一种激光雷达的收发装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光雷达的收发装置，包括发射波导、接收器及收发复用器，接收器包括：自由衍射区、第一接收波导、第二接收波导、耦合器以及第三接收波导，其中，自由衍射区的一侧接收收发复用器接收的光束，相对的另一侧的出口分别与第一接收波导和第二接收波导连接，自由衍射区的宽度至少大于第一接收波导和第二接收波导的宽度和；耦合器包括三个端口，第一端口和第二端口位于同一侧，分别与第一接收波导和第二接收波导相连，第三端口位于相对的另一侧，与第三接收波导相连。解决了调频连续波激光雷达扫描速度与系统收光效率之间的矛盾，极大的扩展了调频连续波激光雷达的扫描速度或者探测距离。或者探测距离。或者探测距离。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达的收发装置


[0001]本专利技术涉及光传感技术，尤其涉及一种激光雷达的收发装置。

技术介绍

[0002]在远距离测距的调频连续波激光雷达中，光束收发装置通常包括三部分：发射装置、接收装置及收发复用器。为完成激光雷达光束扫描功能，通常需要使用转镜等手段实现快速的对发射装置发出的光束和接收装置光束接收指向进行同步扫描。由于测距范围比较远，回光往往存在一定程度的延迟，当回光到达接收系统时，接收装置的指向已经发生了变化，导致接收光束无法准确的回到接收波导(或光纤)的中心，产生了一定的偏移，偏移量与扫描角速度、反射物体距离有关，扫描速度越快、反射物距离越远，则产生的偏移越大。且回光中心相对于接收波导中心的偏移会导致波导对回光的接收效率下降，降低系统整体的收光效率。
[0003]为解决上述问题，专利US11024669B2中通过将快速转镜放置在内部像点处的方式使得快速转镜扫描产生的偏移最小，但是这一在先技术是以牺牲发射光束扫描速度为代价的，本质上并没有真正解决问题。
[0004]另外一个较容易想到的方法是将接收波导的尺寸展宽，如图1所示。由于接收波导的基模场变大，对于接收光束同样的偏移量，接收效率的下降更小，可以在一定程度上缓解回光偏离导致的扫描效率下降的问题。但是，该依靠接收波导模场展宽来扩大偏移的容差的方法是以最佳耦合效率下降为代价的。同时，由于反射物体越远，回光的功率越小，同时产生的偏移也越大，偏移产生的接收效率下降也越大，两个因素叠加作用使得远处回光的系统收光效率急剧恶化。
专利技术内容
[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种激光雷达的收发装置，有效解决现有激光雷达效率随目标距离急剧恶化的技术问题。
[0006]本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]一种激光雷达的收发装置，包括发射波导、接收器及收发复用器，所述发射波导和接收器分别与所述收发复用器连接，所述发射波导产生的光束经由所述收发复用器发射出去，经过外界物体发射后经由所述收发复用器回到所述接收器的入口；
[0008]所述接收器包括：自由衍射区、第一接收波导、第二接收波导、耦合器以及第三接收波导，其中，
[0009]所述自由衍射区的一侧接收所述收发复用器接收的光束，相对的另一侧的出口分别与所述第一接收波导和第二接收波导连接，所述自由衍射区的宽度至少大于所述第一接收波导和第二接收波导的宽度和；
[0010]所述耦合器包括三个端口，第一端口和第二端口位于同一侧，分别与第一接收波导和第二接收波导相连，第三端口位于相对的另一侧，与第三接收波导相连。
[0011]本专利技术提供的激光雷达的收发装置，接收器利用相对中心偏移的第一接收波导/第二接收波导及自由衍射区等结构的配置，使得接收器回光强度的最大值和接收效率的最大值不在同一个位置出现，将系统总的接收效率曲线被拉平，保障整个被测目标距离范围之内都可以获得比较高的系统接收效率，避免了在先技术中系统效率随目标距离急剧恶化的技术问题。解决了调频连续波激光雷达扫描速度与系统收光效率之间的矛盾，极大的扩展了调频连续波激光雷达的扫描速度或者探测距离。
附图说明
[0012]下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
[0013]图1为在先技术中展宽接收波导的激光雷达的收发装置；
[0014]图2为本专利技术中激光雷达的收发装置结构示意图；
[0015]图3为本专利技术中激光雷达的收发装置工作原理示意图；
[0016]图4为本专利技术中激光雷达的收发装置一实例结构示意图；
[0017]图5为本专利技术中激光雷达的收发装置另一实例结构示意图；
