源发射的光脉冲包括具有n个不同波长的脉冲；以及在n个光链路之间分配所发射的光脉冲包括将具有特定波长的每个脉冲发送到相应光链路以用于传输到相应传感器头。
激光雷达系统，其中每个光链路包括光纤放大器的增益光纤，其中增益光纤被配置成在所发射的光脉冲的该部分从光源传播到相应传感器头时放大所发射的光脉冲的该部分。
激光雷达系统，其中每个光链路包括光放大器的增益光纤，其中增益光纤沿着光链路的长度分布并被配置成在所发射的光脉冲的该部分从光源传送到相应传感器头时放大所发射的光脉冲的该部分。
激光雷达系统，其中每个传感器头还包括光放大器，其被配置成：放大由光链路传送到传感器头的光脉冲；以及将放大的光脉冲发送到扫描仪以用于跨越传感器头的能视域进行扫描。
激光雷达系统，其中光放大器是自由空间放大器或光纤放大器。
激光系统包括：被配置成产生光学种子脉冲的种子激光器；被配置成将种子脉冲放大第一放大器增益以产生包括放大的种子脉冲和放大自发发射(ase)的第一放大器输出的第一光纤放大器；被配置成从第一放大器输出移除一定量的ase的第一光滤波器；以及被配置成从第一光滤波器接收放大的种子脉冲并将所接收的脉冲放大第二放大器增益以产生输出脉冲的第二光纤放大器，其中输出脉冲具有输出脉冲特性，其包括：小于或等于100mhz的脉冲重复频率；小于或等于20纳秒的脉冲持续时间；以及小于或等于1％的占空比。
激光系统，其中输出脉冲特性还包括：在大约1400nm和2050nm之间的工作波长；大于或等于10纳焦耳的脉冲能量；大于或等于1瓦的峰值功率；以及小于或等于50瓦的平均功率，其中ase包括小于或等于25％的平均功率。
激光系统，其中：光学种子脉冲具有大于或等于1微瓦的平均功率；输出脉冲具有大于或等于1毫瓦的平均功率；以及第一放大器增益和第二放大器增益一起对应于大于或等于40db的总光功率增益。
激光系统，其中种子激光器包括被配置成由脉冲发生器电气地驱动以产生光学种子脉冲的激光二极管。
激光系统，其中种子激光器包括：被配置成产生连续波(cw)光的激光二极管；以及被配置成接收cw光并从所接收的cw光产生光种子脉冲的光调制器。
激光系统，其中种子激光器包括：被配置成产生具有持续时间τ的光脉冲的激光二极管；以及光调制器，其被配置成：从激光二极管接收光脉冲；以及选择性地传输每个所接收的光脉冲的一部分以产生光学种子脉冲，其中每个光学种子脉冲具有小于τ的持续时间。
激光系统，其中种子激光器包括：多个激光二极管，其中每个激光二极管被配置成产生在不同波长处的光；以及被配置成将由每个激光二极管产生的光组合到单个光纤内的光复用器。
激光系统，还包括波长相关延迟线，其被配置成接收包括激光系统的多个工作波长的输入光并产生时间延迟的光，其中时间延迟的光包括在多个工作波长处的光，其中多个工作波长中的每个波长具有基于波长的特定时间延迟。
激光系统，其中延迟线包括：环行器；以及对应于多个工作波长的多个光纤布拉格光栅(fbg)，其中：fbg串联地布置且彼此由特定长度的光纤分离；以及每个fbg被配置成反射工作波长中的一个波长。
激光系统，其中种子激光器包括被配置成产生在多个波长处的光的波长可调谐激光器。
激光系统，其中种子激光器包括锁模光纤激光器和被配置成提取由锁模光纤激光器产生的光脉冲的脉冲选择器。
激光系统，其中第一光滤波器被配置成从第一放大器输出移除ase的大于或等于80％。
激光系统，其中第一光滤波器包括光谱滤波器，其被配置成透射在激光系统的一个或多个工作波长处的光并使远离所透射的波长的光衰减至少20db。
激光系统，其中第一光滤波器包括时间滤波器，其包括光开关或半导体光放大器，其中时间滤波器被配置成当放大的种子脉冲存在时处于透射状态中以及在其它情况下处于非透射状态中，其中当在非透射状态中操作时，ase基本上被防止通过第一光滤波器透射。
激光系统，还包括被配置成从第二放大器接收输出脉冲并减少由第二放大器产生的ase的量的第二光滤波器。
激光系统，还包括被配置成从第二光纤放大器接收输出脉冲并将输出脉冲分配到激光雷达系统的多个光链路的光解复用器，其中光链路耦合到激光雷达系统的相应的多个传感器头。
激光系统，还包括被配置成从第二光纤放大器接收输出脉冲并产生包括输出脉冲的自由空间光束的输出准直仪。
