具有输入光学元件的激光雷达系统技术方案

在一个实施例中，激光雷达系统包括被配置为发射光信号的光源以及包括一个或多个检测器的接收器，该检测器配置为检测由距激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分。激光雷达系统还包括光子集成电路(PIC)，该光子集成电路包括输入光学元件，该输入光学元件被配置为接收散射光信号的一部分并将散射光信号的一部分耦合到输入光波导中。输入光波导是PIC的一个或多个光波导之一，该光波导被配置为将散射光信号的一部分传送到接收器的一个或多个检测器。激光雷达系统进一步包括被配置为确定从激光雷达系统到目标的距离的处理器。处理器。处理器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有输入光学元件的激光雷达系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年8月10日提交的美国临时专利申请No.63/063,658、2021年2月24日提交的美国专利申请No.17/183,522、2021年2月24日提交的美国专利申请No.17/183,719以及2021年2月24日提交的美国专利申请No.17/183,937的权益，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开总体上涉及光源和激光雷达系统。

技术介绍

[0004]光检测和测距(激光雷达)是一种可用于测量到远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包括光源和光接收器。光源可以包括例如发射具有特定工作波长的光的激光器。激光雷达系统的工作波长可位于例如电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分。光源朝向散射光的目标发射光，并且一些散射光在接收器处被接收回。该系统基于与接收的光相关联的一个或多个特性来确定到目标的距离。例如，激光雷达系统可以基于由光源发射的光脉冲行进到目标并返回激光雷达系统的飞行时间来确定到目标的距离。
附图说明
[0005]图1示出示例光检测和测距(激光雷达)系统。
[0006]图2示出由激光雷达系统产生的示例扫描图案。
[0007]图3示出具有示例旋转多面镜的示例激光雷达系统。
[0008]图4示出用于激光雷达系统的示例光源视场(FOV
L
)和接收器视场(FOV
R
)。
[0009]图5示出包括多个像素和多条扫描线的示例单向扫描图案。
[0010]图6示出具有发射光脉冲和本地振荡器(LO)光的光源的示例激光雷达系统。
[0011]图7示出示例接收器和与接收的光脉冲相对应的示例电压信号。
[0012]图8示出包括种子激光二极管和半导体光放大器(SOA)的示例光源。
[0013]图9示出包括具有锥形光波导的半导体光放大器(SOA)的示例光源。
[0014]图10示出具有分光器的示例光源，该分光器将来自种子激光二极管的输出光分光以产生种子光和本地振荡器(LO)光。
[0015]图11示出具有包括光波导分光器的光子集成电路(PIC)的示例光源。
[0016]图12示出包括种子激光二极管和本地振荡器(LO)激光二极管的示例光源。
[0017]图13示出包括种子激光器、半导体光放大器(SOA)和光纤放大器的示例光源。
[0018]图14示出示例光纤放大器。
[0019]图15示出种子电流(I1)、LO光、种子光、脉冲SOA电流(I2)和发射的光脉冲的示例曲线图。
[0020]图16示出种子光、发射的光脉冲、接收的光脉冲、LO光和检测器光电流的示例曲线
图。
[0021]图17示出由LO光和接收的光脉冲的相干混合产生的示例电压信号。
[0022]图18示出包括组合器和两个检测器的示例接收器。
[0023]图19示出包括集成光学组合器和两个检测器的示例接收器。
[0024]图20示出包括90度光混合器和四个检测器的示例接收器。
[0025]图21示出包括两个偏振分光器的示例接收器。
[0026]图22
‑
25各自示出包括种子激光器、半导体光放大器(SOA)和一个或多个光调制器的示例光源。
[0027]图26示出具有包括相位调制器的光子集成电路(PIC)的示例光源。
[0028]图27示出由LO光和接收的光脉冲的相干混合产生的示例电压信号，其中LO光和接收的光脉冲具有频率差Δf。
[0029]图28示出具有光子集成电路(PIC)的示例光源，该光子集成电路(PIC)包括位于分光器之前的相位调制器。
[0030]图29示出具有光子集成电路(PIC)的示例光源，该光子集成电路(PIC)包括幅度调制器和相位调制器。
[0031]图30示出种子电流(I1)、种子光、发射的光脉冲、接收的光脉冲和LO光的示例曲线图。
[0032]图31示出LO光和两个发射的光脉冲的示例时域和频域曲线图。
[0033]图32示出由LO光和接收的光脉冲的相干混合产生的示例电压信号。
[0034]图33示出由LO光与两个不同接收的光脉冲的相干混合产生的两个示例电压信号。
[0035]图34示出集成到光子集成电路(PIC)中的示例光源和接收器。
[0036]图35示出具有包括检测器阵列的接收器的示例激光雷达系统。
[0037]图36示出包括自由空间隔离器的示例光源。
[0038]图37示出包括光纤隔离器的示例光源。
[0039]图38示出包括集成光学隔离器的示例光源。
[0040]图39示出具有包括集成光学隔离器的光子集成电路(PIC)的示例光源。
[0041]图40示出具有滤波器型隔离器的示例光源。
[0042]图41示出具有有源波导隔离器的示例光源。
[0043]图42示出种子电流(I1)、种子光、隔离器电流(I3)、SOA电流(I2)和发射的光脉冲的示例曲线图。
[0044]图43示出包括具有光栅的半导体光放大器(SOA)的示例光源的侧视图。