[0018]图6为本专利技术中激光雷达的收发装置扫描速度分别为正、负和零时接收光束偏移示意图；
[0019]图7为如图1所示在先技术和本专利技术如图2所示激光雷达的收发装置回光强度、接收器接收效率及系统总体接收效率比较图；
[0020]图8为本专利技术一实例中回光强度和系统效率与反射距离之间关系的仿真结果图。
[0021]附图标记：
[0022]1‑
发射波导，2
‑
接收器，2.1
‑
自由衍射区，2.2
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第一接收波导，2.3
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第二接收波导，2.4
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耦合器，2.4.1
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第一端口，2.4.2
‑
第二端口，2.4.3
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第三端口，2.5
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第三接收波导，2.6
‑
级联直接耦合器，2.7
‑
Y型耦合器，3
‑
收发复用器。
具体实施方式
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0024]本专利技术的激光雷达的收发装置，如图2所示，包括发射波导1、接收器2及收发复用器3，发射波导1和接收器2分别与收发复用器3连接，发射波导1产生的光束经由收发复用器3发射出去，经过外界物体发射后经由收发复用器3回到接收器2的入口。接收器2包括：自由衍射区2.1、第一接收波导2.2、第二接收波导2.3、耦合器2.4以及第三接收波导2.5，其中，自由衍射区2.1的一侧接收收发复用器3接收的光束，相对的另一侧的出口分别与第一接收波导2.2和第二接收波导2.3连接，自由衍射区2.1的宽度至少大于第一接收波导2.2和第二接收波导2.3的宽度和；耦合器2.4包括三个端口，第一端口2.4.1和第二端口2.4.2位于同一侧，分别与第一接收波导2.2和第二接收波导2.3相连，第三端口2.4.3位于相对的另一侧，与第三接收波导2.5相连。
[0025]在本实施例中，发射波导1引导从激光光源接收的光产生光束，该光束经过收发复用器3之后，发射到空间中，形成扫描光束；经过目标物体反射之后，再通过收发复用器3返回到接收器2的入口，如图3所示。
[0026]收发复用器3可以为偏振复用器、功率复用器或光环形器等，可以根据实际应用进行选定。耦合器2.4优选为3dB耦合器2.4，级联直接耦合器2.4或Y型耦合器2.4，其中，在耦合器2.4为级联直接耦合器2.6的实例中，结构示意图如图4所示；在耦合器2.4为Y型耦合器2.7的实例中，结构示意图如图5所示。
[0027]接收器中第一接收波导2.2和/或第二接收波导2.3偏离自由衍射区中轴线方向设置，中轴线为第一接收波导或第二接收波导的设置方向，优选的设定方式为沿自由衍射区2.1的中轴线对称设置。自由衍射区2.1、第一接收波导2.2和第二接收波导2.3的宽度值同样可根据实际情况进行配置，满足自由衍射区2.1的宽度可配置为第一接收波导2.2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达的收发装置，其特征在于，包括发射波导、接收器及收发复用器，所述发射波导和接收器分别与所述收发复用器连接，所述发射波导产生的光束经由所述收发复用器发射出去，经过外界物体发射后经由所述收发复用器回到所述接收器的入口；所述接收器包括：自由衍射区、第一接收波导、第二接收波导、耦合器以及第三接收波导，其中，所述自由衍射区的一侧接收所述收发复用器接收的光束，相对的另一侧的出口分别与所述第一接收波导和第二接收波导连接，所述自由衍射区的宽度至少大于所述第一接收波导和第二接收波导的宽度和；所述耦合器包括三个端口，第一端口和第二端口位于同一侧，分别与第一接收波导和第二接收波导相连，第三端口位于相对的另一侧，与第三接收波导相连。2.如权利要求1所述的收发装置，其特征在于，所述耦合器为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：挚感苏州光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：