一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，该系统包括种子源激光发射装置、增益光纤及隔离器；还包括泵浦源激光发射装置及合束器；用于发射信号光的种子源激光发射装置包括种子源阵列、种子源阵列光束准直装置及种子源阵列光束耦合装置；泵浦源激光发射装置包括依次光路连接的泵浦源阵列、泵浦源阵列光束准直装置、泵浦源阵列光束耦合装置；种子源阵列及泵浦源阵列均包括VCSEL阵列；种子源、泵浦源阵列光束耦合装置将阵列光束聚焦并耦合到光纤中；合束器用于将泵浦光耦合到增益光纤中；增益光纤用于吸收泵浦光，并对信号光进行放大；隔离器用于单向输出放大并隔离后向传输的信号光。本发明专利技术体积小，光束质量好，可靠性高。靠性高。靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统及方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达领域，特别涉及一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，在激光雷达应用中，1.5um波长的MOPA光源是激光雷达的热门光源之一，1.5um波长的MOPA通常是采用调制的1.5um波长的边发射半导体激光器作为种子源，再用连续工作的9XXnm的边发射半导体激光器作为光纤放大器的泵浦源，对种子源信号光进行放大后得到所需的激光雷达光源。激光雷达光源需要在
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40～105℃的环境温度下正常工作。由于边发射半导体激光器的特性是波长随温度变化而变化，通常会达到0.3nm/℃，在低温工作时输出波长会变短，在高温工作时输出波长会变长，种子源波长的剧烈变化会严重影响激光雷达的探测性能，泵浦源波长的剧烈变化会影响激光雷达光源的功耗。所以在低温端和高温端工作时，为保证激光雷达光源正常工作，通常需要对种子源和泵浦源进行温控，从而保证种子源输出波长在
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40度到105度的范围内保持一致，并保证泵浦源的泵浦效率。同时，使用连续工作的边发射半导体激光器作为光纤放大器的泵浦源，会带来泵浦源发热量大的问题。对种子源和泵浦源进行温控会导致激光雷达的功耗上升，而且激光雷达光源的成本会居高不下。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统及方法。
[0004]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0005]一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，该系统包括依次光路连接的种子源激光发射装置、激光放大装置及隔离装置；还包括泵浦源激光发射装置及合束装置；种子源激光发射装置，其用于发射信号光，其包括依次光路连接的种子源阵列、种子源阵列光束准直装置及种子源阵列光束耦合装置；泵浦源激光发射装置包括依次光路连接的泵浦源阵列、泵浦源阵列光束准直装置、泵浦源阵列光束耦合装置；种子源阵列及泵浦源阵列均包括VCSEL阵列；种子源阵列光束准直装置及泵浦源阵列光束准直装置用于准直对应的阵列光束；种子源阵列光束耦合装置及泵浦源阵列光束耦合装置用于将对应的阵列光束进行聚焦并耦合到光纤中；合束装置包括合束器，激光放大装置包括增益光纤，隔离装置包括隔离器；合束器用于将泵浦光耦合到增益光纤中；增益光纤用于吸收泵浦光，并对信号光进行放大；隔离器用于单向输出放大的信号光并隔离后向传输的光。
[0006]进一步地，泵浦源激光发射装置包括正向泵浦源激光发射装置和/或反向泵浦源激光发射装置；正向泵浦源激光发射装置与种子源激光发射装置位于激光放大装置的同一侧；反向泵浦源激光发射装置与种子源激光发射装置分别位于激光放大装置的两侧。
[0007]进一步地，种子源阵列光束准直装置及泵浦源阵列光束准直装置均包括微透镜阵
列；微透镜阵列与VCSEL阵列一一对应。
[0008]进一步地，微透镜阵列中微透镜为球面或非球面或柱面。
[0009]进一步地，种子源阵列光束耦合装置及泵浦源阵列光束耦合装置均包括耦合透镜。
[0010]进一步地，种子源发射的信号光波长为1.5um。
[0011]进一步地，泵浦源发射的泵浦光波长为900nm～1000nm。
[0012]进一步地，由一个增益光纤、一个泵浦源激光发射装置及一个合束器构成一级放大器；该系统设有依次级联的多级放大器。
[0013]本专利技术还提供了一种利用上述的用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统的用于激光雷达的MOPA结构的激光发射方法，泵浦源阵列发射的准连续泵浦光被泵浦源阵列光束准直装置准直，然后被泵浦源阵列光束耦合装置聚焦并耦合到合束器的泵浦信号端光纤中，种子源阵列在脉冲状态下工作，其发射的脉冲信号光被种子源阵列光束准直装置准直，然后被种子源阵列光束耦合装置聚焦并耦合到增益光纤中；准连续泵浦光被合束器耦合到增益光纤中，准连续泵浦光被增益光纤吸收，增益光纤处于粒子数反转状态，脉冲信号光在增益光纤中得到放大，最后经过隔离器后输出。
