基于偏振调制光注入激光器的激光雷达及其调控方法技术

本发明专利技术涉及一种基于偏振调制光注入激光器的激光雷达及其调控方法，包括：激光发生模块，其能够产生光强度可连续调谐的光信号；偏振调制模块，偏振调制模块将光强度可连续调谐的光信号调制成双边带啁啾光信号；第一光耦合器，第一光耦合器将双边带啁啾光信号分路成参考光信号和测试光信号；测试光信号从信号发射端发出并经目标物反射，接收端获取目标物反射的回波信号；第二光耦合器，第二光耦合器将参考光信号与回波信号耦合，获得耦合后的光信号；激光去啁啾模块，激光去啁啾模块将耦合后的光信号下变频为携带目标信息的中频信号。其成本低、结构简单、易于操作、发射的啁啾激光信号质量高且其扫频带宽高达几十GHz。号质量高且其扫频带宽高达几十GHz。号质量高且其扫频带宽高达几十GHz。

【技术实现步骤摘要】
基于偏振调制光注入激光器的激光雷达及其调控方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，尤其是指一种基于偏振调制光注入激光器的激光雷达及其调控方法。

技术介绍

[0002]激光雷达具有分辨率高，隐蔽性好、抗干扰能力更强等优势，广泛应用于机器人、自动驾驶、无人车等领域。其在民用以及军事等领域有广泛应用。根据发射信号体制的不同，激光雷达可以分为脉冲激光雷达和调频连续波激光雷达。相比于脉冲激光雷达，调频连续波激光雷达具有更低的峰值功率、更低的截获概率、更低的采样率和无模糊探测能力。
[0003]通常调频连续波激光雷达通过调制半导体激光器的驱动电流实现线性扫频，然而其扫频速率以及扫频线性度较差，这造成了测量精度的恶化；或者将一个基带微波线性调频信号调制到一束光载波上实现激光的线性扫频，然而一方面需要额外的射频源来提供基带信号，这不可避免地增加了系统地体积与成本，另一方面为了实现更大的扫频带宽，通过微波光子倍频技术来实现二倍频或者四倍频，这导致了基带信号的杂散以及信噪比恶化，降低了激光雷达的探测精度。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中外部射频源而导致系统体积大、成本高和精度低的技术缺陷。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于偏振调制光注入激光器的激光雷达，包括：
[0006]激光发生模块，其能够产生光强度可连续调谐的光信号；
[0007]偏振调制模块，其与所述激光发生模块连接，所述偏振调制模块将光强度可连续调谐的光信号调制成双边带啁啾光信号；
[0008]第一光耦合器，其与所述偏振调制模块连接，所述第一光耦合器将所述双边带啁啾光信号分路成参考光信号和测试光信号；
[0009]信号发射与接收模块，其与所述第一光耦合器连接，所述信号发射与接收模块包括信号发射端与信号接收端，所述测试光信号从所述信号发射端发出并经目标物反射，所述接收端获取目标物反射的回波信号；
[0010]第二光耦合器，其与第一光耦合器的输出端和信号发射与接收模块连接，所述第二光耦合器将所述参考光信号与回波信号耦合，获得耦合后的光信号；
[0011]激光去啁啾模块，其与所述第二光耦合器的输出端连接，所述激光去啁啾模块将耦合后的光信号下变频为携带目标信息的中频信号；
[0012]信号处理器，其与所述激光去啁啾模块的输出端连接，所述信号处理器从所述携带目标信息的中频信号中提取目标物的距离信息及速度信息。
[0013]作为优选的，所述激光发生模块包括依次设置的主激光器和光强度调制器，所述
光强度调制器对所述主激光器发射出的激光进行调制以获得光强度可调节的光载波信号。
[0014]作为优选的，还包括波形发生器，所述波形发生器的输出端与所述光强度调制器的低速射频端口相连接。
[0015]作为优选的，还包括：
[0016]第三光耦合器，其设置在偏振调制模块的输出端与第一光耦合器的输入端之间，所述第三光耦合器将所述双边带啁啾光信号分路成第一光信号和第二光信号，所述第一光信号输入至第一光耦合器的输入端；
[0017]从激光器，所述第二光信号注入至所述从激光器中以激发从激光器的单周期震荡态，所述从激光器输出线性扫频啁啾光信号；
[0018]信号反馈模块，所述信号反馈模块将所述线性扫频啁啾光信号输入至偏振调制模块的高速射频端口以调节偏振调制模块工作。
[0019]作为优选的，还包括第一光环形器，所述第一光环形器包括依次设置的第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口与所述第三光耦合器连接以接收第二光信号，所述第二端口与所述从激光器连接，所述第三端口与所述信号反馈模块连接。
[0020]作为优选的，所述信号反馈模块包括依次设置的单模光纤、高速光电探测器和电功率放大器。
[0021]作为优选的，所述激光发生模块与所述偏振调制模块之间设置有第一偏振控制器；所述第三光耦合器的输出端与所述从激光器的输入端之间设置有第二偏振控制器；所述第三光耦合器的输出端与所述第一光耦合器的输入端之间依次设置有第三偏振控制器和偏振片。
[0022]作为优选的，所述激光去啁啾模块包括依次设置的低速光电探测器和低通滤波器。
