激光器和激光雷达制造技术

一种激光器和激光雷达，激光器包括：沿光轴依次设置的泵浦单元、增益单元、调Q单元以及分光单元；所述泵浦单元产生泵浦光；所述增益单元包括增益介质；所述调Q单元包括可饱和吸收体；所述分光单元生成出射激光和多个不同波长的调谐光；谐振反射面和扫描单元，所述谐振反射面位于所述增益单元和所述泵浦单元之间，所述扫描单元位于所述多个调谐光的光路上，所述扫描单元从所述多个调谐光中选择一个并使所选择的调谐光按原光路返回。所述激光器为能够实现调Q的可调谐激光器，能够获得更高的峰值功率和更大的脉冲能量，而且能够有效缩短谐振腔腔长、减小谐振腔的体积，有利于实现高集成和高峰值功率的兼顾。

【技术实现步骤摘要】
激光器和激光雷达
本专利技术涉及激光探测领域，特别涉及一种激光器和激光雷达。
技术介绍
可调谐激光器(TunableLaser)是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器。这种激光器的用途广泛，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、光通信等。目前的可调谐固体激光器主要采用分离式结构以及双折射滤光片或标准具作为腔内调谐元件来实现波长调谐，如US5317447采用了双折射片结合主动调Q的方式来实现可调谐脉冲激光器。如US5623510采用了标准具etalon作为调谐元件。激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。近年来，自动驾驶技术发展迅速，激光雷达作为其距离感知的核心传感器，已不可或缺。在激光雷达应用中，探测距离、测量频率以及扫描镜设计均对激光器提出需求。但是现有可调谐固体激光器难以满足激光雷达的应用需求，难以实现高集成和高峰值功率的兼顾。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种激光器和激光雷达，以满足激光雷达的需求，实现高集成和高峰值功率的兼顾。为解决上述问题，本专利技术提供一种激光器，包括：沿光轴依次设置的泵浦单元、增益单元、调Q单元以及分光单元；所述泵浦单元产生泵浦光；所述增益单元包括增益介质；所述调Q单元包括可饱和吸收体；所述分光单元生成出射激光和多个不同波长的调谐光，不同波长的调谐光的传播方向不同；谐振反射面和扫描单元，所述谐振反射面、所述分光单元和所述扫描单元相配合用以构成激光谐振腔，所述谐振反射面位于所述增益单元和所述泵浦单元之间，所述扫描单元位于所述多个调谐光的光路上，所述扫描单元从所述多个调谐光中选择一个并使所选择的调谐光按原光路返回。可选的，所述扫描单元通过摆动或转动的方式改变所述多个调谐光的入射角度，并使垂直入射的调谐光按原光路返回，经所述分光单元，投射至所述谐振反射面以在所述激光谐振腔内形成对应波长的调谐光的谐振。可选的，激光谐振腔内形成谐振的调谐光的强度高于预设的输出阈值时，所述分光单元基于所述形成谐振的调谐光生成所述出射激光。可选的，所述分光单元包括：光栅。可选的，所述光栅包括：反射式光栅或透射式光栅中的至少一种。可选的，所述光栅包括：-1级高衍射效率光栅或+1级高衍射效率光栅；所述分光单元在所述-1级高衍射效率光栅的0级光出射方向生成所述出射激光，在所述-1级高衍射效率光栅的-1级衍射光出射方向生成所述多个调谐光；或者，所述分光单元在所述+1级高衍射效率光栅的0级光出射方向生成所述出射激光，在所述+1级高衍射效率光栅的+1级衍射光出射方向生成所述多个调谐光。可选的，所述-1级高衍射效率光栅的-1级宽带衍射效率大于或等于95％，或者所述+1级高衍射效率光栅的+1级宽带衍射效率大于或等于95％。可选的，所述光栅包括：深刻蚀二元相位光栅。可选的，所述扫描单元包括振镜。可选的，所述扫描单元包括MEMS振镜。可选的，所述增益介质为微片型增益介质；所述可饱和吸收体为微片型可饱和吸收体。可选的，所述增益介质和所述可饱和吸收体相互贴合。可选的，所述增益介质包括：Cr:LiSAF、Nd:YAG、Nd:YVO4、以及Er、Yb共掺玻璃和晶体中的至少一种。可选的，所述可饱和吸收体的材料包括：Cr:YAG、碳纳米管或石墨烯中的至少一种。可选的，所述增益介质朝向所述泵浦单元的表面镀有光学膜层，形成所述谐振反射面。相应的，本专利技术还提供一种激光雷达，包括：发射装置，所述发射装置包括本专利技术的激光器。可选的，所述激光雷达还包括：分光装置，所述分光装置基于所述发射装置所产生光的波长生成不同传播方向的扫描光。可选的，所述分光装置包括：光栅或棱镜中的至少一种。可选的，所述激光雷达还包括：检测单元，所述检测单元检测激光振荡形成的时刻。可选的，所述检测单元包括：光电二极管。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案中，包括可饱和吸收体的调Q单元作为调Q开关，所述谐振反射面与所述扫描单元相配合用以构成激光谐振腔的两个反射面；所述扫描单元从所述多个调谐光中选择一个并使所选择的调谐光按原光路返回。按原光路返回的调谐光能够在激光谐振腔内形成谐振。本专利技术的激光器为能够实现调Q的可调谐激光器，因此能够获得更高的峰值功率和更大的脉冲能量，而且利用可饱和吸收体实现激光谐振腔的调Q，能够有效缩短谐振腔腔长、减小谐振腔的体积，有利于实现高集成和高峰值功率的兼顾。本专利技术可选方案中，所述扫描单元通过摆动或转动的方式改变所述多个调谐光的入射角度并使垂直入射的调谐光按原光路返回以在所述激光谐振腔内形成对应波长调谐光的谐振。通过扫描单元的摆动或转动实现对调谐光的选择，机械结构简单，而且能够通过对摆动或转动频率的设置以控制调谐光选择的速度，有利于灵活实现高速波长调谐。本专利技术可选方案中，激光谐振腔内形成谐振的调谐光的强度高于所述可饱和吸收体的饱和吸收光强时，所述分光单元基于所述形成谐振的调谐光生成所述出射激光。所述激光谐振腔的损耗与所述可饱和吸收体的饱和吸收光强相关，通过可饱和吸收体的选择能够影响激光谐振腔的损耗，控制激光谐振腔的阈值，控制上能级粒子数累计数量，进而在相同泵浦功率下，既提高激光器重频，又获得合适的峰值功率和单脉冲能量，从而实现探测距离和探测频率的兼顾。本专利技术可选方案中，所述分光单元可以包括光栅，特别是-1级或+1级高衍射效率光栅，并且在所述-1级或+1级高衍射效率光栅的0级衍射光出射方向生成所述出射激光，在所述-1级高衍射效率光栅的-1级衍射光出射方向或所述+1级高衍射效率光栅的+1级衍射光出射方向生成所述多个调谐光。由于所述光栅是-1级或+1级高衍射效率光栅，因此所述光栅的0级衍射光强度相对较小，从而能够有效降低激光谐振腔损耗、减少上能级粒子数累计，能够有效控制所述出射激光的单脉冲能量，有利于高重频脉冲的获得。而且，可饱和吸收体的选择和分光装置的选择都可以控制所述激光谐振腔的损耗，不仅能够有效提高本专利技术激光器重频设置的灵活性，还能够有效扩大可饱和吸收体和分光装置的选择范围。本专利技术可选方案中，所述扫描单位可以包括振镜。高振动频率的振镜，能够快速改变所述多个调谐光的入射角度，从而高速改变激光谐振腔内形成激光振荡的调谐光，进而实现高速波长调谐。而且所述振镜还可以包括MEMS振镜，从而能够有效减小扫描单元的体积，有利于提高激光器的集成度。本专利技术可选方案中，所述增益介质为微片型增益介质，所述可饱和吸收体单元为微片型可饱和吸收体，所述增益介质和所述可饱和吸收体相互贴合，所述增益介质朝向所述泵浦单元的表面为谐振反射面以构成谐振腔。将增益介质和可饱和吸收体均加工成微片型并贴合在一起，并将所述增益介质朝向所述泵浦单元的表面作为一个腔镜以构成谐振腔的做法，使所述激光器结构紧凑，能够有效控制激光谐振腔尺寸，有利于高重频、窄脉宽、高峰值功率的实现。本专利技术可选方案中，所述可饱和吸收体可以设置为碳纳米管或石墨烯中的至少一种。碳纳米管或石墨烯具有良好的导热性，能够有效提高激光谐振腔内部件的导热和散热效果。本专利技术可选方案中，所述激光雷达还包括所述分光装置，所述分光装置基于所述发射装置所产生出射激光的波长生成不同传播方向的扫描光。由于所述激光雷达的发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器，其特征在于，包括：沿光轴依次设置的泵浦单元、增益单元、调Q单元以及分光单元；所述泵浦单元产生泵浦光；所述增益单元包括增益介质；所述调Q单元包括可饱和吸收体；所述分光单元生成出射激光和多个不同波长的调谐光，不同波长的调谐光的传播方向不同；谐振反射面和扫描单元，所述谐振反射面、所述分光单元和所述扫描单元相配合用以构成激光谐振腔，所述谐振反射面位于所述增益单元和所述泵浦单元之间，所述扫描单元位于所述多个调谐光的光路上，所述扫描单元从所述多个调谐光中选择一个并使所选择的调谐光按原光路返回。

