返回路径中具有光学放大器的LIDAR设备制造技术

光检测和测距(LIDAR)设备包括：光回路，其包括：激光源，其被配置为发射激光束；光束分离器，其可操作地耦接至激光源，光束分离器被配置为使朝向目标传播的激光束分离；第一光学放大器，其耦接至光束分离器，第一光学放大器被配置为在返回路径中接收从目标反射的返回激光束并放大返回激光束以输出放大的返回激光束；以及光学组件，其可操作地耦接至第一光学放大器，光学组件被配置为基于放大的返回激光束来输出电流。束来输出电流。束来输出电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】返回路径中具有光学放大器的LIDAR设备
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年3月18日提交的美国专利申请16/356,927的35U.S.C.119(e)下的权益，该美国专利申请的整体内容通过引用被并入至本文中。


[0003]本专利技术通常涉及提供改善的信噪比的光检测和测距(LIDAR)设备。

技术介绍

[0004]在理想情况下，一般地，通过发出更多光功率(即，更多光子)或者通过扩大收集路径中的孔径大小来增加从目标接收到的光子(光)的数目。然而，考虑到因人眼安全以及LIDAR设备的大小和成本的偏好造成的限制，这两种方法都不是可扩展的。
[0005]增大信噪比(SNR)的另一个方式是通过使用具有高增益和高响应度的光电检测器。然而，这样的检测器或传感器(例如，雪崩光电二极管)可能具有低饱和度光功率的特点，这可能在检测反射对象时致使LIDAR设备失去辨别力，从而降低传感器的动态范围。

