激光雷达及其二维相控阵激光发射单元制造技术

本实用新型专利技术涉及一种激光雷达及其二维相控阵激光发射单元。二维相控阵激光发射单元包括激光分束组件、多个呈矩阵分布的光发射天线及多个相位调节器。通过激光分束组件与多个光发射天线配合，可发出多路激光。而且，通过相位调节器调节多路激光的相位可使多路激光存在固定相位差，从而在远场通过干涉得到辐射方向图，以在特定方向上形成最强的主光束，实现扫描。进一步的，改变多路激光的相位可得到不同的辐射方向图，从而实现全方位的扫描。因此，激光雷达无需机械旋转部件便能实现全方位监测。而且，激光雷达扫描的速率由相位调节的频率决定，故激光雷达的扫描速度也更快。因此，上述激光雷达及其二维相控阵激光发射单元的体积较小且扫描速率更高。

Laser radar and its two dimensional phased array laser emission unit

The utility model relates to a laser radar and a two dimensional phased array laser transmitting unit. The two dimensional phased array laser emission unit consists of a laser beam splitter module, a plurality of optical emission antennas with matrix distribution and a plurality of phase regulators. A multichannel laser can be produced by combining a laser beam splitter with a plurality of optical emission antennas. Moreover, the phase adjustment can adjust the phase of the multi-channel laser to make the multi-channel laser have a fixed phase difference, so that we can get the radiation pattern in the far-field through interference, so as to form the strongest main beam in a specific direction and achieve the scanning. Further, different radiation patterns can be obtained by changing the phase of the multipath laser, so as to achieve omni-directional scanning. Therefore, the laser radar can achieve omni-directional monitoring without the need of mechanical rotating parts. Moreover, the rate of laser radar scanning is determined by the frequency of phase adjustment, so the scanning speed of the laser radar is also faster. Therefore, the above laser radar and its two-dimensional phased array laser emission unit are smaller and the scanning rate is higher.