[0014]进一步地，准连续工作的泵浦源阵列发射的泵浦光重复频率小于或等于种子源阵列发射的信号光重复频率。
[0015]本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术的一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，采用准连续方式工作的MOPA，可以提高泵浦源峰值功率，并减少泵浦源的发热量，降低MOPA的功耗。采用VCSEL阵列作为种子源，其调制性能比边发射半导体激光器更好，且其输出信号光功率更高，所以单级放大就可以实现激光雷达所需的功率。采用VCSEL阵列作为泵浦源，因为单个VCSEL的发射孔径所发射的泵浦光发散角比边发射半导体激光器更小，光束质量更好，从而其耦合到光纤中的效率更高。VCSEL的波长随温度漂移的性能比边发射半导体激光器的更好，种子源不需要温控就可以满足使用要求，降低了MOPA的成本。在长时间工作后即使单个VCSEL的发射孔失效对整个VCSEL的性能影响也很小，所以VCSEL的MOPA的可靠性比边发射的MOPA要更高。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统采用正向泵浦光路结构示意图。
[0017]图2为本专利技术的一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统采用反向泵浦光路结构示意图。
[0018]图3为本专利技术的一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统采用双向泵浦光路结构示意图。
[0019]图中：1、种子源阵列；2、种子源阵列光束准直装置；3、种子源阵列光束耦合装置；4、泵浦源阵列；5、泵浦源阵列光束准直装置；6、泵浦源阵列光束耦合装置；7、合束器；8、增益光纤；9、隔离器、A、正向泵浦源激光发射装置；B、反向泵浦源激光发射装置。
具体实施方式
[0020]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]在本专利技术的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0022]请参见图1至图3，一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，该系统包括依次光路连接的种子源激光发射装置、激光放大装置及隔离装置；还包括泵浦源激光发射装置及合束装置；种子源激光发射装置，其用于发射信号光，其包括依次光路连接的种子源阵列1、种子源阵列光束准直装置2及种子源阵列光束耦合装置3；泵浦源激光发射装置包括依次光路连接的泵浦源阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，其特征在于，该系统包括依次光路连接的种子源激光发射装置、激光放大装置及隔离装置；还包括泵浦源激光发射装置及合束装置；种子源激光发射装置，其用于发射信号光，其包括依次光路连接的种子源阵列、种子源阵列光束准直装置及种子源阵列光束耦合装置；泵浦源激光发射装置包括依次光路连接的泵浦源阵列、泵浦源阵列光束准直装置、泵浦源阵列光束耦合装置；种子源阵列及泵浦源阵列均包括VCSEL阵列；种子源阵列光束准直装置及泵浦源阵列光束准直装置用于准直对应的阵列光束；种子源阵列光束耦合装置及泵浦源阵列光束耦合装置用于将对应的阵列光束进行聚焦并耦合到光纤中；合束装置包括合束器，激光放大装置包括增益光纤，隔离装置包括隔离器；合束器用于将泵浦光耦合到增益光纤中；增益光纤用于吸收泵浦光，并对信号光进行放大；隔离器用于单向输出放大的信号光并隔离后向传输的光。2.根据权利要求1所述的用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，其特征在于，泵浦源激光发射装置包括正向泵浦源激光发射装置和/或反向泵浦源激光发射装置；正向泵浦源激光发射装置与种子源激光发射装置位于激光放大装置的同一侧；反向泵浦源激光发射装置与种子源激光发射装置分别位于激光放大装置的两侧。3.根据权利要求1所述的用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，其特征在于，种子源阵列光束准直装置及泵浦源阵列光束准直装置均包括微透镜阵列；微透镜阵列与VCSEL阵列一一对应。4.根据权利要求3所述的用于激光雷达的MOPA结构的激光发射系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张哨峰，丁广雷，张华平，胡豪成，杨建阳，
申请(专利权)人：福建海创光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：