具有差拍分量的光谱分析系统技术方案

一种光测距和检测系统通过使用架构来有效地组合不同的波长、时间和频率编码以及空间选择性而实现可再配置的非常宽的视野、每秒对空间点的高采样和高光学功率处理。传输器能够生成多个窄波束，将不同的波束编码并且在不同的空间方向上进行传输。接收器可区分并提取所反射的波束的距离和反射率信息。通过扫描所述传输器的视野来实现对环境的三维成像。在芯片中制造的控制和信号处理电子电路与包含测距系统的光子部件的芯片封装在一起。所述光测距和检测系统除了光学波束之外还生成太赫兹波束，并且所组合的两个波束允许可再配置的光谱分析。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有差拍分量的光谱分析系统
本公开涉及LiDAR(光检测和测距)或三维成像和光谱分析系统。附图说明并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图说明本公开的一个或多个实施方案，并且连同对示例性实施方案的描述一起用以解释本公开的原理和实现方式。图1绘示了根据本公开的示例性传输器。图2绘示了示例性编码方案。图3绘示了示例性2D扫描仪。图4绘示了用以增加LiDAR系统的功率处理的一些技术。图5绘示了扫描仪的示例性集群架构。图6绘示了发射器的示例性光栅几何形状。图7绘示了示例性发射器的俯视图。图8绘示了示例性光栅波束发射器。图9绘示了用以增加LiDAR系统的视野的2D扫描仪的示例性布局。图10绘示了不同发射器的示例性布局。图11至图12绘示了示例性接收器架构。图13绘示了示例性接收器信令流程图。图14绘示了从传输器生成多个波束以用于多接收器架构的示例性方法。图15绘示了LiDAR系统的示例性封装。图16绘示了LiDAR配置的其他实施方案。图17绘示了多接收器架构。图18绘示了示例性阵列波导光栅。图19绘示了用于相干检测的时变的频率调制信号。图20绘示了示例性光电子-太赫兹光谱分析系统，其中传输器发射使用非线性材料生成为两个足够近的波长的拍音的光学辐射以及太赫兹辐射两者。图21绘示了在多个波长处工作的示例性光谱分析系统，每个波长被单独地锁定和编码。专利技术内容在本公开的第一方面，描述了一种装置，所述装置包括成像和光谱分析系统。在本公开的第二方面，描述了一种方法，所述方法包括在光学辐射体制和太赫兹辐射体制中操作的可再配置的光谱分析系统。在本公开的第三方面，描述了一种系统，所述系统包括本公开的第一方面的装置和本公开的第二方面的方法。具体实施方式本公开描述了一种光学太赫兹光谱分析系统。具体地，本文公开的系统可有利地通过以下方式跨样品的表面来扫描所述样品：在样品的特定点或区域处跨多个波长发射电磁辐射波束；以及在样品的不同点或区域处扫描所述波束。在一些实施方案中，跨整个波长范围来扫描样品的每个区域。换句话说，在一些实施方案中，所述波束在改变波长的同时保持瞄准样品的同一区域；随后，使所述波束移动到不同位置并且再次改变波长。在一些实施方案中，针对扫描的每个点或区域所扫描的面积相当于波束的横向大小。在一些实施方案中，波束的电磁辐射处于光学波长范围、太赫兹波长范围或以上两者中。太赫兹系统可与LiDAR系统组合以执行光学和太赫兹光谱。在下文，首先描述LiDAR系统，紧接着描述太赫兹系统。所述两个系统经过组合以形成本公开的可再配置的光谱分析系统。本公开描述了包括光学相控阵架构的可缩放LiDAR(光检测和测距)系统。所述系统可包括：一个或多个激光器；开关或多路复用器(MUX)，其用以选择激光器；分路器，其用以将激光器分割为多个波导；一个或多个编码器，其用以编码激光信号；以及一个或多个扫描仪，所述一个或多个扫描仪在不同方向上发射波束并且自适应地将波束塑型；以及相关联的控制电路，其用以操作光子部件。LiDAR系统可用于多种应用中，诸如民用应用和军事应用中的无人驾驶车辆、辅助驾驶车辆、地图绘制、传感器、摄像机、无人机和飞行器，以及诸如智能电话或平板计算机等消费者装置。可根据特定应用依据分辨率、功率使用要求、空间检测要求和其他参数来修改所述系统。例如，在无人驾驶车辆中，LiDAR系统可提供三维地图并且实时地将车辆周围的环境成像，从而允许驱动系统安全地引导和控制车辆。例如，无人驾驶汽车可检测其他汽车、障碍物、行人和其他交通，从而允许汽车的安全操作。在一些实施方案中，消费者装置可使用LiDAR来提供多达数米距离(例如，小于10米或小于20米)的环境的三维(3D)地图。三维成像装置，诸如智能电话或平板计算机，通常需要比车辆更受限的范围。这些消费者装置与车辆LiDAR相比通常使用更小的功率并且包括更少数目个部件。例如，车辆的成像装置可能消耗数十瓦，而诸如智能电话等消费者电子器件的成像装置可发出毫瓦级的光学功率。消费者电子器件的成像装置可将装置周围的环境绘制地图，并且产生3D图像。这些图像可用于(例如)视频游戏、虚拟现实和面部辨识，例如，以便增强装置的安全性。