一种激光雷达发射装置及激光雷达的制作方法

本实用新型涉及激光雷达领域，具体涉及一种用于激光雷达的发射装置及激光雷达。

背景技术：

面向无人驾驶领域的车载激光雷达要求大视场、高分辨率、高扫描帧率，对于脉冲式的扫描激光雷达，在不牺牲扫描帧率的前提下，增大分辨率，需要提高激光发射重复频率，也就是说尽可能缩短相邻两个光脉冲间隔时间。特别是对于半导体激光器等一些类型的光发射器，由于发热等问题，难以在保持稳定大功率输出的同时达到1Mhz以上的重复频率，这在一定程度上限制了雷达扫描分辨率的进一步提升。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种激光雷达发射装置，能够有效地增大发射激光的重复频率，提高激光雷达系统的扫描分辨率。

本实用新型其技术问题通过以下技术方案实现：

提供了一种激光雷达发射装置，包括：

激光发射单元，包括2^N-M个激光发射子单元，用于产生2^N-M路激光，N为正整数。

进一步地，所述2^N-M个激光发射子单元为2^N-M个发射波长相同的激光器；

进一步的，所述2^N-M个激光发射子单元还包括2^N-M个驱动电路。

光纤耦合单元，包括2^N-M个光纤耦合子单元，分别对应并连接所述2^N-M个激光发射子单元，用于将激光发射单元的输出耦合进光纤。

光合束单元，包括不少于2^N-M-1个光合束子单元，每个光合束子单元包括两个输入端和一个输出端，且工作波长和所述发射单元所用激光器的波长一致。

进一步地，所述不少于2^N-M-1个光合束子单元，作为所述光纤耦合单元的后及光路，共分为N级，第n级数量不少于L个，L＝2^n-1-[(M+2^N-n)/2^N-n+1]，其中n为不大于N的正整数，符号[]代表取整，采用逐级连接的方式，用于将已经耦合进光纤的所述2^N-M路激光进一步耦合成为一路激光；

进一步地，所述逐级连接的方式为：所述第n+1级的光合束子单元，按顺序每两个一组，其输出与所述第n级的光合束子单元的输入按顺序连接。

可选的，所述激光雷达发射装置还包括：

准直单元，与所述光合束单元的输出端连接，用于将光纤内的激光准直输出成为空间光束。

扫描单元，位于准直单元后端，用于在二维方向上改变所述空间光束的出射角度。

进一步地，所述扫描单元包括MEMS振镜。

控制单元，用于对所述2^N-M个激光发射子单元进行时序控制以及对扫描单元的控制。

进一步地，控制单元通过时序控制的方式驱动所述2^N-M路激光发射子单元按顺序依次发光。

按照光传输过程，整套装置的工作流程为：首先将来自2^N-M路发射子单元的激光分别耦合进2^N-M路光纤中，再通过逐级合束的方式，经过N级合束后将2^N-M路光纤耦合为一路光纤，进而对该路光纤准直输出，最后经扫描单元改变光束方向后完成光发射过程。

另一方面，在所述装置的基础上，进一步地，所述的控制单元对激光发射单元的具体控制方式为：采用时分复用的思想，控制单元输出2^N-M路控制信号，分别用于控制对应2^N-M路激光发射子单元的驱动电路，同时第i+1路驱动信号较第i路信号在时间上有一定延时时间τ，且延迟时间τ应该不小于第i路激光发射单元输出的激光脉冲的脉宽T。通过所述控制方式能够实现在第1级的光合束子单元输出端得到高重频的光脉冲，即提高了发射重频。

进一步地，若所述2^N-M路激光发射子单元的激光器特性一致、且每路均以相同的脉宽、相同的固定重复频率驱动，则当N值较小情况下，输出的光发射重频是每路的2^N-M倍。

进一步地，本实用新型还提供了一种激光雷达，其特征在于包括上述所述的任意一项激光雷达发射装置。

本实用新型的优点和有益效果为：

1.采用多个激光发射单元，利用时分复用的方式，极大的提高了脉冲式激光雷达的发射重频，提高了雷达的扫描分辨率。

2.对多个光源用多级光合束的形式耦合至一路输出，一方面能获得较高的耦合效率，同时也不会对准直和扫描过程带来影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型一种激光雷法发射装置的结构示意框图；