【技术特征摘要】
1.一种激光器，其特征在于，包括：沿光轴依次设置的泵浦单元、增益单元、调Q单元以及分光单元；所述泵浦单元产生泵浦光；所述增益单元包括增益介质；所述调Q单元包括可饱和吸收体；所述分光单元生成出射激光和多个不同波长的调谐光，不同波长的调谐光的传播方向不同；谐振反射面和扫描单元，所述谐振反射面、所述分光单元和所述扫描单元相配合用以构成激光谐振腔，所述谐振反射面位于所述增益单元和所述泵浦单元之间，所述扫描单元位于所述多个调谐光的光路上，所述扫描单元从所述多个调谐光中选择一个并使所选择的调谐光按原光路返回。2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述扫描单元通过摆动或转动的方式改变所述多个调谐光的入射角度，并使垂直入射的调谐光按原光路返回，经所述分光单元，投射至所述谐振反射面以在所述激光谐振腔内形成对应波长的调谐光的谐振。3.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，激光谐振腔内形成谐振的调谐光的强度高于预设的输出阈值时，所述分光单元基于所述形成谐振的调谐光生成所述出射激光。4.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述分光单元包括：光栅。5.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述光栅包括：反射式光栅或透射式光栅中的至少一种。6.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述光栅包括：-1级高衍射效率光栅或+1级高衍射效率光栅；所述分光单元在所述-1级高衍射效率光栅的0级光出射方向生成所述出射激光，在所述-1级高衍射效率光栅的-1级衍射光出射方向生成所述多个调谐光；或者，所述分光单元在所述+1级高衍射效率光栅的0级光出射方向生成所述出射激光，在所述+1级高衍射效率光栅的+1级衍射光出射方向生成所述多个调谐光。7.如权利要求6所述的激光器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大汕，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31