激光雷达制造技术

一种激光雷达，包括：发射单元，所述发射单元包括：窄线宽光源，所述发射单元适宜于产生探测光；出射至三维空间的探测光被反射后形成回波光；滤光片和探测单元，所述滤光片和所述探测单元依次位于所述回波光的光路上，所述探测单元包括：单光子探测器，所述探测单元适宜于接收透射所述滤光片的回波光。窄线宽光源、滤光片和单光子探测器的配合能够有效提高信噪比。噪比。噪比。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达


[0001]本专利技术涉及激光探测，特别涉及一种激光雷达。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。激光雷达的工作原理是利用激光往返于雷达和目标之间所用的时间，或者调频连续光在雷达和目标之间往返所产生的频移来评估目标的距离或速度等信息。
[0003]测远性能是激光雷达的一项重要技术指标。激光雷达的测远性能主要取决于系统的信噪比水平。而环境光作为一项重要噪声来源，抑制环境光一直是激光雷达设计中的一项重要目标。
[0004]随着SiPM、SPAD等单光子探测器件引入激光雷达，由于其更强的光子探测能力、更高的灵敏度、更低的电子噪声，使得环境光成为了最主要的噪声信号来源。因此在具有单光子探测器件的激光雷达中，抑制环境光变得尤为重要。
[0005]但是现有激光雷达设计往往难以这种满足需求，从而影响了激光雷达的整体性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的问题是如何抑制环境光噪声，从而提高激光雷达的信噪比、提高测远性能。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种激光雷达，包括：
[0008]发射单元，所述发射单元包括：窄线宽光源，所述发射单元适宜于产生探测光；出射至三维空间的探测光被反射后形成回波光；滤光片和探测单元，所述滤光片和所述探测单元依次位于所述回波光的光路上，所述探测单元包括：单光子探测器，所述探测单元适宜于接收透射所述滤光片的回波光。
[0009]可选的，所述窄线宽光源的线宽在1nm以内。
[0010]可选的，所述窄线宽光源包括：窄线宽激光器模组和窄线宽激光器中的至少一种。
[0011]可选的，所述窄线宽激光器模组包括：至少一个半导体激光器和位于所述半导体激光器发光光路上的外腔反馈器件。
[0012]可选的，所述半导体激光器包括：边发射激光器和垂直腔面发射激光器中的至少一种。
[0013]可选的，所述外腔反馈器件包括：光栅。
[0014]可选的，所述光栅包括：体布拉格光栅和体光纤光栅中的至少一种。
[0015]可选的，所述外腔反馈器件的入射面垂直于所述半导体激光器所产生的光束的光轴。
[0016]可选的，所述窄线宽激光器模组还包括：准直器件，所述准直器件位于所述半导体
激光器和所述外腔反馈器件之间的光路上以压缩光束发散角。
[0017]可选的，入射至所述外腔反馈器件的光束的发散角小于10
°
。
[0018]可选的，所述半导体激光器所产生的光束垂直入射至所述外腔反馈器件。
[0019]可选的，所述半导体激光器的出光前腔面的反射率小于预设值以使所述外腔反馈器件所反射的光线再次投射入所述半导体激光器。
[0020]可选的，所述半导体激光器的出光前腔面的反射率在5％以内。
[0021]可选的，所述半导体激光器和所述外腔反馈器件之间的距离小于预设值以提高所述外腔反馈器件的反馈效率。
[0022]可选的，所述半导体激光器和所述外腔反馈器件之间的距离小于5mm。
[0023]可选的，所述外腔反馈器件为体布拉格光栅，所述体布拉格光栅的厚度小于预设值以提高所述外腔反馈器件的反馈效率。
[0024]可选的，所述体布拉格光栅的厚度在5mm以内。
[0025]可选的，所述窄线宽激光器包括：分布式反馈激光器和光子晶体表面发射激光器中的至少一种。
[0026]可选的，所述滤光片的带宽基于所述发射单元所产生探测光的波长确定以抑制环境光。
[0027]可选的，所述滤光片为超窄带滤光片。
[0028]可选的，所述滤光片的带宽在10nm以内。
[0029]可选的，还包括：出射传输单元和接收传输单元，所述出射传输单元位于所述探测光的光路上，所述接收传输单元位于所述回波光的光路上；所述接收传输单元和所述出射传输单元中至少一个具有远心设计。
[0030]可选的，所述接收传输单元包括接收光阑和接收光学组件，所述接收光阑位于所述接收光学组件远离所述探测单元一侧的焦平面上；和/或，所述出射传输单元包括出射光阑和出射光学组件；所述出射光阑位于所述发射光学组件远离所述发射单元一侧的焦平面上。
[0031]可选的，所述接收光学组件包括：正
‑
负透镜组以拉长焦距。
[0032]可选的，所述回波光垂直入射至所述滤光片。
[0033]可选的，所述单光子探测器包括：SiPM探测器和SPAD探测器中的至少一种。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