激光系统，其中：第一光纤放大器包括双程放大器，其包括：环行器；包括第一和第二端的掺铒或掺铒/镱增益光纤，其中第一端耦合到环行器；以及耦合到增益光纤的第二端的光纤布拉格光栅(fbg)，其中fbg被配置成反射对应于激光系统的一个或多个工作波长的光并透射或衰减远离所反射的波长的光；以及第二光纤放大器包括升压放大器，其包括双包层增益光纤，双包层增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂。
激光系统，其中：第一光纤放大器包括第一单程放大器，其包括第一增益光纤，第一增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂；第二光纤放大器包括第二单程放大器，其包括第二增益光纤，第二增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂；以及激光系统还包括第三光纤放大器，其中第三放大器包括升压放大器，其包括双包层增益光纤，双包层增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂。
激光系统，其中：第一光纤放大器包括双程放大器，其包括：环行器；包括第一和第二端的掺铒或掺铒/镱增益光纤，其中第一端耦合到环行器；以及耦合到增益光纤的第二端的光纤布拉格光栅(fbg)，其中fbg被配置成反射对应于激光系统的一个或多个工作波长的光并透射或衰减远离所反射的波长的光；以及第二光纤放大器包括单程放大器，其包括掺铒或掺铒/镱增益光纤；以及激光系统还包括第三光纤放大器，其中第三放大器包括升压放大器，其包括双包层增益光纤，双包层增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂。
激光系统，其中第二光纤放大器包括升压放大器，其包括双包层增益光纤，双包层增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂。
激光系统，其中升压放大器还包括包层模剥离器。
激光系统，其中种子激光器、第一放大器、第一光纤和第二放大器一起封装在单个壳体内。
激光系统，其中激光系统还包括被配置成从第二放大器接收输出脉冲并将输出脉冲放大第三放大器增益的第三光纤放大器，其中第三放大器包括升压放大器，其包括双包层增益光纤，双包层增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂。
激光系统，其中激光系统是激光雷达系统的部分，激光雷达系统包括光源、光链路和传感器头，其中：光链路将光源耦合到传感器头；种子激光器布置在光源中；第一光纤放大器布置在光源、光链路或传感器头中；以及第二光纤放大器布置在光源、光链路或传感器头中。
激光系统，其中：第一和第二放大器布置在光源中；以及激光系统还包括第三光纤放大器，其包括沿着光链路的长度布置的增益光纤。
激光系统，其中：第一放大器布置在光源中；以及第二放大器包括沿着光链路的长度分布的增益光纤。
激光系统，其中：第一和第二放大器布置在光源中；以及激光系统还包括布置在传感器头中的第三放大器，其中第三放大器包括自由空间放大器或光纤放大器。
激光系统，其中：第一放大器布置在光源中；第二放大器包括沿着光链路的长度分布的增益光纤；以及激光系统还包括布置在传感器头中的第三放大器，其中第三放大器包括自由空间放大器或光纤放大器。
激光雷达系统包括：被配置成发射光脉冲的光源；被配置成跨越能视域扫描所发射的光脉冲的至少一部分的扫描仪；以及被配置成检测由位于离激光雷达系统一段距离处的目标散射的所扫描的光脉冲的至少一部分的接收器。
激光雷达系统，还包括定位成远离光源的传感器头，其中：传感器头包括扫描仪和接收器；以及传感器头由光链路耦合到光源，其中光链路将所发射的光脉冲的该部分从光源传送到传感器头。
激光雷达系统，其中激光雷达系统还包括一个或多个附加传感器头，其中：附加传感器头中的每一个包括相应的扫描仪和接收器；以及光源由相应的光链路耦合到附加传感器头中的每一个，相应的光链路将所发射的光脉冲的相应部分从光源传送到附加传感器头中的每一个。
激光雷达系统，其中激光雷达系统合并到车辆内，其中激光雷达系统的传感器头和一个或多个附加传感器头被定位成提供在车辆周围的环境的大于或等于30度视图。