本公开的LiDAR系统可包括传输器、接收器或传输器和接收器两者。所述系统可调制若干参数，诸如激光波长、空间坐标(诸如发射或接收角度)，并且在时域中通过激光信号形状和持续时间进行编码。在一些实施方案中，传输器可包括在不同方向上定向的扫描仪的阵列，以便提供对所发射的激光波束的空间选择性；相关联的接收器可以是具有宽视野的宽带以收集所有信号。随后可通过将用于编码信号的不同参数解码来识别所接收的信号。接收器处的解码允许确定测距信息。在其他实施方案中，传输器可以是具有宽视野的宽带，而接收器包括光学相控阵以允许对测距信息的复杂检测。在其他实施方案中，传输器和接收器两者都可包括对以上列出的若干参数的编码和操纵。如本领域技术人员已知的，相控阵包括若干辐射元件，每个辐射元件以不同的相位和/或振幅进行操作。可由于以下操作而形成波束：改变从每个辐射元件发射的信号的相对相位和/或振幅；和/或通过提供相长干涉或相消干涉而在期望的方向上引导所述波束。另外，独立地改变每个发射器的振幅可改变远场中的波束形状，例如增加波束的方向性或在不同方向上生成多个波束。例如，波束可包括主瓣和处于较低强度的若干旁瓣。在一些实施方案中，可将波束塑型以便具有类似强度的两个或更多个主瓣。在此情况下，主瓣将具有相同的波长，并且在接收器例如通过包括至少两个接收器而具有空间选择性的情况下可在接收器处区分所述主瓣，所述至少两个接收器将接收来自两个主瓣的环境反射的不同的信号。可替代地，在其他实施方案中，可同时将两个波束塑型，每个波束处于不同的波长。在此情况下，例如，接收器可由于来自每个波束的反射的不同的波长而区分所述反射。如果对于特定申请有利，还可在更复杂的配置中组合此类方法。在一些实施方案中，光学相控阵在1500nm与1600nm之间的波长处进行操作，但可使用任何波长。例如，1550nm的波长是有利的，因为这对于人眼是安全的。由于用于无人驾驶车辆的LiDAR系统可与人类交通一起操作，所以让LiDAR系统在对于人类是安全的波长处有效地操作可比较重要。例如，一些现有的系统在904nm的波长处操作。与904nm相比，1550nm的波长允许功率方面的约40×增加，同时保持眼睛安全，以及在相同量的容许的眼睛安全功率下在测距距离方面的约2×增加。另外，使用1550nm的波长允许利用在光纤通信领域中开发出的大量技术研究和专业知识。在一些实施方案中，在本公开中公开的LiDAR系统在以下意义上是波长不可知的：它们在特定波长处不需要操作但可在多个波长处工作，这取决于为制造选择的材料。换句话说，本文描述的系统可受限于用于制造相关芯片的材料(诸如Si或SiN)的所支持的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，所述装置包括：/n多个可调谐激光器，所述多个可调谐激光器生成多个波长；/n多个波长锁定器，所述多个波长锁定器用以减少来自所述多个波长的波长噪声；/n多个编码器，每个编码器被配置为将所述多个波长锁定器中的波长锁定器的光编码；/n至少一个宽带组合器，所述至少一个宽带组合器用以组合所述多个编码器的输出；/n多个发射器，所述多个发射器连接到所述至少一个宽带组合器；以及/n非线性材料，所述非线性材料被配置为从两个波长产生拍波，所述拍波具有在1太赫兹与100太赫兹之间的频率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190329 US 16/3708611.一种装置，所述装置包括：
多个可调谐激光器，所述多个可调谐激光器生成多个波长；
多个波长锁定器，所述多个波长锁定器用以减少来自所述多个波长的波长噪声；
多个编码器，每个编码器被配置为将所述多个波长锁定器中的波长锁定器的光编码；
至少一个宽带组合器，所述至少一个宽带组合器用以组合所述多个编码器的输出；
多个发射器，所述多个发射器连接到所述至少一个宽带组合器；以及
非线性材料，所述非线性材料被配置为从两个波长产生拍波，所述拍波具有在1太赫兹与100太赫兹之间的频率。


2.如权利要求1所述的装置，其中所述多个发射器中的每个发射器包括光栅耦合器。


3.如权利要求1所述的装置，其中所述多个编码器被配置为将所述光的振幅、所述光的相位或所述光的振幅和相位两者编码。


4.如权利要求1所述的装置，其中所述多个激光器以脉冲模式操作。


5.如权利要求1所述的装置，其中所述多个激光器以频率调制连续波模式操作。


6.如权利要求1所述的装置，其中所述装置包括Si，并且Si的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·G·里克曼，H·阿贝迪亚斯尔，
申请(专利权)人：洛克利光子有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB