LiDAR制造技术

提供了一种光检测和测距

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LiDAR应用中的单泵多级功率放大器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求
2022
年4月
19
日提交的标题为“LIDAR
应用中的单泵多级功率放大器
(SINGLE PUMP,MULTIPLE STAGE POWER AMPLIFIER IN LIDAR APPLICATION)”的美国专利申请序列号
17/724,251
和
2021
年4月
20
日提交的标题为“LIDAR
应用中的单泵多级功率放大器
(SINGLE PUMP,MULTIPLE STAGE POWER AMPLIFIER IN LIDAR APPLICATION)”的美国临时专利申请序列号
63/177,375
的优先权
。
出于所有目的，两个申请的内容特此通过引用以其整体并入本文
。


[0003]本公开总体上涉及激光功率放大，且更特别地，涉及在光检测和测距
(LiDAR)
扫描系统中使用的多级激光放大装置
。

技术介绍

[0004]光检测和测距
(LiDAR)
系统使用光脉冲来创建外部环境的图像或点云
。
一些典型的
LiDAR
系统包括光源
、
光发射器
、
光转向系统和光检测器
。
光源生成光束，该光束在从
LiDAR
>系统传输时由光转向系统沿特定方向引导
。
当所传输的光束被物体散射时，所散射的光中的一部分作为返回光脉冲返回到
LiDAR
系统
。
光检测器检测返回光脉冲
。
使用检测到返回光脉冲的时间与光束中对应光脉冲被传输的时间之间的差异，
LiDAR
系统可以使用光速来确定到物体的距离
。
光转向系统可以沿着不同的路径引导光束，以允许
LiDAR
系统扫描周围环境并产生图像或点云
。LiDAR
系统还可以使用除飞行时间和扫描之外的技术来测量周围环境
。

