激光雷达和激光测量技术制造技术

提供了双光梳测量系统。双光梳测量系统可以包括双向锁模飞秒激光器、高速旋转台和光纤耦合器。高速旋转台可以耦合至泵浦二极管。

Lidar and laser measurement technology

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光雷达和激光测量技术
本专利技术的实施例总体上涉及激光雷达（LiDAR）和激光领域，更具体地，涉及与双光梳（dualcomb）测量技术兼容的双向激光器，还涉及双边带、调频连续波（FMCW）测量技术。
技术介绍
双光梳光谱仪是一种新兴的新型光谱仪工具，其利用频率梳的频率分辨率、频率精度、宽带宽和亮度来实现超高分辨率、高灵敏度宽带光谱仪。通过使用两个相干频率梳，双光梳光谱技术可以在逐个梳齿的基础上快速测量样品的光谱响应，而没有传统光谱仪的尺寸限制或仪器响应限制。双光梳技术已使高分辨率光谱学、精确距离测量和3D成像中的激动人心的应用成为可能。通过双光梳技术可以实现优于传统方法的主要优点。例如，双光梳光谱仪在采集速度上比标准的傅里叶变换光谱仪提高了几个数量级，同时仍保留了高分辨率能力。然而，由于对复杂和昂贵的超快激光系统的需求，阻碍了该技术的广泛采用。傅立叶变换光谱仪是一种用于在科学研究以及化学和制药工业中分析化学样品的工具。最近，通过使用双频梳，其测量速度、灵敏度和精度已得到显著提高。此外，最近的超短脉冲诱导非线性效应的演示丰富了双光梳光谱仪的实用性。但是，由于该技术对两个频率梳以及梳的主动稳定的要求，阻碍了该技术的广泛接受。确定到物体的绝对距离的能力是遥感的最基本的测量之一。高精度测距在大规模制造和未来的紧凑编队飞行卫星任务中都有重要的应用，其中快速、精确地测量绝对距离对于维持各个卫星的相对指向和位置来说至关重要。已知的是，使用两个相干宽带光纤-激光频率梳光源，相干激光测距系统结合了飞行时间和干涉测量方法的优点，可以同时从多个反射器以低功率提供绝对距离测量。脉冲飞行时间可以产生3mm的精度，在200ms内的模糊范围为1.5m。通过光载波相位，在60ms时精度提高到5nm以上，通过射频相位，模糊范围扩展到30km，可能在长距离在1013测距中提供2个部分。但是，通常一次只能确定物体距离或物体速度。双光梳测量技术在要求精度和稳定性的应用（例如精密光谱学和相干激光雷达）中显示出了巨大的希望。但是，目前，双光梳测量技术的广泛使用受到两个锁模飞秒激光频率梳和高速、锁相环电子器件以产生必要的相互相干性的要求的限制。因此，需要更好的激光频率梳。还需要能够仅在一次测量中明确地确定物体距离和物体速度的测量技术。FMCWLiDAR是另一种有前途的激光测距技术。在FMCWLiDAR系统中，物体距离被线性地编码为测得的电频率。传统上，除非对物体速度进行另一个独立的测量，否则物体速度还会导致所测得的电频率产生偏移，从而导致距离不明确。使用在本文的各个实施例中描述的双边带方法，解决了这个问题，并且可以仅通过一次测量就明确地确定物体距离和物体速度。专利技术概述本专利技术的实施例包括双光梳测量系统。双光梳测量系统可以包括双向锁模飞秒激光器、高速旋转台、以及光纤耦合器。高速旋转台可以耦合至泵浦二极管。该概述和以下详细描述仅是示例性、说明性和解释性的，并不旨在限制本专利技术，而是提供对所要求保护的本专利技术的进一步解释。通过检查以下附图和详细描述，示例实施例的其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是或将变得显而易见。附图说明提供的附图是示意性的，并未按比例绘制。可以设想来自所示实施例的变化。因此，附图中的图示无意于限制本专利技术的范围。图1示出了根据本专利技术示例性实施例的在高速旋转台上的双向锁模飞秒激光器。图2A示出了仅利用正边带来进行测距测量的图。图2B示出了作为时间的函数的正边带的光频率图。图2C示出了具有弱反射物体和强反射物体的FMCWLiDAR结果的标准图。图3A示出了根据本专利技术示例性实施例的在双边带FMCWLiDAR中仅抑制载波时的图。图3B示出了根据本专利技术示例性实施例的作为时间的函数的两个边带的光频率图。图3C示出了根据本专利技术示例性实施例的具有弱反射物体和强反射物体的FMCWLiDAR结果的图。图4示出了根据本专利技术示例性实施例的双边带FMCWLiDAR系统的示意图。图5示出了根据本专利技术示例性实施例的双边带FMCWLiDAR系统。图6示出了根据本专利技术实施例的在LiDAR系统中使用的收发器终端。