免调制的相干激光雷达及设备的制作方法

本公开涉及雷达，尤其涉及一种免调制的相干激光雷达及设备。

背景技术：

1、激光雷达对无人驾驶、光学传感、工程动力学监控等各个领域有着重要意义，而相干激光雷达体制具有成像精度高的优点。

2、相干激光雷达的分辨率受激光信号带宽的影响，因此高分辨率的相干激光雷达依赖大带宽的微波信号，或者需要借助于高速直调激光器或外调制器等来进行带宽调制。这样增加了调制器件的成本，大带宽的微波信号通常需要复杂的电路进行生成，例如有的需要多级锁相元件结合隔离器件、放大器件和滤波器件等来通过复杂的电路设计来实现。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开的实施例提供了一种免调制的相干激光雷达及设备。

2、第一方面，本公开的实施例提供了一种免调制的相干激光雷达。上述相干激光雷达包括：免调制激光源模块。上述免调制激光源模块包括光频梳激光源，与上述光频梳激光源的输出端连接的色散模块。上述光频梳激光源用于产生周期性光脉冲序列；上述色散模块用于对输入光信号进行时域展宽处理；上述免调制激光源模块用于输出啁啾光信号形式的激光信号。

3、根据本公开的实施例，上述相干激光雷达还包括：整形模块。在一些实施例中，上述整形模块连接于上述光频梳激光源的输出端和上述色散模块的输入端之间，上述整形模块用于将上述周期性光脉冲序列的谱整形成频域方波信号；上述色散模块的输入光信号为频域呈方波的整形后周期性光脉冲序列，上述色散模块输出时域包络呈方波函数的啁啾光信号，所述色散模块的输出端作为所述免调制激光源模块的输出端；或者，

4、另一些实施例中，上述整形模块的输入端与上述色散模块的输出端连接，上述整形模块的输出端作为上述免调制激光源模块的输出端；上述色散模块的输入光信号为上述周期性光脉冲序列；上述整形模块用于对上述色散模块进行时域展宽处理后的输出光信号进行整形处理，得到时域包络呈方波函数的啁啾光信号。

5、在一些实施例中，相干激光雷达还包括：光分束器、光学发射单元、光学接收单元、光合束器、光电探测器、数字信号采集与处理模块。光分束器与上述免调制激光源模块连接，包括两个输出端。光学发射单元与上述光分束器的一个输出端连接。光合束器的两个输入端分别与上述光学接收单元、上述光分束器的另一个输出端连接。光电探测器与上述光合束器的输出端连接。数字信号采集与处理模块与上述光电探测器的输出端连接，用于将上述光电探测器输出的光电流信号转换成数字信号并进行数字信号处理，得到目标的距离信息和反射强度信息。

6、在一些实施例中，上述光分束器用于将上述啁啾光信号按照预设功率比分为两路；其中一路啁啾光信号通过上述光学发射单元进行辐射；另一路啁啾光信号作为参考啁啾光信号输入至上述光合束器中；辐射的啁啾光信号和参考啁啾光信号之间的预设功率比的取值范围介于1:99～20:80之间。

7、在一些实施例中，相干激光雷达还包括：光滤波器。光滤波器连接于上述光学接收单元和上述光合束器之间，用于对上述光学接收单元接收的回波啁啾光信号进行滤波处理。上述光合束器对滤波后的回波啁啾光信号和上述参考啁啾光信号进行耦合处理，输出耦合光电场。

8、在一些实施例中，上述光合束器输出的耦合光电场的表达式为：

9、etotal(t)＝αloss1emll(t)+αloss2γemll(t+δt)，

10、其中，etotal(t)表示耦合光电场，t表示时间，emll(t)表示参考啁啾光信号的光电场，αloss1表示参考啁啾光信号的传输损耗常数，emll(t+δt)表示回波啁啾光信号的光电场，δt表示激光信号从光学发射单元传输到目标再反射到光学接收单元对应的延时时间，αloss2表示回波啁啾光信号的传输损耗常数；γ表示目标反射系数。

