一种双光谱超表面、点云产生器件及激光雷达发射系统技术方案

本发明专利技术提供一种双光谱超表面、双光谱准直

【技术实现步骤摘要】
一种双光谱超表面、点云产生器件及激光雷达发射系统


[0001]本专利技术涉及超表面器件领域，尤其涉及一种双光谱超表面、双光谱准直
‑
点云/多线产生器件及激光雷达发射系统。

技术介绍

[0002]激光雷达在汽车自动驾驶、精密建模以及三维遥感等科学与工业领域中作为基本元器件起着至关重要的作用。传统激光雷达发射系统由单一波长的激光、准直透镜、衍射光学元件(用于产生点云)构成。然而，传统的激光雷达发射系统有着体积大、重量沉、结构复杂和不能分别物体材质等方面的不足。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种双光谱超表面、双光谱准直
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点云/多线产生器件及包含其的激光雷达发射系统。
[0004]本专利技术实施例的第一方面提供一种双光谱超表面，设置于同一表面，包括呈阵列状排列的多个超表面结构单元，每个所述超表面结构单元的中心位置，或者每个所述超表面结构单元的中心位置和顶点位置分别设置有一个纳米结构；所述超表面结构单元能够高效率透过不同波段的光，所述不同波段的光包括近红外光930
‑
950nm和近红外光1530
‑
1570nm。
[0005]可选地，所述超表面结构单元为正六边形和/或正方形；
[0006]当入射光为偏振光或非偏振光时，该双光谱超表面上的所述纳米结构沿第一轴和第二轴分别轴对称，且将所述纳米结构沿着所述第一轴和所述第二轴进行切分所得到的多个纳米结构单元相同，其中所述第一轴和所述第二轴垂直，且所述第一轴和所述第二轴分别垂直于所述纳米结构的高度方向；不同位置的所述纳米结构在不同波长下的光相位不同。
[0007]本专利技术实施例的第二方面提供一种双光谱准直
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点云/多线产生器件，包括：
[0008]基板，在两个光谱时都具有高透过率；
[0009]如上任意一项所述的双光谱超表面，设置于所述基板的两面，其中靠近光源一面为准直超表面，其用于激光光源的发散光速；其中远离光源的一面为点云/多线产生超表面，其用于在远场产生点云/多线。
[0010]可选地，所述基板为石英玻璃或者肖特玻璃或者冕牌玻璃，所述基板的厚度为0.1mm至10mm。
[0011]可选地，所述准直超表面的相位满足：
[0012][0013][0014]其中，为准直超表面对第一近红外光的相位分布，r为准直超表面沿半径方向的位置，λ1在近红外光930
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950nm中，f1为准直超表面对第一近红外光的焦距；为准直超表面对第二近红外光的相位分布，r为准直超表面沿半径方向的位置，λ2在近红外光1530
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1570nm中，f2为准直超表面对第二近红外光的焦距。
[0015]可选地，所述点云/多线产生超表面的相位分布由远场点云/多线分布决定，此相位分布可由Gerchberg
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Saxton迭代算法计算得到。
[0016]本专利技术的双光谱准直
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点云/多线产生器件，把准直系统和衍射光学元件(点云/多线产生器件)集成到一个单一器件上，结构简单、重量轻、体积小且易于集成。
[0017]本专利技术实施例的第三方面提供一种激光雷达发射系统，包括：
[0018]两个激光器，中心波长分别在940nm与1550nm；
[0019]一个二向色镜；
[0020]一套扫描系统；以及
[0021]一个如上任意一项所述的双光谱准直
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点云/多线产生器。
[0022]可选地，所述激光器的光源为点光源，经准直后发散角为1mrad～5mrad；或者所述激光器的光源为面光源，经准直后发散角为1mrad
×
1mrad～5mrad
×
5mrad。
[0023]可选地，该激光雷达发射系统在远场投射的点数为100～1000000；该激光雷达发射系统在远场投射的线数为16～1024。
[0024]可选地，所述扫描系统对激光波长不敏感；所述扫描系统为机械式反射扫描镜或者MEMS反射振镜。
[0025]由以上本专利技术实施例提供的技术方案可见，本专利技术的激光雷达发射系统把准直系统和衍射光学元件(点云/多线产生器件)集成到一个单一器件上，因此，该激光雷达发射系统结构简单、重量轻、体积小且易于集成的优点。
[0026]另外，本专利技术的激光雷达发射系统具有双光谱发射能力，相比现有的激光雷达发射系统，本专利技术的激光雷达发射系统的光学系统具有探测不同材质的能力。
