激光发射系统和激光雷达的制作方法

1.本技术涉及雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光发射系统和激光雷达。


背景技术：

2.现有的激光雷达中采用单个的激光器，在使用时，激光器需要保持较高的功率，以保证光束亮度达到要求，从而保证探测效果。但这会对单一的激光器造成较大负荷，雷达的使用寿命较短。


技术实现要素：

3.本技术的目的包括提供一种激光发射系统和激光雷达，其具有较长的使用寿命。
4.本技术的实施例可以这样实现：
5.第一方面，本技术提供一种激光发射系统，包括第一发射单元、第二发射单元、半波带片以及偏振合束器，第一发射单元用于形成投射到偏振合束器的第一偏振光束，第二发射单元用于形成投射到偏振合束器的第二偏振光束，半波带片设置于第一偏振光束的路径中，以将第一偏振光束的偏振面调整为垂直于第二偏振光束的偏振面，偏振合束器用于将第一偏振光束和第二偏振光束合束以形成发射光束。
6.在可选的实施方式中，激光发射系统还包括准直组件，准直组件用于使发射光束形成为准直光。
7.在可选的实施方式中，准直组件包括第一发射透镜、第二发射透镜以及准直透镜，第一发射透镜设置于第一偏振光束的路径中，用于对第一偏振光束进行收束；第二发射透镜设置于第二偏振光束的路径中，用于对第二偏振光束进行收束；准直透镜设置于发射光束的路径中，用于对发射光束进行准直。
8.在可选的实施方式中，第一发射透镜设置于半波带片与第一发射单元之间的光路上。
9.在可选的实施方式中，第一发射透镜为快轴准直器。
10.在可选的实施方式中，激光发射系统还包括第一反射镜，第一反射镜设置于第一偏振光束或者第二偏振光束的路径中，以改变第一偏振光束或第二偏振光束的方向。
11.在可选的实施方式中，第一反射镜设置于半波带片与偏振合束器之间的管路上。
12.在可选的实施方式中，第一发射单元与第二发射单元的出射方向平行，第一反射镜用于将第一偏振光束的方向改变90
°
，以使第一偏振光束和第二偏振光束相互垂直地汇合于偏振合束器。
13.在可选的实施方式中，第一偏振光束在到达偏振合束器时的发散角与第二偏振光束在到达偏振合束器时的发散角相等。
14.第二方面，本技术提供一种激光雷达，包括接收装置以及前述实施方式中任一项的激光发射系统，接收装置用于接收发射光束在照射到目标物后的反射光。
15.在可选的实施方式中，激光雷达还包括扫描单元和转镜，扫描单元和转镜分别用
于在两个相互垂直的方向上调整发射光束的空间取向。
16.本技术实施例的有益效果包括：
17.本技术提供的激光发射系统包括第一发射单元、第二发射单元、半波带片以及偏振合束器，第一发射单元用于形成投射到偏振合束器的第一偏振光束，第二发射单元用于形成投射到偏振合束器的第二偏振光束，半波带片设置于第一偏振光束的路径中，以将第一偏振光束的偏振面调整为垂直于第二偏振光束的偏振面，偏振合束器用于将第一偏振光束和第二偏振光束合束以形成发射光束。本技术实施例的激光发射系统中使用了两个发射单元，分别形成第一偏振光束和第二偏振光束，半波带片能够将第一偏振光束的偏振面调整为垂直于第二偏振光束的偏振面。因此，偏振合束器能够将偏振面相互垂直的第一偏振光束和第二偏振光束合束以形成发射光束，发射光束为非偏振光束，并且发射光束的亮度是第一偏振光束和第二偏振光束之和。因此，即便第一发射单元和第二发射单元以较低的功率工作，也可以得到亮度较高的发射光束，保证探测效果。因此，第一发射单元和第二发射单元的使用寿命可以得到延长。或者，第一发射单元和第二发射单元可以交替发光，也能够提高各自的使用寿命。
18.本技术实施例提供的激光雷达包括了接收装置以及上述的激光发射系统，因此也具有使用寿命长的特点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
20.图1为本技术一种实施例中激光发射系统的示意图；
21.图2为本技术另一种实施例中激光发射系统的示意图；
22.图3为本技术一种实施例中激光雷达的示意图。
23.图标：010-激光雷达；100-激光发射系统；101-发射光束；110-第一发射单元；111-第一偏振光束；120-第二发射单元；121-第二偏振光束；131-第一发射透镜；132-第二发射透镜；133-准直透镜；140-半波带片；150-偏振合束器；160-第一反射镜；200-接收装置；210-反射光束；300-扫描单元；400-转镜；500-第二反射镜；510-第三反射镜。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
28.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互结合。