[0023]作为优选的，所述信号发射与接收模块为望远镜。
[0024]本专利技术公开了一种基于偏振调制光注入激光器的激光雷达的调控方法，包括以下步骤：
[0025]S1、获取光强度可连续调谐的光信号，通过偏振调制模块将所述光强度可连续调谐的光信号调制成双边带啁啾光信号；
[0026]S2、通过第一光耦合器将所述双边带啁啾光信号分路成参考光信号和测试光信号；
[0027]S3、所述测试光信号发射至目标物并反射，获得目标物反射的回波信号；
[0028]S4、将所述参考光信号与回波信号耦合，获得耦合后的光信号；
[0029]S5、将耦合后的光信号下变频为携带目标信息的中频信号，并从所述携带目标信息的中频信号中提取目标物的距离信息及速度信息。
[0030]作为优选的，所述S1和S2之间还包括：
[0031]将所述双边带啁啾光信号分路成第一光信号和第二光信号；
[0032]所述第一光信号输入至第一光耦合器的输入端，所述第二光信号注入至从激光器中以激发从激光器的单周期震荡态，所述从激光器输出线性扫频啁啾光信号；
[0033]将所述线性扫频啁啾光信号输入至偏振调制模块的高速射频端口以调节偏振调制模块工作。偏振调制模块输出双边带啁啾光信号。
[0034]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0035]1、本专利技术的装置核心器件为商用单模半导体激光器，无需高速射频源，具有结构简单、成本低以及易于操控的优点。
[0036]2、本专利技术产生的双啁啾光信号具有扫频带宽大、扫描速率快和调谐灵活的优点，信噪比低，提高了激光雷达的探测精度。
[0037]3、本专利技术中的各个模块都可以小型化集成封装，且可通过计算机程序远程控制，使得激光雷达系统可一体化集成。
附图说明
[0038]图1为本专利技术为本专利技术的原理框图；
[0039]图2为基于本专利技术的实施例装置图；
[0040]图3为基于本专利技术产生双啁啾光信号的光频谱示意图；
[0041]图4为基于本专利技术装置的目标探测原理示意图。
[0042]说明书附图标记说明：10、激光发生模块；11、主激光器；12、第一光衰减器；13、光强度调制器；14、波形发生器；20、偏振调制模块；30、第一光耦合器；31、第二光耦合器；32、第三光耦合器；40、信号发射与接收模块；41、望远镜；42、目标物；50、激光去啁啾模块；51、低速光电探测器；52、低通滤波器；60、信号处理器；61、模数转换器；70、从激光器；71、第一光环形器；72、第二光环形器；80、信号反馈模块；81、单模光纤；82、第二光衰减器；83、高速光电探测器；84、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振调制光注入激光器的激光雷达，其特征在于，包括：激光发生模块，其能够产生光强度可连续调谐的光信号；偏振调制模块，其与所述激光发生模块连接，所述偏振调制模块将光强度可连续调谐的光信号调制成双边带啁啾光信号；第一光耦合器，其与所述偏振调制模块连接，所述第一光耦合器将所述双边带啁啾光信号分路成参考光信号和测试光信号；信号发射与接收模块，其与所述第一光耦合器连接，所述信号发射与接收模块包括信号发射端与信号接收端，所述测试光信号从所述信号发射端发出并经目标物反射，所述接收端获取目标物反射的回波信号；第二光耦合器，其与第一光耦合器的输出端和信号发射与接收模块连接，所述第二光耦合器将所述参考光信号与回波信号耦合，获得耦合后的光信号；激光去啁啾模块，其与所述第二光耦合器的输出端连接，所述激光去啁啾模块将耦合后的光信号下变频为携带目标信息的中频信号；信号处理器，其与所述激光去啁啾模块的输出端连接，所述信号处理器从所述携带目标信息的中频信号中提取目标物的距离信息及速度信息。2.根据权利要求1所述的基于偏振调制光注入激光器的激光雷达，其特征在于，所述激光发生模块包括依次设置的主激光器和光强度调制器，所述光强度调制器对所述主激光器发射出的激光进行调制以获得光强度可调节的光载波信号。3.根据权利要求2所述的基于偏振调制光注入激光器的激光雷达，其特征在于，还包括波形发生器，所述波形发生器的输出端与所述光强度调制器的低速射频端口相连接。4.根据权利要求1所述的基于偏振调制光注入激光器的激光雷达，其特征在于，还包括：第三光耦合器，其设置在偏振调制模块的输出端与第一光耦合器的输入端之间，所述第三光耦合器将所述双边带啁啾光信号分路成第一光信号和第二光信号，所述第一光信号输入至第一光耦合器的输入端；从激光器，所述第二光信号注入至所述从激光器中以激发从激光器的单周期震荡态，所述从激光器输出线性扫频啁啾光信号；信号反馈模块，所述信号反馈模块将所述线性扫频啁啾光信号输入至偏振调制模块的高速射频端口以调节偏振调制模块工作。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周沛，张仁恒，李念强，傅剑斌，潘万胜，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：