图2为本实用新型一种激光雷法发射装置单元实例示意图；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图1示出了本实用新型实施例提供的激光雷达发射装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的一种激光雷达发射装置，包括：激光发射单元101、光纤耦合单元102、光合束单元103、准直单元104、扫描单元105和控制单元106。

激光发射单元101，共包括2^N-M个激光发射子单元102，对应2^N-M组激光器及驱动电路，用于产生特定时序的激光脉冲，本行业人员可以容易想到用2^N-M路相同的激光器及驱动电路；鉴于后级的耦合光纤具有波长选择性，因此建议本行业人员选用波长一致的激光器，以保证较高的光传输效率。

光纤耦合单元103，共包括2^N-M个光纤耦合子单元104，目的是为了将每个激光发射子单元101的输出激光能量耦合进入特定的光纤中，便于后续的光纤耦合；该单元的具体实施例选择取决于所采用的激光发射子单元102中激光器特征，包括激光器种类、波长、模式等；具体的，每个光纤耦合子单元104的实施例一般选用光纤耦合器，其具体结构是封装在金属套筒中的单片或一组聚焦透镜，亦或是一个渐变折射率的自聚焦格林透镜，耦合光纤端面位于透镜焦点位置，且与透镜组共轴，本行业人员可以容易想到结合激光发射子单元102特点，独立设计光纤耦合子单元104，以优化能量耦合效率。

光合束单元105，该单元共包括至少2^N-M-1个相同的光合束子单元106，共分为N级，第n级数量不少于L个，L＝2^n-1-[(M+2^N-n)/2^N-n+1]，其中n为不大于N的正整数，符号[]代表取整，每个光合束子单元要求具有两个输入端口和一个输出端口，用于将该光合数子单元106对应的上一级的两个光合束子单元输出进一步耦合为一路输出，实现逐级连接。值得注意的是，为了能够明确表述第n级的光合束子单元数量，在图1中级数n值的大小从左至右呈依次减小，即光合束单元的最左边一列为第N级，最右边为第1级。具体的，每个光合束子单元106应选用光纤耦合器件，值得注意的是，该光纤耦合器件应区别于所述光纤耦合单元103实施例采用的光纤耦合器，此器件作用是将多路光纤进行耦合，得到一路合束或特定能量比的多路分束输出，其具体光耦合方式根据光束模式、偏振特点，包括熔融耦合、偏振耦合等，但不限于所述的几种形式；同时要求光纤耦合器件至少包括两个输入端和一个输出端。

准直单元107，用于对第1级光纤输出的光束进行空间准直，本行业人员很容易想到利用单片透镜或多片透镜组成的透镜组实现，并根据光纤合光束的特征优化镜组参数，达到合适的准直效果。

扫描单元108，包括MEMS振镜及驱动电路，原则上，所述准直单元107镜组的光轴应该与MEMS振镜的镜面中心始终位于统一直线上，本行业人员可自行设计MEMS振镜的空间位置，及扫描形式，以得到任意的扫描视场特征。

控制单元109，用于产生控制2^N-M路激光发射子单元102的特定时序信号，以及扫描单元108的驱动信号；本行业人员很容易想到通过时分复用的形式，控制2^N-M路激光发射子单元依次发射激光，进而利用本专利提出的装置，提高发射激光的重频。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种激光雷达发射装置的单元实例图。

本实施例中，激光发射单元201共包括8个完全相同的激光发射子单元202，每个激光发射子单元202的激光器部分选用一个半导体激光管(LD)。相应地，光纤耦合单元203包括8个光纤耦合子单元，选用光纤耦合器实现，实际上，本实施例中，每个激光发射子单元中的LD与对应的光纤耦合子单元通过封装工艺，共同构成一个光纤耦合的LD，便于使用。光合束单元205包括7个光合束子单元206，每个光合束子单元206选用一个输出能量比为99:1的2×2光纤耦合器，这里将99％能量输出端成为信号端，另一端为参考端；选择参考端作为光合束子单元206的输出端，以保证最小的光功率损耗，同时每个光纤耦合器之间可通过标准接口连接，或熔接。准直单元207在本实施例中选用一个单透镜光纤准直器实现光束的准直输出。扫描单元在实施例中采用二维MEMS振镜实现，振镜的镜面尺寸不小于准直单元207输出光束在振镜位置的光斑直径。在本实施例中，本行业人员可以轻易想到控制单元209选用一个主芯片为FPGA的控制电路板。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。