技术实现思路

[0005]本公开中所描述的系统和方法提供了一种具有多个放大级的放大装置
。
多个放大级共享单个功率泵
。
由单个功率泵提供的功率的至少一部分从第二或后面的放大级后向传播到第一放大级
。
结果，与常规的多级光学放大器相比，所公开的光学放大装置具有不太复杂的结构
、
更少的部件
、
更高的可靠性和更高的操作效率
。
所公开的光学放大装置保留或提高了多级放大装置降低放大自发辐射
(ASE)
和噪声的能力
。
[0006]在一个实施例中，提供了一种光检测和测距
(LiDAR)
扫描系统中的多级光学放大装置
。
该装置包括：第一功率放大级，其接收种子激光并输出第一放大激光；第二功率放大级，其接收第一放大激光并输出第二放大激光；以及单个光功率泵，其耦合到第二功率放大级
。
第二功率放大级被配置成放大第一放大激光以生成第二放大激光
。
由光功率泵提供的泵功率的第一部分能够递送到第一功率放大级以放大种子激光
。
[0007]在一个实施例中，提供了一种光检测和测距
(LiDAR)
扫描系统中的多级激光放大装置
。
该装置包括：第一功率放大级，其接收种子激光并输出第一放大激光；第二功率放大级，其接收第一放大激光并输出第二放大激光；第三功率放大级，其接收第二放大激光并输
出第三放大激光；以及单个光功率泵，其耦合到第三功率放大级
。
第三功率放大级放大第二放大激光
。
由光功率泵提供的泵功率的第一部分能够递送到第一功率放大级
。
[0008]提供了一种由多级光学放大装置执行以用于执行光学放大的方法
。
该方法包括：接收种子激光；由单个光功率泵生成泵激光以提供泵功率；由第一功率放大级使用泵功率的第一部分来放大种子激光以生成第一放大激光；以及由第二功率放大级使用泵功率的第二部分来放大第一放大激光以生成第二放大激光
。
泵功率的第一部分从第二功率放大级递送到第一功率放大级以放大种子激光
。
附图说明
[0009]通过参考下文结合附图描述的图，可以最好地理解本申请，在附图中，相似的部分可由相似的附图标记来引用
。
[0010]图1图示了设置或包括在机动车辆中的一个或多个示例性
LiDAR
系统
。
[0011]图2是图示示例性
LiDAR
系统与包括车辆感知和规划系统的多个其他系统之间的交互的框图
。
[0012]图3是图示示例性
LiDAR
系统的框图
。
[0013]图4是图示示例性基于光纤的激光源的框图
。
[0014]图
5A
‑
5C
图示了使用脉冲信号来测量到设置在视场
(FOV)
中的物体的距离的示例性
LiDAR
系统
。
[0015]图6是图示用于实施各种实施例中的系统
、
设备和方法的示例性设备的框图
。
[0016]图7图示了现有技术的单级前置放大器
。
[0017]图8图示了根据一些实施例的具有正向泵送和后向泵送配置的多级光学放大装置
。
[0018]图9图示了根据一些实施例的具有后向泵送和后向泵送配置的多级光学放大装置
。
[0019]图
10
图示了根据一些实施例的具有正向泵送和正向泵送配置的多级光学放大装置
。
[0020]图
11
图示了根据一些实施例的具有后向泵送和正向泵送配置的多级光学放大装置
。
[0021]图
12
图示了根据一些实施例的具有三个放大级的多级光学放大装置
。
[0022]图
13
图示了在多级激光放大装置中使用的光耦合单元的各种实施例
。
[0023]图
14
图示了单级光学放大器和多级光学放大装置两者的输出功率与泵电流之间的示例关系
。
[0024]图
15
是图示使用所公开的多级放大装置来放大种子激光的过程的流程图
。
具体实施方式
[0025]为提供对本专利技术的更透彻的理解，以下描述阐述了许多具体细节，诸如具体配置
、
参数
、
示例等
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.
一种光检测和测距
(LiDAR)
扫描系统中的多级光学放大装置，所述装置包括：第一功率放大级，所述第一功率放大级接收种子激光并输出第一放大激光；第二功率放大级，所述第二功率放大级接收所述第一放大激光并输出第二放大激光；以及单个光功率泵，所述单个光功率泵耦合到所述第二功率放大级，所述第二功率放大级被配置成放大所述第一放大激光以生成所述第二放大激光，其中，由所述光功率泵提供的泵功率的第一部分能递送到所述第一功率放大级以放大所述种子激光
。2.
根据权利要求1所述的装置，进一步包括：基于光纤的递送介质；以及第一光耦合单元，所述第一光耦合单元光学耦合到：所述种子激光，所述第一功率放大级的第一端，以及基于光纤的递送介质的第一端，其中，泵功率的所述第一部分能经由所述第一光耦合单元和所述基于光纤的递送介质递送到所述第一功率放大级
。3.
根据权利要求2所述的装置，进一步包括：第二光耦合单元，所述第二光耦合单元光学耦合到：所述第一功率放大级的第二端，所述第二功率放大级的第一端，以及所述基于光纤的递送介质的第二端，其中，泵功率的所述第一部分能进一步经由所述第二光耦合单元递送到所述第一功率放大级