30.图1为本技术一种实施例中激光发射系统100的示意图。如图1所示，本实施例提供了一种激光发射系统100，包括第一发射单元110、第二发射单元120、准直组件、半波带片140以及偏振合束器150(pbc)。第一发射单元110用于形成投射到偏振合束器150的第一偏振光束111，第二发射单元120用于形成投射到偏振合束器150的第二偏振光束121。半波带片140设置于第一偏振光束111的路径中，以将第一偏振光束111的偏振面调整为垂直于第二偏振光束121的偏振面，偏振合束器150用于将第一偏振光束111和第二偏振光束121合束以形成发射光束101。应理解，图1中器件可以在同一平面内，使得各个光束处于同一平面。
31.在本实施例中，第一发射单元110和第二发射单元120可以是具有多个发光通道的发射阵列，第一发射单元110和第二发射单元120的发射阵列的排布方式应保持一致。第一发射单元110和第二发射单元120具体可以是垂直腔面发射激光器(vcsel)或者边缘发射激光器(eel)。第一发射单元110与第二发射单元120发出单色线性偏振光。在本实施例中，可以令第一发射单元110和第二发射单元120的出射光发散角相同，进一步的，使第一发射单元110与偏振合束器150之间的光路长度等同于第二发射单元120与偏振合束器150之间的光路长度。这样可以使得投射到偏振合束器150的光斑大小相同，第一偏振光束111在到达偏振合束器150时的发散角与第二偏振光束121在到达偏振合束器150时的发散角相等。从偏振合束器150出射的两个光束(已汇合成发射光束101)的发散角一致，有利于发射光线的准直。因此，第一发射单元110与第二发射单元120可以使用同一型号的激光器。
32.进一步的，可以令第一发射单元110和第二发射单元120的出射光的偏振面平行(或处于同一平面)。第一偏振光束111会穿过半波带片140，半波带片140能够将第一偏振光束111的偏振面翻转90
°
，从而与第二偏振光束121的偏振面垂直。
33.偏振合束器150包括一个薄膜偏振片，薄膜偏振片的特点是可令一个设定的偏振方向的偏振光几乎完全通过，而与之垂直的另一个偏振方向的偏振光则几乎无法通过，会被反射。在本实施例中，第一偏振光束111和第二偏振光束121在投射到偏振合束器150之前偏振面相互垂直，薄膜偏振片与第一偏振光束111和第二偏振光束121分别呈45
°
角。由于第一偏振光束111和第二偏振光束121的偏振面相互垂直，通过将薄膜偏振片的偏振化方向设置为与第一偏振光束111的偏振方向垂直，并与第二偏振光束121的偏振面平行，就能够令第一偏振光束111被偏振合束器150完全反射，令第二偏振光束121完全通过偏振合束器150，如此就能把两束不同方向传来的偏振光束的传播方向变为相同并汇合在一起，形成发射光束101。
34.通过使第一发射单元110与偏振合束器150之间的光路长度等同于第二发射单元
120与偏振合束器150之间的光路长度，还可以使第一偏振光束111和第二偏振光束121投射到偏振合束器150的光斑大小一致，有利于发射光束101的均匀性。
35.在本实施例中，激光发射系统100还包括准直组件，准直组件用于使发射光束101形成为准直光。准直组件包括第一发射透镜131、第二发射透镜132以及准直透镜133，第一发射透镜131设置于第一偏振光束111的路径中，用于对第一偏振光束111进行收束；第二发射透镜132设置于第二偏振光束121的路径中，用于对第二偏振光束121进行收束；准直透镜133设置于发射光束101的路径中，用于对发射光束101进行准直匀光。最终经过准直透镜133的发射光束101变为准直光。
36.在本实施例中，第一发射透镜131设置于半波带片140与第一发射单元110之间的光路上。第一发射透镜131具有收束的作用，因此将第一发射透镜131设置在半波带片140上游，有利于减小半波带片140的尺寸。第一发射透镜131可选为快轴准直器(fac)或者慢轴准直器(sac)，在本实施例中，第一发射透镜131可选为快轴准直器(fac)。由于快轴准直器发散角较大，因此其在整个准直组件中靠上游设置，能够减小后续器件(如半波带片140和偏振合束器150)的尺寸。第二发射透镜132可与第一发射透镜131具备同样的参数。
37.应当理解，在可选的其他实施例中，准直组件可以仅包含准直透镜133，使得光束在到达准直透镜133之间均未进行收束准直；或者，准直组件也可以仅包含第一发射透镜131和第二发射透镜132，第一偏振光束111在经过第一发射透镜131后变为准直光，第二偏振光束121在经过第二发射透镜132后变为准直光。
38.本实施例的激光发射系统100的工作原理为：第二偏振光束121经第二发射透镜132收束，第一偏振光束111经第一发射透镜131收束且经过半波带片140改变偏振方向后，与上述第二偏振光束121同经偏振合束器150合束，最终经发射透镜，出射均匀平行光。
