本发明专利技术涉及激光雷达技术领域，更具体地，涉及一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置及方法。激光雷达发射装置，包括激光器、电光调制器、任意函数发生器、硫系芯片、衍射光栅以及光纤链路；所述的激光器的输出端口连接电光调制器的光源输入端口，所述的任意函数发生器的波形输出端口连接电光调制器的微波信号输入端口，所述的硫系芯片的两端通过透镜光纤分别与电光调制器的光信号输出端口和衍射光栅连接。本发明专利技术利用硫系微腔的级联四波混频效应，将单一的FMCW转化为中远红外频率梳光源，降低了线性调频窄线宽激光技术的复杂性，极大提高了发送速率。极大提高了发送速率。极大提高了发送速率。
【技术实现步骤摘要】
一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置及方法
[0001]本专利技术涉及激光雷达
，更具体地，涉及一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置及方法。
技术介绍
[0002]目前市面上激光雷达大多使用“飞行时间-TOF”技术，即发射出离散的光脉冲，使用光电探测器探测返回的光功率，从而计算出距离。TOF技术优点是非常明显的，技术成熟、开发周期短，成本低，但这种直接探测的检测手段导致抗干扰性差、探测距离短等问题，很难满足车规级激光雷达要求。而基于调频连续波(FMCW)方案的激光雷达可以实现相干探测，如专利CN111239754A，2020.06.05，公开了一种基于可调频连续波的激光雷达系统及其成像方法，能有效克服TOF存在的问题，但是，由于目前精确线性调频技术的复杂性使得FMCW激光雷达难以并行发送。FMCW激光雷达原理：由于多普勒效应，发射啁啾信号(绿色)和反射啁啾信号(蓝色)存在频差，而速度和距离信息与频差相关，利用相干探测可以获取频差信息，从而获取每个像素点的距离和速度。这种基于FMCW激光雷达的相干探测具有许多固有的优势，例如增强的距离分辨率，利用多普勒效应直接进行速度检测，避免了太阳光眩光和干扰。但是测量的精度对啁啾斜线的线性度非常敏感，相干检测又要求光源相干性高，这种精确控制线性调频窄线宽激光的技术非常复杂，这对FMCW激光雷达并行测量的实现造成非常大的困难。
技术实现思路
[0003]本专利技术为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置及方法，降低了装置的复杂性，有效提高了激光发射速率，有助于提高激光雷达的测量速率。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，包括激光器、电光调制器、任意函数发生器、硫系芯片、衍射光栅以及光纤链路；所述的激光器的输出端口连接电光调制器的光源输入端口，所述的任意函数发生器的波形输出端口连接电光调制器的微波信号输入端口，所述的硫系芯片的两端通过透镜光纤分别与电光调制器的光信号输出端口和衍射光栅连接。
[0005]在其中一个实施例中，所述的硫系芯片包括衬底、硫系微环谐振腔以及总线直波导，所述的硫系微环谐振腔和总线直波导均设于衬底的顶部，硫系微环谐振腔与总线直波导相互耦合。硫系芯片由于色散、非线性、腔体泵浦和损耗的双重平衡，使得连续波激光被转换为稳定的光脉冲序列，产生稳定的中远红外波段孤子频梳。
[0006]在其中一个实施例中，所述的硫系微环谐振腔的微环半径值为50um～200um，微环厚度为0.7um～1um，微环的宽度为1.9um～2.5um，腔自由光谱FSR为130GHz～520GHz。
[0007]在其中一个实施例中，所述的硫系芯片的两端分别通过逆锥形波导与透镜光纤耦合。
[0008]在其中一个实施例中，所述的逆锥形波导的长度值为200um～500um，尖端宽度值为100nm～150nm，实现光纤波导的高效耦合。
[0009]在其中一个实施例中，所述的激光器输出的激光为窄线宽光源，为中远红外波段，中心波长为9.5um～11um。相比于传统905nm和1550nm的激光光源，其在雨雾等天气下激光透射率提高1倍以上。
[0010]在其中一个实施例中，所述的任意函数发生器产生的波形为三角波的线性调频信号。
[0011]在其中一个实施例中，三角波的线性调频信号的带宽为1GHz-5GHz，调制速率为100KHz-10MHz。
[0012]在其中一个实施例中，所述的衍射光栅每毫米有80～120刻痕，对中远红外频率梳光源进行分光衍射。
[0013]本专利技术还提供一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射方法，使用以上所述的中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，具体包括以下步骤：
[0014]激光器发射泵浦光进入电光调制器，同时任意函数发生器产生特定波形进入电光调制器对泵浦光进行频率啁啾调制；