[0035]本专利技术技术方案中，所述发射单元包括窄线宽光源，所述探测单元包括单光子探测器。所述窄线宽光源所产生探测光线宽很小、波长稳定，能够为滤光带宽的压缩提供足够的空间，即所述滤光片能够设置为带宽相当小的滤光片，能够有效抑制环境光，配合探测单元中的单光子探测器，能够有效提高信噪比；而且单光子探测器具有更低的电路噪声和暗噪声，从而能够进一步改善信噪比。
[0036]本专利技术可选方案中，所述外腔反馈器件的入射面垂直于所述半导体激光器所产生光束的光轴；通过准直器件压缩半导体激光器所产生光束的发散角；使得半导体激光器所产生的光束以尽可能垂直的方式入射至所述外腔反馈器件，从而以保证外腔反馈器件所锁定波长的精度，有效保证探测光光谱带宽的压缩效果，进而达到改善信噪比的目的。
[0037]本专利技术可选方案中，所述外腔反馈器件和所述半导体激光器之间的距离和所述探
测光在所述外腔反馈器件内部光程的长度通过特别设计以满足各自的预设值，以有效保证外腔反馈器件的反馈效率。
[0038]本专利技术可选方案中，所述窄线宽光源还可以是窄线宽激光器，例如分布式反馈激光器或者光子晶体表面发射激光器中的至少一种。窄线宽激光器所形成光束的线宽较窄，直接采用窄线宽激光器作为光源，能够实现光源的集成式设置，有利于激光雷达集成度的提高。
[0039]本专利技术可选方案中，所述激光雷达还包括：超窄带滤光片。由于所述发射单元包括窄线宽光源，其光谱带宽极小，例如可以小于1nm，而且具有较低的光谱温漂，因此所述超窄带滤光片的带宽极小，例如可以小于10nm，能够有效抑制环境光噪声，进而达到改善信噪比的目的。
[0040]本专利技术可选方案中，回波光垂直入射至所述超窄带滤光片，防止滤光片在回波光偏离垂直入射时出现透射波长变化，从而保证所述超窄带滤光片的带宽稳定，有效抑制滤光片角度漂移导致的回波光损失。
[0041]本专利技术可选方案中，所述接收传输单元和所述出射传输单元中至少一个具有远心设计。对于接收传输单元而言，远心设计的光路能够使回波光聚焦后基本垂直入射至所述超窄带滤光片和探测单元，从而达到抑制角度漂移的目的；对于出射传输单元而言，远心设计的光路，使垂直于焦平面的探测光都准直后经光阑出射，能有效保证出光效率。
[0042]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达，其特征在于，包括：发射单元，所述发射单元包括：窄线宽光源，所述发射单元适宜于产生探测光；出射至三维空间的探测光被反射后形成回波光；滤光片和探测单元，所述滤光片和所述探测单元依次位于所述回波光的光路上，所述探测单元包括：单光子探测器，所述探测单元适宜于接收透射所述滤光片的回波光。2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述窄线宽光源的线宽在1nm以内。3.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述窄线宽光源包括：窄线宽激光器模组和窄线宽激光器中的至少一种。4.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述窄线宽激光器模组包括：至少一个半导体激光器和位于所述半导体激光器发光光路上的外腔反馈器件。5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述半导体激光器包括：边发射激光器和垂直腔面发射激光器中的至少一种。6.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述外腔反馈器件包括：光栅。7.如权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述光栅包括：体布拉格光栅和体光纤光栅中的至少一种。8.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述外腔反馈器件的入射面垂直于所述半导体激光器所产生的光束的光轴。9.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述窄线宽激光器模组还包括：准直器件，所述准直器件位于所述半导体激光器和所述外腔反馈器件之间的光路上以压缩光束发散角。10.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，入射至所述外腔反馈器件的光束的发散角小于10
°
。11.如权利要求4、8～10中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述半导体激光器所产生的光束垂直入射至所述外腔反馈器件。12.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述半导体激光器的出光前腔面的反射率小于预设值以使所述外腔反馈器件所反射的光线再次投射入所述半导体激光器。13.如权利要求4或12所述的激光雷达，其特征在于，所述半导体激光器的出光前腔面的反射率在5％以内。14.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世祥，李大汕，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：