39.可选的，激光发射系统100还可以包括第一反射镜160，第一反射镜160设置于第一偏振光束111或者第二偏振光束121的路径中，以改变第一偏振光束111或第二偏振光束121的方向。图2为本技术另一种实施例中激光发射系统100的示意图。图2实施例在图1实施例的基础上增加了第一反射镜160，第一反射镜160设置于第一偏振光束111的路径中，以改变第一偏振光束111的光线出射方向。本实施例中，第一反射镜160设置于半波带片140与偏振合束器150之间的管路上，第一发射单元110与第二发射单元120的出射方向平行，第一反射镜160用于将第一偏振光束111的光线出射方向改变90
°
，以使第一偏振光束111和第二偏振光束121相互垂直地汇合于偏振合束器150。第一反射镜160的水平中心与半波带片140、第一发射透镜131、第一发射单元110齐平；第一反射镜160的垂直中心应与偏振合束器150的中心齐平。
40.当然，在可选的其他实施例中，激光发射系统100可以包括多个第一反射镜160，用于形成所需要的光路。
41.本技术上述实施例提供的激光发射系统100可应用于激光雷达010中。图3为本技术一种实施例中激光雷达010的示意图。如图3所示，本技术实施例提供的激光雷达010，包括接收装置200以及前述实施例的激光发射系统100，接收装置200用于接收发射光束101在照射到目标物后的反射光。
42.进一步的，激光雷达010还包括扫描单元300、转镜400、第二反射镜500和第三反射镜510。扫描单元300和转镜400分别用于在两个相互垂直的方向上调整发射光束101的空间
取向，以实现发射光束101在空间中进行扫描。第二反射镜500和第三反射镜510用于改变发射光束101的方向。图3可看作是激光雷达010的侧视图，激光发射系统100与第二反射镜500在同一水平，接收装置200、第三反射镜510和扫描单元300在同一水平并处于激光发射系统100与第二反射镜500的上方，转镜400位于扫描单元300的前侧(垂直于图3的展示平面向内的一侧)。其中，扫描单元300可以反射光线，光束在被扫描单元300反射后会经过转镜400，扫描单元300可在第一驱动件(图中未示出)的驱动下沿轴线l1转动，从而使发射光束101在竖直方向上扫描。而转镜400为多棱镜，其可在第二驱动件的驱动下沿轴线l2转动，从而实现水平扫描。
43.本实施例中，如此使得第三反射镜510既能够反射发射光束101，又能够透过反射光束210。第三反射镜510的倾斜角度应与第二反射镜500一致，即两者平行，第三反射镜510靠近第二反射镜500的一面应包含反射面，反射面大小与第二反射镜500大小一致，其余部分为透射面；靠近接收装置200的一面全为透射面，大小应能够完全覆盖接收装置200的有效口径。
44.应当理解，本技术实施例提供的激光雷达010的各个部件的布局方式可以根据需要进行调整，并且，可以根据激光雷达010的具体结构、尺寸来选择使用图1或图2的激光发射系统100的方法。
45.综上所述，本技术提供的激光发射系统100包括第一发射单元110、第二发射单元120、半波带片140以及偏振合束器150，第一发射单元110用于形成投射到偏振合束器150的第一偏振光束111，第二发射单元120用于形成投射到偏振合束器150的第二偏振光束121，半波带片140设置于第一偏振光束111的路径中，以将第一偏振光束111的偏振面调整为垂直于第二偏振光束121的偏振面，偏振合束器150用于将第一偏振光束111和第二偏振光束121合束以形成发射光束101。本技术实施例的激光发射系统100中使用了两个发射单元，分别形成第一偏振光束111和第二偏振光束121，半波带片140能够将第一偏振光束111的偏振面调整为垂直于第二偏振光束121的偏振面。因此，偏振合束器150能够将偏振面相互垂直的第一偏振光束111和第二偏振光束121合束以形成发射光束101，发射光束101为非偏振光束，并且发射光束101的亮度是第一偏振光束111和第二偏振光束121之和。因此，即便第一发射单元110和第二发射单元120以较低的功率工作，也可以得到亮度较高的发射光束101，保证探测效果。因此，第一发射单元110和第二发射单元120的使用寿命可以得到延长。或者，第一发射单元110和第二发射单元120可以交替发光，也能够降低发射单元的使用重频，提高各自的使用寿命。
46.本技术实施例提供的激光雷达010包括了接收装置200以及上述的激光发射系统100，因此也具有使用寿命长的特点。
47.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。