[0045]图44示出包括具有光栅的半导体光放大器(SOA)的示例光源的顶视图。
[0046]图45示出集成到光子集成电路(PIC)中的示例光源和接收器。
[0047]图46示出集成到光子集成电路(PIC)中的示例光源和接收器，该光子集成电路是相干脉冲激光雷达系统的一部分。
[0048]图47示出被配置为接收输入光束的示例锥形波导。
[0049]图48示出具有包括正弦形状的边界的示例锥形波导。
[0050]图49示出具有包括指数形状的边界的示例锥形波导。
[0051]图50示出被配置为接收输入光束的示例光栅耦合器。
[0052]图51示出用于确定从激光雷达系统到目标的距离的示例方法。
[0053]图52示出示例计算机系统。
具体实施方式
[0054]图1示出示例光检测和测距(激光雷达)系统100。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被称为激光测距系统、激光雷达系统、LIDAR系统、激光雷达传感器或激光检测和测距(LADAR或激光雷达)系统。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括光源110、反射镜115、扫描器120、接收器140或控制器150。光源110可包括例如激光器，该激光器发射具有在电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分中的特定工作波长的光。作为示例，光源110可以包括一个或多个工作波长在约900纳米(nm)和2000nm之间的激光器。光源110发射输出光束125，该输出光束可以是以任何合适的方式脉冲化或调制以用于给定应用的连续波(CW)。输出光束125顺发射方向引导到远程目标130。作为示例，远程目标130可以位于距激光雷达系统100约1m到1km的距离D处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光雷达系统，包括：光源，其被配置为发射光信号；接收器，其包括一个或多个检测器，所述检测器被配置为检测由距所述激光雷达系统一定距离的目标散射的发射的光信号的一部分；光子集成电路(PIC)，其包括输入光学元件，所述输入光学元件被配置为接收散射光信号的所述一部分并将所述散射光信号的所述一部分耦合到输入光波导中，其中所述输入光波导是所述PIC的一个或多个光波导之一，其被配置为将所述散射光信号的所述一部分传送到所述接收器的所述一个或多个检测器；以及处理器，其被配置为基于所述散射光信号的所述一部分从所述激光雷达系统行进到所述目标并返回到所述激光雷达系统的往返时间来确定从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述输入光学元件包括锥形光波导，所述锥形光波导包括(i)被配置为接收所述散射光信号的所述一部分的输入端，以及(ii)被配置为将所述散射光信号的所述一部分耦合到所述输入光波导中的输出端，其中，所述锥形光波导的宽度从所述输入端到所述输出端减小。3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中，所述锥形光波导具有小于λ/(W
·
n)的锥角，其中，λ是所述发射的光信号的波长，W是在所述输入端处所述锥形光波导的宽度，并且n是所述锥形光波导的折射率。4.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中，所述锥形光波导是绝热锥形光波导。5.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中，所述锥形光波导的边界的至少一部分具有线性、正弦曲线、指数、抛物线或高斯形状。6.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中，所述锥形光波导的所述输入端包括抗反射涂层，所述抗反射涂层被配置为降低所述输入端在所述发射的光信号的波长处的反射率。7.根据权利要求2所述的激光雷达系统，进一步包括附接到、连接到或集成到所述PIC的输入透镜，其中，所述输入透镜被配置为将所述散射光信号的所述一部分经由所述输入端聚焦到所述锥形光波导中。8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述输入光学元件包括光栅耦合器，所述光栅耦合器包括具有折射率周期性变化的衍射光栅。9.根据权利要求8所述的激光雷达系统，其中，所述输入光学元件进一步包括锥形光波导，所述锥形光波导具有耦合到所述衍射光栅的输入端和耦合到所述输入光波导的输出端。10.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述输入光学元件包括光子晶体和超材料中的一种或多种。11.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述光源包括被配置为产生所述发射的光信号的直接发射器激光二极管。12.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述光源包括：种子激光二极管，其被配置为产生种子光信号；以及半导体光放大器(SOA)，其被配置为放大所述种子光信号以产生所述发射的光信号。
13.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其中，所述光源进一步包括光纤放大器，所述光纤放大器被配置为接收来自所述SOA的所述发射的光信号并进一步放大所述发射的光信号。14.根据权利要求1所述的激光雷达系统，进一步包括扫描器，所述扫描器被配置为将所述发射的光信号引导到所述激光雷达系统的能视域中。15.一种激...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：卢米诺有限责任公司，
类型：发明
国别省市：