11、在一些实施例中，上述光电探测器输出的光电流信号中的参考啁啾光信号与回波啁啾光信号在重叠时间内的高频振荡项的表达为：

12、

13、其中，i(t)表示参考啁啾光信号与回波啁啾光信号在重叠时间内的高频振荡项，γ表示目标反射系数，δt表示激光信号从光学发射单元传输到目标再反射到光学接收单元对应的延时时间，φ表示色散模块的色散系数。

14、在一些实施例中，上述啁啾光信号为一个线性调频率与色散模块的色散系数负相关、带宽为色散模块的输入光信号的光谱宽、时域包络形状与输入光信号的光谱形状一致的光信号，上述啁啾光信号的光电场的表达式如下：

15、

16、其中，emll(t)表示啁啾光信号的光电场，x(jω)为上述色散模块的输入光信号的光谱，jω为复频域，j为复数，ω为频率，t为时间，amll为光频梳激光源输出的周期性光脉冲序列的振幅常数项，ω0为周期性光脉冲序列的中心频率，即光载波频率，φ为色散模块的色散系数。

17、在一些实施例中，上述数字信号处理包括数字滤波处理和快速傅里叶变换；上述整形模块为可编程光滤波器或触发器，上述触发器为单稳态触发器或施密特触发器；上述色散模块为色散元件。

18、第二方面，本公开的实施例提供了一种支持目标探测的设备。上述设备包括如上所述的相干激光雷达。

19、在一些实施例中，上述设备为以下中的一种：车辆、飞行器、智能机器人。

20、本公开实施例提供的上述技术方案至少具有如下优点的部分或全部：

21、上述相干激光雷达中，通过在免调制激光源模块中设置光频梳激光源和色散模块，光频梳激光源产生窄时宽的周期性光脉冲序列(也可以描述为周期性光脉冲串)，基于色散模块的色散作用，对输入光信号实现时域展宽，得到啁啾光信号，由于不同频率的谱分量在色散模块中传输速度不一样，经过色散作用实现时域展宽的激光信号为一个线性调频率与色散模块的色散系数相关、带宽为色散模块的输入光信号的光谱宽且时域包络形状与上述输入光信号的光谱形状一致的光信号，该啁啾光信号等价于通过宽带线性调频信号调制得到的激光信号；在免调制的情况下产生所需的激光信号，节约调制器件的成本以及能够节约大带宽的微波信号的产生电路的设计和制作成本。

技术特征：

1.一种免调制的相干激光雷达，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的相干激光雷达，其特征在于，还包括：整形模块；

3.根据权利要求2所述的相干激光雷达，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的相干激光雷达，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的相干激光雷达，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求3所述的相干激光雷达，其特征在于，所述光合束器输出的耦合光电场的表达式为：

7.根据权利要求3所述的相干激光雷达，其特征在于，所述光电探测器输出的光电流信号中的参考啁啾光信号与回波啁啾光信号在重叠时间内的高频振荡项的表达为：

8.根据权利要求1-7中任一项所述的相干激光雷达，其特征在于，

9.根据权利要求3所述的相干激光雷达，其特征在于，

10.一种支持目标探测的设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的相干激光雷达。

技术总结
本公开涉及一种免调制的相干激光雷达及设备，上述相干激光雷达包括：免调制激光源模块。上述免调制激光源模块包括光频梳激光源与光频梳激光源连接的色散模块。上述光频梳激光源用于产生周期性光脉冲序列；上述色散模块用于对输入光信号进行时域展宽处理。上述免调制激光源模块用于输出啁啾光信号形式的激光信号，上述啁啾光信号为线性调频率与色散模块的色散系数相关、带宽为色散模块的输入光信号的光谱宽、时域包络形状与输入光信号的光谱形状一致的光信号。在免调制的情况下产生所需的激光信号，节约调制器件的成本以及能够节约大带宽的微波信号的产生电路的设计和制作成本。

技术研发人员：韩少春,王斌
受保护的技术使用者：北京中科科汇半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14