【技术实现步骤摘要】
激光雷达及其二维相控阵激光发射单元
本技术涉及激光探测
，特别涉及一种激光雷达及其二维相控阵激光发射单元。
技术介绍
激光雷达是一种用激光探测和测距的传感器，其原理与普通声波雷达和声呐类似。即用发射装置向目标发射出激光脉冲，通过接收装置测量返回脉冲的延迟和强度来测量目标的距离与反射率。为实现全方位的监测，雷达需进行360度空间的扫描。传统的雷达一般采用机械驱动的模式，即机械装置带动雷达的发射单元全方位转动，以实现360度扫描。但是，这样的雷达使用笨重的机械装置，使得扫描速率缓慢。而且，机械转动装置一旦故障后很难继续正常使用。与传统的普通雷达类似，目前市场上的激光雷达也使用机械转动的方式进行360度的空间扫描。这就造成了激光雷达与传统雷达一样，产品具有体积大、扫描慢、价格高昂和机械装置故障后难以继续正常使用的缺点，从而不利于大规模使用在消费电子领域。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有激光雷达体积大、扫描慢的问题，提供一种体积较小且扫描速率较高的激光雷达及其二维相控阵激光发射单元。一种二维相控阵激光发射单元，包括：激光分束组件，包括光入射端及多个光出射端，激光光束经所述光入射端入射后分别从所述多个光出射端出射，以得到多路激光；多个用于发射所述多路激光的光发射天线，所述多个光发射天线分别与所述多个光出射端配合，以形成多个相互并联且供所述多路激光传输的激光光路，所述多个光发射天线呈NxM矩阵分布，其中M、N均为大于或等于2的整数；及多个相位调节器，每个所述相位调节器用于调节对应的所述激光光路上的所述多路激光的相位。在其中一个实施例中，所述激光分束组件包括1到N光耦合器及N个1到M光耦合器，其中，所述1到N光耦合器的入射端作为所述光入射端，所述1到M光耦合器的出射端作为所述光出射端，且N个所述1到M光耦合器的入射端分别与所述1到N光耦合器的输出端连通。在其中一个实施例中，所述1到M光耦合器及所述1到N光耦合器为边缘耦合器或光栅耦合器。在其中一个实施例中，所述多个相位调节器分别设置于所述多个激光光路上。在其中一个实施例中，位于所述NxM矩阵同一行或同一列上的所述光发射天线所对应的所述激光光路，由同步的所述相位调节器实现相位调节。在其中一个实施例中，位于所述NxM矩阵同一行或同一列上的所述光发射天线所对应的所述激光光路，由同一个所述相位调节器实现相位调节。在其中一个实施例中，所述光发射天线为光栅耦合器。在其中一个实施例中，所述相位调节器为包括光波导及用于对所述光波导进行加热的微型加热器，所述光波导位于所述激光光路上。在其中一个实施例中，所述相位调节器包括Pn节及用于调节所述Pn节两端电压的电压调节器，所述Pn节位于所述激光光路上。一种激光雷达，其特征在于，包括：如上述优选实施例中任一项所述的二维相控阵激光发射单元；回波接收单元，用于接收所述多路激光在远场干涉形成的辐射主光束经标的物反射所产生的回波信号；及与所述二维相控阵激光发射单元及所述回波接收单元通讯连接的处理器。上述激光雷达及其二维相控阵激光发射单元，通过激光分束组件与多个光发射天线配合，可发出多路激光。而且，通过相位调节器调节可使多路激光存在固定的相位差，从而在远场通过干涉得到辐射方向图，以在特定方向上形成最强的主光束，实现扫描。进一步的，多路激光的相位改变可在远场得到不同的辐射方向图，从而使得最强的主光束的方向实现动态调整，最终实现全方位的扫描。因此，激光雷达无需机械旋转部件便能实现全方位监测，从而有利于减小体积。进一步的，激光雷达扫描的速率由相位调节的频率决定，而不会受到机械旋转部件旋转速度的限制，故激光雷达的扫描速度也更快。因此，上述激光雷达及其二维相控阵激光发射单元的体积较小且扫描速率更高。附图说明图1为本技术较佳实施例中激光雷达的模块示意图；图2为图1所示激光雷达中二维相控阵激光发射单元的结构示意图。具体实施方式为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1，本技术较佳实施例中的激光雷达10包括二维相控阵激光发射单元100、回波接收单元101及处理器102。二维相控阵激光发射单元100用于发出多路激光，激光经标的物反射后可产生回波信号。具体的，相控阵激光发射单元100发出的多路光之间是相干的(频率相同且具有固定相位差)。因此，多路激光在远场干涉后可形成特定的辐射方向图。即在一个特定方向上会形成一束最强的主光束，在其它发射方向上会有较弱的其他次光束。主光束和次光束并不平行，而是具有相应的角度。激光雷达10使用时，所采集的回波信号是该主光束遇到标的物反射后得到的信号。回波接收单元101用于接收回波信号。处理器102对回波信号进行处理分析，从而获得标的物的形状、距离等参数。请一并参阅图2，本技术还提供一种二维相控阵激光发射单元100，包括激光分束组件110、光发射天线120及相位调节器130。激光分束组件110包括光入射端及多个光出射端。激光光束经光入射端入射后分别从多个光出射端出射，以得到多路激光。当激光雷达10工作时，激光光源20发出的激光光束从光入射端进入激光分束组件110，最终从光出射端出射，得到多束功率相同的激光信号(即“多路激光”)。光发射天线120多个。其中，多个光发射天线呈NxM矩阵分布，且M、N均为大于或等于2的整数。多个光发射天线120分别与多个光出射端配合，以形成多个相互并联且供多路激光传输的激光光路。具体的，光出射端与光发射天线120可通过光波导连通，以实现光束在两者之间传递。其中，光波导可以为硅、光纤等。因此，经光出射端发出的多路激光信号可进入光发射天线120，并进一步的由多个光发射天线120发射到空间中。由于多个激光光路之间是相互并联的，故每个激光光路之间相对独立。即使其中一个激光光路(光发射天线120或连接光发射天线120的光波导)出现故障，也不会对其余激光光路产生影响。因此，二维相控阵激光发射单元100的功能在出现局部故障时依然可正常实现，从而提升了激光雷达10的可靠性。相位调节器130为多个。其中，每个相位调节器130用于调节对应的激光光路上的多路激光的相位。相位调节器130与激光光路可以是一对一，也可以是一对多。多个光发射天线120发出的多路激光信号在远场相互干涉，从而形成特定方向的最强光束，实现对特定范围内的扫描。而多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维相控阵激光发射单元，其特征在于，包括：激光分束组件，包括光入射端及多个光出射端，激光光束经所述光入射端入射后分别从所述多个光出射端出射，以得到多路激光；多个用于发射所述多路激光的光发射天线，所述多个光发射天线分别与所述多个光出射端配合，以形成多个相互并联且供所述多路激光传输的激光光路，所述多个光发射天线呈NxM矩阵分布，其中M、N均为大于或等于2的整数；及多个相位调节器，每个所述相位调节器用于调节对应的所述激光光路上的所述多路激光的相位。

【技术特征摘要】
1.一种二维相控阵激光发射单元，其特征在于，包括：激光分束组件，包括光入射端及多个光出射端，激光光束经所述光入射端入射后分别从所述多个光出射端出射，以得到多路激光；多个用于发射所述多路激光的光发射天线，所述多个光发射天线分别与所述多个光出射端配合，以形成多个相互并联且供所述多路激光传输的激光光路，所述多个光发射天线呈NxM矩阵分布，其中M、N均为大于或等于2的整数；及多个相位调节器，每个所述相位调节器用于调节对应的所述激光光路上的所述多路激光的相位。2.根据权利要求1所述二维相控阵激光发射单元，其特征在于，所述激光分束组件包括1到N光耦合器及N个1到M光耦合器，其中，所述1到N光耦合器的入射端作为所述光入射端，所述1到M光耦合器的出射端作为所述光出射端，且N个所述1到M光耦合器的入射端分别与所述1到N光耦合器的输出端连通。3.根据权利要求2所述二维相控阵激光发射单元，其特征在于，所述1到M光耦合器及所述1到N光耦合器为边缘耦合器或光栅耦合器。4.根据权利要求1所述二维相控阵激光发射单元，其特征在于，所述多个相位调节器分别设置于所述多个激光光路上。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：任亚林，牛犇，
申请(专利权)人：深圳市涵光半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44