双微环谐振腔型半导体激光器的线性度校正系统

本发明涉及激光器校正，特别涉及一种双微环谐振腔型半导体激光器的线性度校正系统。

背景技术：

1、调频连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)激光雷达采用相干探测而非直接探测的方式，其通过时域上的激光调频，检测发射与回波信号的拍频信号，完成目标距离和速度的同时探测。与传统的飞行时间(tof)激光雷达相比调频连续波激光雷达具有更强的抗环境干扰能力以及能实现更远距离探测等优点，受到了产业界与学术界广泛的关注。

2、未来激光雷达的硅基集成化是必然趋势，因此激光雷达光源中的调频连续波激光器必然往硅光集成的方向继续前进，激光雷达的集成小型化必然少不了集成的微型激光器。双微环谐振腔型半导体激光器是采用硅光集成技术制造的一种激光器，具有体积小、可调谐范围大等特点，其调谐方式主要受到微环调制器和移相器控制。通过将采用硅光集成技术制造的双微环谐振腔型半导体激光器与整个fmcw调频连续波系统进行集成，将大大减少现有激光雷达系统的成本与体积。然而，调频连续波激光雷达系统产生的线性调频信号通常并非是完全线性的，从而使得调频连续波产生的非线性信号会对拍频信号的频谱带严重的展宽，并影响到最终的测距精度。

3、若激光器存在非线性效应将会导致激光雷达整体精度与分辨率降低，对应用在fmcw激光雷达领域的双微环谐振腔型半导体激光器来说，对其加载线性驱动，其输出也不是线性输出，而是具有非线性的频率输出，因此如何解决双微环谐振腔型半导体激光器本身固有的非线性是当前业界研究的重点。

技术实现思路

1、本发明提供一种双微环谐振腔型半导体激光器的线性度校正系统，解决现有技术中双微环谐振腔型半导体激光器在大范围扫频的情况下，由于激光器非线性问题所带来的fmcw激光雷达测量得到的频谱难以分辨、目标位置无法识别等问题。

2、本发明实施例提供一种双微环谐振腔型半导体激光器的线性度校正系统，所述双微环谐振腔型半导体激光器包括第一微环谐振器、第二微环谐振器、移相器，线性度校正系统包括：

3、温度控制器，所述温度控制器与双微环谐振腔型半导体激光器连接，用于恒定所述双微环谐振腔型半导体激光器的温度，以使所述双微环谐振腔型半导体激光器的输出波长不跳模；

4、发射光路，所述发射光路的输入端与所述双微环谐振腔型半导体激光器连接，用于生成两路光信号，其中第一路光信号发送至激光雷达发射端，第二路光信号发送至非等臂的mzi(mach-zehnder interferometer，马赫曾德尔干涉仪)结构；

5、所述非等臂的mzi结构，用于将接收到的光信号经过不同延时后进行混频生成拍频后的光信号；

6、平衡光电探测器，所述平衡光电探测器的输入端与所述非等臂的mzi结构的输出端连接，用于将所述拍频后的光信号转换为拍频后的电信号；

7、数据处理模块，用于通过对所述拍频后的电信号进行模数转换后，计算所述拍频后的光信号的频率和相位，根据所述频率和相位计算所述双微环谐振腔型半导体激光器的输出光信号的啁啾频率和线性度，进而计算期望线性调频连续波频率直线，计算理想调频与实际调频曲线之间的误差值，根据误差值在预设范围比例的尺度变换后和实际的调频曲线相叠加，生成预失真波形；

8、比例放大电路，所述比例放大电路的输入端与所述数据处理模块的输出端连接，三个输出端分别与所述双微环谐振腔型半导体激光器的第一微环谐振器、第二微环谐振器、移相器连接，用于按照设定比例对所述预失真波形进行放大，得到三个输出电压，并将三个输出电压分别施加至所述双微环谐振腔型半导体激光器的第一微环谐振器、第二微环谐振器、移相器上，使得第一微环谐振器和第二微环谐振器形成具有游标效应的滤波结构，通过调节移相器、第一微环谐振器和第二微环谐振器实现与具有游标效应的谐振波长对准，进行选模，生成调频线性连续三角波频率信号。