技术实现思路

[0006]本专利技术包括但不限于以下示例实现。一些示例实现提供了光检测和测距(LIDAR)设备，其包括：光回路，包括：激光源，其被配置为发射激光束；光束分离器，其可操作地耦接至所述激光源，所述光束分离器被配置为使朝向目标传播的激光束分离。所述光回路还包括第一光学放大器，所述第一光学放大器可操作地耦接至所述光束分离器。所述第一光学放大器被配置为：在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及放大返回激光束以输出放大的返回激光束。所述光回路还包括光学组件，所述光学组件可操作地耦接至所述第一光学放大器，所述光学组件被配置为基于放大的返回激光束来输出电流。
[0007]根据本专利技术的另一个方面，用于光检测和测距(LIDAR)设备的光回路包括：激光源，其被配置为发射朝向目标传播的激光束；第一光学放大器，其可操作地耦接至所述激光源。所述第一光学放大器被配置为：在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及放大所述返回激光束以输出放大的返回激光束。所述光回路还包括光学组件，所述光学组件可操作地耦接至所述第一光学放大器，所述光学组件被配置为基于放大的返回激光束和本地振荡信号来输出电流。
[0008]根据本专利技术的又一个方面，一种方法包括：通过激光源发射激光束；通过光学放大器在返回路径中接收从目标反射的返回激光束；通过所述光学放大器放大所述返回激光束以输出放大的返回激光束；将放大的返回激光束与本地振荡信号的一部分混合；以及通过光学组件基于放大的返回激光束来输出电流。
[0009]通过阅读下面的详细描述和下面简要描述的附图，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得清楚。本专利技术包括本专利技术中所提出的两个、三个、四个或更多个特征或要素的任意组合，而无论这些特征或要素在这里所描述的特定示例实现中是否被明确组合或以
其他方式叙述。本专利技术意在整体阅读，使得本专利技术在任意方面和示例实现中的任意可分离特征或要素都应被视为可组合的，除非本专利技术的上下文清楚地另有说明。
[0010]因此，将要理解，提供该简要概述仅是为了总结一些示例实现以便提供对本专利技术的某些方面的基本理解。因此，将要理解，上述示例实现仅是示例，并且不应被解释为以任意方式缩小本公开的范围或精神。通过以下结合附图的详细描述，其他示例实现、方面和优点将变得清楚，附图举例说明了一些所描述的示例实现的原理。
附图说明
[0011]图1示出根据本专利技术的典型实施例的LIDAR设备；
[0012]图2示出根据本专利技术的实施例的图1的LIDAR设备的光回路的方面；
[0013]图3示出根据本专利技术的另一个实施例的图1的LIDAR设备的光回路的方面；以及
[0014]图4是根据本专利技术的方面的操作LIDAR设备的方法的流程图。
具体实施例
[0015]频率调制连续波(FMCW)光检测和测距(LIDAR)系统或设备(诸如，相干LIDAR系统)将具有两个不同延迟的光相干混合，从而产生差拍射频(RF)信号。在具有低反射率的目标或对象远离LIDAR系统的情况下，LIDAR系统接收到的来自目标的反射目标信号可能没有足够的能量以供LIDAR系统充分检测目标。在信噪比(SNR)增大情况下，LIDAR系统的感测性能得以改善。例如，在捕获到的从目标反射的光子的数目增加的情况下，感测到的信号增大。本专利技术描述了在维持低噪声水平的同时相干放大光学目标信号的有源方法。这个方法稳健、集成光学兼容，并且适于大量制造。本专利技术描述了利用从目标接收的光子的相干放大的相干LIDAR系统架构。该方法显著改善了差拍RF信号的SNR，从而使得具有较低反射率的物体以更长的距离被检测到。本专利技术的方面通过在无需朝目标发送更多光功率或者无需增大收集孔径/效率的情况下增加捕获到的光子的数目来改善LIDAR系统的SNR。此外，该方法与光学集成回路兼容，并且可以以小尺寸实现。
[0016]图1示出根据本专利技术的典型实施例的LIDAR设备100。LIDAR设备100包括多个组件中的一个或多个，但也可包括与图1中所示元件相比更少或者附加的组件。LIDAR设备100可在诸如但不限于运输、制造、计量、医疗和安全系统等的任何感测市场中实现。例如，在汽车工业中，描述的光束传递系统成为能够辅助针对自动驾驶辅助系统或自动驾驶运载工具的空间感知的频率调制连续波(FMCW)装置的前端。如图所示，LIDAR设备100包括光回路101。光回路101可包括有源光学组件和无源光学组件的组合。有源光学组件可生成、放大或检测光学信号等。在一些示例中，有源光回路包括不同波长的激光器、一个或多个光学放大器或者一个或多个光学检测器等。
[0017]无源光回路可包括用于承载光学信号的一个或多个光纤，并且将光学信号路由并操纵至有源光回路的适当输入/输出端口。无源光回路还可包括诸如抽头、波分复用器、分离器/组合器、偏振分束器、准直器等的一个或多个光纤组件。在一些实施例中，如以下进一步讨论的，无源光回路可包括用于变换偏振态并使用PBS将接收到的偏振光引导至光学检测器的组件。
[0018]光学扫描器102包括一个或多个扫描镜，该一个或多个扫描镜可沿相应的正交轴
旋转以使光学信号转向，从而根据扫描模式扫描环境。例如，可通过一个或多个电流计来使扫描镜旋转。光学扫描器102还将入射至环境中的任何对象上的光收集成返回至光回路101的无源光回路组件的返回激光束。例如，可通过偏振分束器将返回激光束引导至光学检测器。除了镜和电流计之外，光学扫描系统还可包括诸如四分之一波片、透镜和抗反射涂层窗等的组件。
[0019]为了控制和支持光回路101和光学扫描器102，LIDAR设备100包括LIDAR控制系统110。LIDAR控制系统110可用作LIDAR设备100的处理装置。在一些实施例中，LIDAR控制系统110可包括诸如数字信号处理器等的信号处理单元112。LIDAR控制系统110被配置为输出用于控制光学驱动器103的数字控制信号。在一些实施例中，可通过信号转换单元106将数字控制信号转换为模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光检测和测距设备即LIDAR设备，包括：光回路，包括：激光源，其被配置为发射激光束；光束分离器，其可操作地耦接至所述激光源，所述光束分离器被配置为使朝向目标传播的激光束分离；第一光学放大器，其可操作地耦接至所述光束分离器，所述第一光学放大器被配置为：在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及放大返回激光束以输出放大的返回激光束；以及光学组件，其可操作地耦接至所述第一光学放大器，所述光学组件被配置为基于放大的返回激光束来输出电流。2.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，所述第一光学放大器包括半导体光学放大器。3.根据权利要求1所述的LIDAR设备，所述光学组件包括：光束组合器，其可操作地耦接至所述第一光学放大器的输出，所述光束组合器被配置为接收本地振荡信号；光电检测器，其可操作地耦接至所述光束组合器；以及放大器，其可操作地耦接至所述光电检测器，所述放大器被配置为输出电流。4.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，所述光束分离器包括偏振分束器，所述LIDAR设备还包括位于所述偏振分束器之后的光学放大器。5.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，所述光束分离器包括环形器。6.根据权利要求1所述的LIDAR设备，所述光回路包括处于朝向所述目标传播的激光束的传输路径中的第二光学放大器，所述第二光学放大器可操作地耦接在所述激光源和所述光束分离器之间。7.根据权利要求1所述的LIDAR设备，所述光回路包括可操作地耦接在所述激光源和所述第一光学放大器之间的分束器，所述分束器被配置为输出被作为所述光学组件的输入而接收到的本地振荡信号。8.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，所述光回路包括在光子芯片中。9.一种用于光检测和测距设备即LIDAR设备的光回路，所述光回路包括：激光源，其被配置为发射朝向目标传播的激光束；第一光学放大器，其可操作地耦接至所述激光源，所述第一光学放大器被配置为：在返回路径中接收从所述目标反射的返回激光束，以及放大所述返回激光束以输出放大的返回激光束；以及光学组件，其可...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：艾娃有限公司，
类型：发明
国别省市：