[0027]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0028]图1A是本专利技术一实施例中的超表面的正六边形排列图；
[0029]图1B是本专利技术一实施例中的超表面的正方形排列图；
[0030]图2A是本专利技术一实施例中的正纳米柱结构的示意图；
[0031]图2B是本专利技术一实施例中的负纳米柱结构的示意图；
[0032]图2C是本专利技术一实施例中的中空纳米柱结构的示意图；
[0033]图2D是本专利技术一实施例中的负中空纳米柱结构的示意图；
[0034]图2E是本专利技术一实施例中的方纳米柱结构的示意图；
[0035]图2F是本专利技术一实施例中的负方纳米柱结构的示意图；
[0036]图2G是本专利技术一实施例中的中空方纳米柱结构的示意图；
[0037]图2H是本专利技术一实施例中的负中空方纳米柱结构的示意图；
[0038]图2I是本专利技术一实施例中的拓扑纳米柱结构的示意图；
[0039]图3A是本专利技术一实施例中的工作波长940nm光相位与石英基底和非晶体硅材质的纳米柱结构直径关系图；
[0040]图3B是本专利技术一实施例中的工作波长940nm光透过率与石英基底和非晶体硅材质的纳米柱结构直径关系图；
[0041]图3C是本专利技术一实施例中的工作波长1550nm光相位与石英基底和非晶体硅材质的纳米柱结构直径关系图；
[0042]图3D是本专利技术一实施例中的工作波长1550nm光透过率与石英基底和非晶体硅材质的纳米柱结构直径关系图。
[0043]图4A是本专利技术一实施例中的一种双光谱准直
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点云/多线产生器件结构示意图；
[0044]图4B是本专利技术一实施例中的一种双光谱准直
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点云/多线产生器件相位迭代计算流程图；
[0045]图5A是本专利技术一实施例中的一种激光雷达发射系统示意图；
[0046]图5B是本专利技术另一实施例中的一种激光雷达发射系统示意图；
[0047]图6A是图5A、5B所示的激光雷达发射系统中的双光谱准直
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点云/多线产生器件的准直超表面在940nm的光相位与超透镜半径的曲线关系图；
[0048]图6B是图5A、5B所示的激光雷达发射系统中的双光谱准直
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双光谱超表面，设置于同一表面，其特征在于，包括呈阵列状排列的多个超表面结构单元，每个所述超表面结构单元的中心位置，或者每个所述超表面结构单元的中心位置和顶点位置分别设置有一个纳米结构；所述超表面结构单元能够高效率透过不同波段的光，所述不同波段的光包括近红外光930
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950nm和近红外光1530
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1570nm。2.根据权利要求1所述的双光谱超表面，其特征在于，所述超表面结构单元为正六边形和/或正方形；当入射光为偏振光或非偏振光时，该双光谱超表面上的所述纳米结构沿第一轴和第二轴分别轴对称，且将所述纳米结构沿着所述第一轴和所述第二轴进行切分所得到的多个纳米结构单元相同，其中所述第一轴和所述第二轴垂直，且所述第一轴和所述第二轴分别垂直于所述纳米结构的高度方向；不同位置的所述纳米结构在不同波长下的光相位不同。3.一种双光谱准直
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点云/多线产生器件，其特征在于，包括：基板，在两个光谱时都具有高透过率；如权利要求1至2任意一项所述的双光谱超表面，设置于所述基板的两面，其中靠近光源一面为准直超表面，其用于激光光源的发散光速；其中远离光源的一面为点云/多线产生超表面，其用于在远场产生点云/多线。4.根据权利要求3所述的双光谱准直
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点云/多线产生器件，其特征在于，所述基板为石英玻璃或者肖特玻璃或者冕牌玻璃，所述基板的厚度为0.1mm至10mm。5.根据权利要求3所述的双光谱准直
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点云/多线产生器件，其特征在于，所述准直超表面的相位满足：面的相位满足：其中，为准...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝成龙，谭凤泽，朱健，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：