9、在本发明的一个实施例中，所述发射光路包括：

10、光隔离器，所述光隔离器的输入端与所述双微环谐振腔型半导体激光器的输出端连接；

11、第一光分束器，所述第一光分束器的输入端与所述光隔离器的输出端连接，第一输出端为激光雷达发射端，所述第一光分束器用于将所述双微环谐振腔型半导体激光器发出的激光进行分束。

12、在本发明的一个实施例中，所述非等臂的mzi结构包括：

13、第二光分束器，所述第二光分束器接收所述第一光分束器的第二路光信号，用于将接受的光信号分成两路光信号；

14、第一光衰减器，所述第一光衰减器的输入端接收所述第二光分束器的第一路光信号；

15、延时线，所述延时线的输入端接收所述第二光分束器的第二路光信号，用于对所述第二路光信号施加延时；

16、所述第二光衰减器，所述第二光衰减器的输入端与所述延时线的输出端连接，用于接收延时后的第二路光信号；

17、光混频器，所述光混频器的第一输入端与所述第一光衰减器的输出端连接，第二输入端与所述第二光衰减器的输出端连接，输出端与所述平衡光电探测器的输入端连接，通过共同调整所述第一光衰减器与所述第二光衰减器使得两路输出光的光强度匹配，并对两路光信号进行混频生成拍频后的光信号。

18、在本发明的一个实施例中，所述数据处理模块包括：

19、模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述平衡光电探测器的输出端连接，用于将拍频后的电信号转换为数字信号；

20、数据处理单元，所述数据处理单元的输入端与所述模数转换器的输出端连接，用于对拍频数字信号进行希尔伯特变换，得到变换后的复信号，并根据希尔伯特变换具有90度相移滤波器的特点，利用所述复信号的虚部与实部的商，得到拍频数字信号的相位变化曲线，利用相位变化曲线与调频连续波的原始啁啾频率曲线的常数比例关系，根据相位变化曲线计算得到所述双微环谐振腔型半导体激光器的啁啾频率曲线，并通过啁啾频率曲线计算相对应的期望线性调频连续波频率直线，根据得到的实际调频曲线与理想线性的调频连续波频率之间的关系计算得到所述双微环谐振腔型半导体激光器发射信号的调频非线性度，并计算得到理想调频与实际调频曲线之间的误差值，根据误差值在预设范围比例的尺度变换后和实际的调频曲线相叠加，生成所述预失真波形；

21、数模转换器，所述数模转换器的输入端与所述数据处理单元的输出端连接，输出端与所述比例放大电路的输入端连接，用于将所述数据处理单元的数字信号转换为电信号，输出至所述比例放大电路。

22、本发明实施例的双微环谐振腔型半导体激光器的线性度校正系统，双微环谐振腔型半导体激光器内部集成双微环调制器和移相器，在初始阶段，通过标准三角波调制信号驱动双微环谐振腔型半导体激光器，由于双微环谐振腔型半导体激光器的非线性输出非线性频率信号，通过对双微环谐振腔型半导体激光器输出的非线性频率信号进行校正得到预失真波形，对预失真波形按比例进行放大后输出三路驱动信号施加至双微环谐振腔型半导体激光器内部集成的双微环调制器和移相器上进行驱动，再对双微环谐振腔型半导体激光器输出的非线性频率信号进行校正，通过多轮校正，双微环谐振腔型半导体激光器输出调频线性连续三角波频率信号，完成双微环谐振腔型半导体激光器线性度校正。可以用于高精度的激光测距，并能有效解决双微环谐振腔型半导体激光器在大范围扫频下具有的调频非线性问题，降低了由于激光器本身所带来的测量误差。

23、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。