图7示出了根据本专利技术示例性实施例的在LiDAR系统中使用的控制数据处理中心。图8示出了根据本专利技术示例性实施例的双边带FMCWLiDAR系统的示意图。图9示出了根据本专利技术示例性实施例的2D扫描单元的示意图。详细描述以下公开内容描述了本专利技术的各种实施例和在其优选的最佳模式实施例中的至少一个中的使用方法，其在以下描述中进一步详细定义。本领域普通技术人员可以在不脱离其精神和范围的情况下对本文所述内容进行变更和修改。尽管本专利技术易于以不同的形式出现在不同的实施例中，但是在附图中示出并且在此将详细描述本专利技术的优选实施例，但应理解，本公开被认为是本专利技术原理的示例，并且并非旨在将本专利技术的广泛方面限于所示的实施例。除非另有说明，否则相对于本文提供的任何实施方案描述的所有特征、元件、部件、功能和步骤旨在能够与任何其他实施方案的进行自由组合和替代。因此，应当理解，所示出的内容仅出于示例的目的而阐述，而不应被视为对本专利技术范围的限制。在下面的描述和附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。除非另有说明，否则使用“例如”、“等”和“或”表示非排他性替代方案而没有限制。除非另有说明，否则“包括/包含/含有”的使用是指“包括但不限于”。参考附图。图1示出了双向激光器，其与单独的双光梳测量技术100A固有地兼容，而没有附加激光器。如图所示，在一些实施例中，双向激光器可以利用萨格纳克（Sagnac）效应在双向激光输出120、130之间产生重复率差。也可以使用其他产生重复率差的原理。对于旋转的单频激光陀螺仪，由于萨格纳克效应，顺时针方向和逆时针方向的激光发射频率将会相差，其中α是取决于激光腔体设计的常数，是陀螺仪静止时的激光发射频率，而Ω是角旋转速度。类似地，如图1所示，如果将双向锁模飞秒激光器放在耦合到泵浦二极管140的高速旋转台110上，则萨格纳克效应还可以引入沿顺时针方向和逆时针方向在激光输出120、130之间的重复率差。重复率差可以与旋转台110的角速度成比例，并且可以表示为，其中α是相同的腔体设计相关常数，而是系统静止时的重复率。如图1所示，无需构建两个锁模飞秒激光器。在一些实施例中，两个激光输出120、130可以使用标准光纤耦合器如图1所示进行合并，然后我们就可以进行双光梳测量。也可以使用合并两个激光输出120、130的任何其他方法。在双光梳测量的标准两激光实施方案中，两个激光腔独立地波动，其噪声完全不相关。因此，可能需要高速反馈电子器件来锁定另外两个独立的腔体并确保两个激光器之间的相互相干性。其他信息可以在附录A和附录B中找到，在此通过引用将其全部内容并入本文。在一些实施例中，双向激光输出120、130共享相同的腔，因此，两个双向激光输出均等地经历任何线性腔波动。由于这种共同的噪声特性，即使不需要高速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双光梳测量系统，包括：/n双向锁模飞秒激光器；/n高速旋转台；/n其中所述高速旋转台耦合至泵浦二极管；以及/n光纤耦合器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171103 US 62/581,2671.一种双光梳测量系统，包括：
双向锁模飞秒激光器；
高速旋转台；
其中所述高速旋转台耦合至泵浦二极管；以及
光纤耦合器。


2.根据权利要求1所述的双光梳测量系统，其中所述双向锁模飞秒激光器放置在所述高速旋转台上。


3.根据权利要求1所述的双光梳测量系统，其中所述双向锁模飞秒激光器能够产生两个激光输出。


4.根据权利要求3所述的双光梳测量系统，其中所述两个激光输出能够被合并。


5.根据权利要求4所述的双光梳测量系统，其中所述两个激光输出能够使用标准光纤耦合器进行合并。


6.根据权利要求3所述的双光梳测量系统，其中所述两个激光输出能够共享腔体。


7.根据权利要求3所述的双光梳测量系统，其中所述两个激光输出能够是在本质上相互相干的。


8.根据权利要求1所述的双光梳测量系统，其中所述高速旋转台包括光纤旋转接头。


9.根据权利要求8所述的双光梳测量系统，其中所述光纤旋转接头有利于泵浦光纤与腔体旋转的分离。


10.根据权利要求1所述的双光梳测量系统，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄书伟，李沛哲，
申请(专利权)人：阿克罗诺斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US