激光雷达系统，其中激光雷达系统具有大于或等于50米的最大范围。
激光雷达系统，其中能视域包括：大于或等于25度的水平能视域；以及大于或等于5度的垂直能视域。
激光雷达系统，其中激光雷达系统具有大于或等于100个像素的水平分辨率和大于或等于4个像素的垂直分辨率。
激光雷达系统，其中激光雷达系统被配置成以大约每秒0.1帧和大约每秒1,000帧之间的速率生成点云。
激光雷达系统，其中光源包括脉冲激光二极管。
激光雷达系统，其中光源包括：被配置成产生光学种子脉冲的种子激光器；以及被配置成放大光学种子脉冲以产生由光源发射的光脉冲的一个或多个光放大器。
激光雷达系统，其中种子激光器包括分布式反馈(dfb)激光器或分布式布拉格反射器(dbr)激光器。
激光雷达系统，其中光源包括升压放大器，其包括双包层增益光纤，双包层增益光纤包括铒掺杂剂或铒和镱掺杂剂。
激光雷达系统，其中光源包括：多个激光二极管，每个激光二极管被配置成产生在不同工作波长处的光；以及被配置成将由每个激光二极管产生的光组合到单个光纤内的光复用器。
激光雷达系统，其中光源是具有在大约1400nm和大约1600nm之间的工作波长的人眼安全激光器。
激光雷达系统，其中由光源发射的光脉冲具有脉冲特性，其包括：在大约1400nm和大约1600nm之间的工作波长；小于或等于100mhz的脉冲重复频率；小于或等于20纳秒的脉冲持续时间；以及小于或等于1％的占空比。
激光雷达系统，其中脉冲特性还包括：大于或等于10纳焦耳的脉冲能量；大于或等于1瓦的峰值功率；以及小于或等于50瓦的平均功率。
激光雷达系统，其中光源包括被配置成透射在光源的一个或多个工作波长处的光并使远离所透射的波长的光衰减至少10db的光滤波器。
激光雷达系统，其中光源包括被配置成减少由光源的一个或多个光放大器产生的放大自发发射光的量的光滤波器。
激光雷达系统，其中光源包括二极管泵浦固态(dpss)激光器。
激光雷达系统，其中扫描仪包括一个或多个反射镜，其中每个反射镜由电流计扫描仪、共振扫描仪、微机电系统(mems)设备或音圈电动机机械地驱动。
激光雷达系统，其中扫描仪包括：由沿着第一方向扫描第一反射镜的第一电流计扫描仪驱动的第一反射镜；以及由沿着基本上正交于第一方向的第二方向扫描第二反射镜的第二电流计扫描仪驱动的第二反射镜。
激光雷达系统，其中扫描仪包括：由沿着第一方向扫描第一反射镜的共振扫描仪驱动的第一反射镜；以及由沿着基本上正交于第一方向的第二方向扫描第二反射镜的电流计扫描仪驱动的第二反射镜。
激光雷达系统，其中扫描仪包括同步驱动的两个反射镜，其中同步驱动的反射镜描绘出包括基本上笔直的线的扫描图样。
激光雷达系统，其中扫描仪包括由被配置成沿着两个基本上正交的方向扫描反射镜的两个致动器驱动的反射镜。
激光雷达系统，其中扫描仪包括被配置成沿着两个轴被扫描的反射镜，其中沿着每个轴的运动由布置在推拉配置中的两个致动器提供。
激光雷达系统，其中：激光雷达系统的输出光束包括跨越能视域被扫描的所发射的光脉冲的该部分；激光雷达系统的输入光束包括由接收器检测的所扫描的光脉冲的该部分；以及输入和输出光束基本上是同轴的。
激光雷达系统，还包括重叠反射镜，其被配置成使输入和输出光束重叠，使得它们基本上是同轴的，其中重叠反射镜包括：输出光束穿过的洞、狭缝或孔；以及朝着接收器反射输入光束的至少一部分的反射表面。
激光雷达系统，其中：跨越能视域扫描所发射的光的该部分包括跨越能视域扫描光源的视场；以及扫描仪还被配置成跨越能视域扫描接收器的视场，其中光源视场和接收器视场相对于彼此同步地被扫描。
激光雷达系统，其中光源视场和接收器视场在扫描期间至少部分地重叠。
激光雷达系统，其中：光源视场和接收器视场沿着扫描方向被扫描；以及接收器视场在与扫描方向相反的方向上从光源视场偏移。
激光雷达系统，其中光源视场的角范围大约等于接收器视场的角范围。
激光雷达系统，其中：光源视场具有小于或等于50毫弧度的角范围；以及接收器视场具有小于或等于50毫弧度的角范围。
激光雷达系统，其中：接收器包括雪崩光电二极管(apd)；以及检测由目标散射的所扫描的光脉冲的该部分包括：由apd接收由目标散射的所扫描的光脉冲的该部分的光脉冲；以及由apd生成对应于所接收的光脉冲的电流信号。