[0015]调制光经过硫系芯片，利用硫系芯片的级联四波混频效应产生孤子频梳，将啁啾激光不失真地传递给所有产生的梳齿，并最终产生激光雷达所需的稳定光脉冲序列；
[0016]通过衍射光栅将调制光衍射到空间各处，实现对物体探测。
[0017]与现有技术相比，有益效果是：本专利技术提供的一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置及方法，利用硫系微腔的级联四波混频效应，将单一的FMCW转化为中远红外频率梳光源(并行FMCW)，降低了线性调频窄线宽激光技术的复杂性，极大提高了发送速率；同时采用的光源位于中远红外波段，相比于传统激光雷达光源905nm和1550nm，在雨雪等天气下衰减小，有助于提高激光雷达的探测距离和安全性能。
附图说明
[0018]图1是本专利技术激光雷达发射装置的连接关系示意图。
[0019]图2是FMCW激光雷达测距测速原理示意图。
[0020]图3是本专利技术光源透过率(大雾天气为例)仿真图。
[0021]图4是本专利技术实施例中硫系芯片制备流程示意图。
[0022]图5是本专利技术硫系芯片产生孤子频梳示意图。
[0023]图6是本专利技术硫系芯片俯视示意图。
[0024]图7是本专利技术硫系芯片电镜结构图。
具体实施方式
[0025]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制。
[0026]如图1所示，一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，包括激光器1、电光
调制器2、任意函数发生器3、硫系芯片4、衍射光栅5以及光纤链路；激光器1的输出端口连接电光调制器2的光源输入端口，任意函数发生器3的波形输出端口连接电光调制器2的微波信号输入端口，硫系芯片4的两端通过透镜光纤分别与电光调制器2的光信号输出端口和衍射光栅5连接。
[0027]在其中一个实施例中，如图6和图7所示，硫系芯片4包括衬底41、硫系微环谐振腔42以及总线直波导43，硫系微环谐振腔42和总线直波导43均设于衬底41的顶部，硫系微环谐振腔42与总线直波导43相互耦合。本专利技术提供的激光雷达发射装置的核心是利用硫系芯片4的克尔耗散效应，将单频的三角波调频连续波的频率啁啾特性无失真的传导给产生的每一根梳齿上，如图5所示，在色散、非线性、腔体泵浦和损耗的双重平衡的条件下，时域上连续波激光被转换为稳定的光脉冲序列，从而产生稳定的中远红外波段孤子频梳。如图4所示，硫系芯片4的制备过程包括以下步骤：
[0028]1.沉积：在氧化硅下包层上沉积硫系薄膜，沉积方式为热蒸镀、电子束蒸镀或磁控溅射，沉积速度不超过5nm/分钟，沉积厚度为800nm；
[0029]2.涂胶：在高非线性、低损耗硫系薄膜上旋涂电子束胶，聚合物电子胶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，其特征在于，包括激光器(1)、电光调制器(2)、任意函数发生器(3)、硫系芯片(4)、衍射光栅(5)以及光纤链路；所述的激光器(1)的输出端口连接电光调制器(2)的光源输入端口，所述的任意函数发生器(3)的波形输出端口连接电光调制器(2)的微波信号输入端口，所述的硫系芯片(4)的两端通过透镜光纤分别与电光调制器(2)的光信号输出端口和衍射光栅(5)连接。2.根据权利要求1所述的中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，其特征在于，所述的硫系芯片(4)包括衬底(41)、硫系微环谐振腔(42)以及总线直波导(43)，所述的硫系微环谐振腔(42)和总线直波导(43)均设于衬底(41)的顶部，硫系微环谐振腔(42)与总线直波导(43)相互耦合。3.根据权利要求2所述的中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，其特征在于，所述的硫系微环谐振腔(42)的微环半径值为50um～200um，微环厚度为0.7um～1um，微环的宽度为1.9um～2.5um，腔自由光谱FSR为130GHz～520GHz。4.根据权利要求2所述的中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，其特征在于，所述的硫系芯片(4)的两端分别通过逆锥形波导与透镜光纤耦合。5.根据权利要求4所述的中远红外波段的并行FMCW激光雷达发射装置，其特征在于，所述的逆锥形波导的长度值为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李朝晖，卓少斌，黄向信，曹子晗，宋景翠，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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