。4.
根据权利要求3所述的装置，进一步包括：第三光耦合单元，所述第三光耦合单元光学耦合到：所述第二功率放大级的第二端，以及所述光功率泵，其中，由所述光功率泵提供的所述泵功率能经由所述第三光耦合单元递送到所述第二功率放大级
。5.
根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一光耦合单元
、
所述第二光耦合单元和所述第三光耦合单元中的每个包括波分复用器
(WDM)
和光学隔离器
。6.
根据权利要求4和5中任一项所述的装置，其中，所述第三光耦合单元包括光学耦合到光电检测器的光学业务接入点
(TAP)
，所述光学
TAP
促进监测所述多级激光放大装置的输出
。7.
根据权利要求1所述的装置，进一步包括：第一光耦合单元，所述第一光耦合单元光学耦合到：所述种子激光，以及所述第一功率放大级的第一端
。8.
根据权利要求7所述的装置，进一步包括：基于光纤的递送介质；以及
第二光耦合单元，所述第二光耦合单元光学耦合到：所述第一功率放大级的第二端，所述第二功率放大级的第一端，以及所述基于光纤的递送介质的第一端和第二端，其中，泵功率的所述第一部分能经由所述第二光耦合单元和所述基于光纤的递送介质递送到所述第一功率放大级
。9.
根据权利要求8所述的装置，进一步包括：第三光耦合单元，所述第三光耦合单元光学耦合到：所述第二功率放大级的第二端，以及所述光功率泵，其中，由所述光功率泵提供的所述泵功率能经由所述第三光耦合单元递送到所述第二功率放大级
。10.
根据权利要求9所述的装置，其中，所述第二光耦合单元包括：第一波分复用器
(WDM)
，所述第一波分复用器光学耦合到所述基于光纤的递送介质的所述第一端；以及第二波分复用器
(WDM)
，所述第二波分复用器光学耦合到所述基于光纤的递送介质的所述第二端
。11.
根据权利要求
10
所述的装置，其中，所述第三光耦合单元包括：第三波分复用器
(WDM)
；以及光学耦合到光电检测器的光学业务接入点
(TAP)
，所述光学
TAP
促进监测所述多级激光放大装置的输出
。12.
根据权利要求9至
11
中任一项所述的装置，其中，所述第一光耦合单元
、
所述第二光耦合单元和所述第三光耦合单元中的每个包括光学隔离器
。13.
根据权利要求1所述的装置，进一步包括：基于光纤的递送介质；以及第一光耦合单元，所述第一光耦合单元光学耦合到：所述种子激光，第一功率放大级的第一端，以及所述基于光纤的递送介质的第一端，其中，泵功率的所述第一部分能经由所述第一光耦合单元和所述基于光纤的递送介质递送到所述第一功率放大级
。14.
根据权利要求
13
所述的装置，进一步包括：第二光耦合单元，所述第二光耦合单元光学耦合到：所述第一功率放大级的第二端，所述第二功率放大级的第一端，以及所述光功率泵，其中，由所述光功率泵提供的所述泵功率能经由所述第二光耦合单元递送到所述第二功率放大级
。15.
根据权利要求
14
所述的装置，进一步包括：
第三光耦合单元，所述第三光耦合单元光学耦合到：所述第二功率放大级的第二端，以及所述基于光纤的递送介质的第二端，其中，泵功率的所述第一部分能进一步经由所述第三光耦合单元递送到所述第一功率放大级
。16.
根据权利要求
15
所述的装置，其中，所述第一光耦合单元
、
所述第二光耦合单元和所述第三光耦合单元中的每个包括波分复用器
(WDM)
和光学隔离器
。17.
根据权利要求
15
和
16
中任一项所述的装置，其中，所述第三光耦合单元包括光学耦合到光电检测器的光学业务接入点
(TAP)
，所述光学
TAP
促进监测所述多级激光放大装置的输出
。18.
根据权利要求1至
17
中任一项所述的装置，其中，所述第一功率放大级和所述第二功率放大级包括基于光纤的放大介质
。19.
根据权利要求
18
所述的装置，其中，所述基于光纤的放大介质包括稀土掺杂的介质
。20.
根据权利要求1至
19
中任一项所述的装置，其中，所述种子激光包括连续波激光或脉冲激光
。21.
根据权利要求1至
20
中任一项所述的装置，其中，第二放大激光包括
1030nm、1064nm、1530nm、1550nm
或
2000nm
波长的激光中的至少一者
。22.
根据权利要求1至
21
中任一项所述的装置，其中，与提供所述泵功率的激光相关联的波长包括
915nm、940nm、974nm、980nm
和
1530nm
中的至少一者
。23.
根据权利要求1至
22
中任一项所述的装置，进一步包括：多个光耦合单元，被配置成使所述第一功率放大级
、
所述第二功率放大级和所述光功率泵彼此光学耦合，其中，所述多个光耦合单元中的至少一个包括一个或多个光学隔离器和一个或多个波分复用器
(WDM)
构成的组件
。24.
根据权利要求1至
23

【专利技术属性】
技术研发人员：万鹏，
申请(专利权)人：图达通智能美国有限公司，
类型：发明
国别省市：