激光雷达系统，其中接收器还包括被配置成从apd接收电流信号并产生对应于所接收的电流信号的电压信号的跨阻抗放大器。
激光雷达系统，其中接收器还包括比较器，其被配置成当对应于由apd生成的电流信号的电压信号上升到预定阈值电压之上时产生电边沿信号。
激光雷达系统，还包括时间至数字转换器(tdc)，其被配置成：接收电边沿信号；以及确定在由光源发射光脉冲和电边沿信号的接收之间的时间间隔。
激光雷达系统，其中确定时间间隔包括确定与由光源发射光脉冲相关的时间，其中至少部分地基于由接收器对来自所发射的光脉冲的光的一部分的检测来确定与光脉冲的发射相关的时间。
激光雷达系统，还包括被配置成至少部分地基于由tdc确定的时间间隔来确定从激光雷达系统到目标的距离的处理器。
激光雷达系统，其中接收器还包括：第一比较器，其被配置成当对应于由apd生成的电流信号的电压信号上升到第一预定阈值电压之上时产生第一电边沿信号；以及第二比较器，其被配置成当电压信号落到第二预定阈值电压之下时产生第二电边沿信号；以及时间至数字转换器(tdc)，其被配置成：接收第一和第二电边沿信号；确定在由光源发射光脉冲和第一电边沿信号的接收之间的第一时间间隔；以及确定在由光源发射光脉冲和第二电边沿信号的接收之间的第二时间间隔。
激光雷达系统，还包括被配置成至少部分地基于第一和第二时间间隔来确定从激光雷达系统到目标的距离的处理器。
激光雷达系统，还包括位于接收器的前面的光滤波器，其中光滤波器被配置成透射在光源的一个或多个工作波长处的光并使在周围波长处的光衰减至少10db。
激光雷达系统，其中接收器包括两个或更多个雪崩光电二极管(apd)的阵列。
激光雷达系统，其中接收器包括：被配置成作为单光子雪崩二极管(spad)操作的雪崩光电二极管；以及被配置成当雪崩事件出现在spad中时减小施加到spad的反向偏压的猝灭电路。
激光雷达系统，其中接收器包括：两个或更多个雪崩光电二极管(apd)；以及耦合到apd的一个或多个逻辑门，其中逻辑门被配置成只有当每个apd产生对应于光脉冲的检测的电信号时才产生输出，所述输出指示所述接收器已检测到光脉冲。
激光雷达系统，还包括被配置成至少部分地基于由光源发射的光脉冲从激光雷达系统行进到目标并回到激光雷达系统的往返飞行时间来确定从激光雷达系统到目标的距离的处理器。
激光雷达系统，其中至少部分地基于与由接收器检测的光脉冲相关的上升沿或下降沿来确定往返飞行时间。
激光雷达系统，还包括被配置成确定在由光源发射光脉冲和由接收器检测由目标散射的光脉冲的至少一部分之间的时间间隔的时间至数字转换器(tdc)。
在特定的实施方式中，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。作为例子，本文公开的模块、电路、系统、方法或算法的全部或部分可由通用单或多芯片处理器、数字信号处理器(dsp)、asic、fpga、任何其它适当的可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何适当的组合实现或执行。通用处理器可以是微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可被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、结合dsp纤芯的一个或多个微处理器或任何其它这样的配置。
在特定的实施方式中，本文所述的主题的一个或多个实施方式可被实现为一个或多个计算机程序(例如在计算机可读非暂时性存储介质上编码或存储的计算机程序指令的一个或多个模块)。作为例子，本文公开的方法或算法的步骤可在可存在于计算机可读非暂时性存储介质上的处理器可执行软件模块中实现。在特定的实施方式中，计算机可读非暂时性存储介质可包括可用于存储或传送计算机软件并可由计算机系统访问的任何适当的存储介质。在这里，在适当情况下，计算机可读非暂时性存储介质或媒介可包括一个或多个基于半导体的或其它的集成电路(ic)(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)、光学盘(例如光盘(cd)、cd-rom、数字通用盘(dvd)、蓝光盘或激光盘)、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、securedigital卡或驱动器、任何其它适当的计算机可读非暂时性存储介质或这些项中的两个或更多个的任何适当组合。在适当情况下，计算机可读非暂时性存储介质可以是易失性的、非易失性的或易失性和非易失性的组合。
在特定的实施方式中，也可在单个实施方式中组合并实现在单独实施方式的上下文中在本文所述的某些特征。相反，也可在多个实施方式中单独地或在任何适当的子组合中实现在单个实施方式的上下文中所述的各种特征。而且，虽然特征可以在上面被描述为在某些组合中起作用且甚至最初以那种方式被主张，来自所主张的组合的一个或多个特征可在一些情况下从该组合删除，且所主张的组合可以涉及子组合或子组合的变形。
虽然操作可在附图中被描绘为以特定的顺序出现，但这不应被理解为要求这样的操作以所示的特定顺序或以连续的顺序被执行，或所有操作都被执行。此外，附图可以流程图或序列图的形式示意性描绘一个或多个示例过程或方法。然而，未被描绘的其它操作可合并在示意性示出的示例过程或方法中。例如，可在所示操作中的任一个之前、之后、与所示操作中的任一个同时或在所示操作中的任一个之间执行一个或多个附加操作。而且，在适当情况下，在图中描绘的一个或多个操作可重复。另外，图中描绘的操作可以以任何适当的顺序执行。此外，虽然特定的部件、设备或系统在本文被描述为执行特定的操作，任何适当部件、设备或系统的任何适当组合可用于执行任何适当的操作或操作的组合。在某些情况下，可执行多任务处理或并行处理操作。而且，在本文所述的实施方式中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这样的分离，以及应理解，所述程序部件和系统可一起集成在单个软件产品中或封装在多个软件产品内。
结合附图描述了各种实施方式。然而应理解，附图可以不一定按比例绘制。作为例子，在附图中描绘的距离或角度是示意性的，且可能不一定具有与所示设备的实际尺寸或布局的确切关系。
本公开的范围包括本领域中的普通技术人员将理解的对在本文所述或所示的示例实施方式的所有变化、替换、变形、变更和修改。本公开的范围不限于本文所述或所示的示例实施方式。而且，虽然本公开在本文将相应的实施方式描绘或显示为包括特定的部件、元件、功能、操作或步骤，这些实施方式中的任一个可包括本领域中的普通技术人员将理解的在本文任何地方所述或所示的部件、元件、功能、操作或步骤中的任一个的任何组合或置换。
如在本文使用的术语“或”应被解释为包括性的或意指任一个或任何组合，除非明确地指示相反的情况或按照上下文指示相反的情况。因此，在本文中，表达“a或b”意指“a、b或a和b”。作为另一例子，在本文中，“a、b或c”意指下列项中的至少一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c。如果元件、设备、步骤或操作的组合在某个方面是内在地相互排他的，对这个定义的例外将出现。
如在本文使用的，近似的词没有限制地例如“近似”、“基本上”或“大约”指一种条件：其当被这样修饰时被理解为不一定是绝对的或完美的但将被考虑为足够接近于本领域中的普通技术人员以保证将该条件指定为存在。该描述可改变的程度将取决于多大的变化可被制定且仍然使本领域中的普通技术人员将所修饰的特征认定为具有未修饰的特征的所需特性或能力。通常，但受限于前面的讨论，由近似的词(例如“大约”)修饰的在本文的数值可从规定值改变±0.5％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±10％、±12％或±15％。
如在本文使用的，术语“第一”、“第二”、“第三”等可用作它们居先的名词的标记，且这些术语可以不一定暗示特定的排序(例如特定的空间、时间或逻辑排序)。作为例子，系统可被描述为确定“第一结果”和“第二结果”，且术语“第一”和“第二”可以不一定暗示第一结果在第二结果之前被确定。
如在本文使用的，术语“基于”和“至少部分地基于”可用于描述或提出影响确定的一个或多个因素，且这些术语可以不排除可能影响确定的额外的因素。确定可以只基于被提出的那些因素或可至少部分地基于那些因素。短语“基于b来确定a”指示b是影响a的确定的因素。在一些实例中，其它因素也可促进a的确定。在其它实例中，可以只基于b来确定a。