【技术实现步骤摘要】
本专利技术大致涉及光电领域，尤其涉及激光发射装置、包括该激光发射装置的激光雷达以及激光器的频率控制方法。
技术介绍
1、对于激光器来说，激光器的线宽为影响其测量性能的关键指标，当用于测量时，激光器线宽(发射光谱的半高全宽)越小，则可以实现的测远能力与测距精度会越好。对于调频连续波(fmcw)雷达尤其如此。扫频激光器在激光雷达、光频域反射仪、激光成像、生物传感等众多应用场景中有重要应用。其中扫频激光器的扫频速度决定了测量速度，而扫频激光器线宽越小，扫频线性度越好，则激光雷达可以实现的测远能力与测距精度会越好。因此，一种同时具有高扫频速度、窄线宽、高线性度等特性的扫频激光器才能实现高精度、高速和远距的激光探测。图1示出了调频连续波激光雷达通常使用的三角波形式的扫频信号，包括斜率不同的两段线性扫频区间。
2、目前调频连续波激光雷达通过两种方法实现扫频：1)外调，即用光电调制器把射频信号加载上去实现调频；2)直调，即改变激光器的工作电流，让它的工作波长实现线性调频。第1种外调方式的集成度很低，成本很高；对于第2种直调方式，现有技术中有提出直接对分布反馈式激光器(dfb)的电流进行调制实现扫频并通过光电锁相环对扫频线性度进行优化，但会造成频率噪声较大，从而影响测量精度。现有技术中还提出将dfb激光器的输出波长锁定在一个光纤布拉格光栅(fbg)滤波器的中心波长上，利用滤波器的窄带特性抑制激光器的频率噪声，以达到压缩激光器线宽的效果，再利用滤波器的波长可调谐特性使激光器频率随滤波器中心波长变化，从而实现扫频，但由于fbg滤波器的波
3、
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
1、针对现有技术中的一个或多个缺陷，本专利技术提供一种激光发射装置，包括：
2、激光器，配置成可发射出激光束；
3、第一耦合器，所述第一耦合器配置成接收所述激光束，并将其分成第一激光束和第二激光束；
4、频率-幅度转换器，配置成从所述第一耦合器接收所述第一激光束，所述频率-幅度转换器包括相位调制器；和
5、相位控制单元，其中所述相位控制单元配置成可控制所述相位调制器以按预设模式设置所述相位调制器的相位调制特性，其中所述频率-幅度转换器配置成可根据所设置的相位调制特性产生具有幅值变化的光信号，所述具有幅值变化的光信号可表征所设置的相位调制特性；
6、探测模块，配置成接收所述具有幅值变化的光信号和所述第二激光束，并根据所述具有幅值变化的光信号和所述第二激光束产生表征所设置的相位调制特性的控制信号；和
7、控制装置，所述控制装置耦接到所述探测模块和激光器，并配置成根据所述控制信号调节所述激光器的驱动信号，以改变所述激光器发射出的激光束的频率。
8、根据本专利技术的一个方面，所述频率-幅度转换器配置成可根据所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性产生所述具有幅值变化的光信号，所述具有幅值变化的光信号可表征所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性，所述探测模块配置成产生表征所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性的控制信号，所述控制装置配置成根据所述控制信号调节所述激光器的驱动信号，以减小所述激光器发射的激光束的频率抖动。
9、根据本专利技术的一个方面，所述相位控制单元进一步配置成可根据所述具有幅值变化的光信号来控制所述相位调制器，以稳定所述相位调制器的相位调制特性。
10、根据本专利技术的一个方面，所述频率-幅度转换器具有第一传输臂和第二传输臂、以及第二耦合器和第三耦合器，所述第二耦合器和第三耦合器分别连接在所述第一传输臂和第二传输臂的两端，所述第二耦合器配置成将所述第一激光束分为第一子束和第二子束，其中第一子束被耦合到所述第一传输臂中，所述第二子束被耦合到所述第二传输臂中，所述第一子束和第二子束经所述第三耦合器后生成所述具有幅值变化的光信号。
11、根据本专利技术的一个方面，所述相位调制器包括连接在所述第一传输臂和/或第二传输臂中的光程可变元件，所述相位控制单元配置成可通过按照所述预设模式改变所述光程可变元件的光程来设置所述相位调制器的相位调制特性，从而控制所述激光器线性扫频。
12、根据本专利技术的一个方面，所述光程可变元件包括电光晶体，所述相位控制单元配置成可通过改变施加在所述电光晶体上的电压来改变其光程。
13、根据本专利技术的一个方面，所述相位控制单元包括第一探测器、滤波器和第一驱动源，第三耦合器配置成将所述具有幅值变化的光信号分束为第三子束和第四子束，其中所述第一探测器接收所述第三子束，所述探测模块配置成接收所述第四子束，所述滤波器耦接在所述第一探测器与第一驱动源之间，并配置成对所述第一探测器的输出信号进行滤波，所述第一驱动源配置成根据所述滤波器的输出信号控制所述第一驱动源，以改变施加到所述电光晶体上的电压。
14、根据本专利技术的一个方面，所述相位控制单元配置成将所述滤波器的输出信号的强度与预设值相比较，当所述滤波器的输出信号的强度偏离所述预设值时，通过改变所述电光晶体的电压，改变所述第一传输臂和/或第二传输臂的光学长度，使得所述滤波器的输出信号的强度接近所述预设值，以稳定所述相位调制器的相位调制特性。
15、根据本专利技术的一个方面，所述探测模块包括第二探测器和第三探测器，所述第二探测器配置成接收所述具有幅值变化的光信号，所述第三探测器配置成接收所述第二激光束，所述控制信号通过所述第二探测器和第三探测器的输出的差值确定。
16、根据本专利技术的一个方面，所述激光发射装置还包括衰减器，所述衰减器连接在所述第一耦合器和第三探测器之间，以对所述第二激光束进行衰减，其中所述衰减器的衰减量根据所述第一激光束经过所述频率-幅度转换器的光强衰减量设定。
17、根据本专利技术的一个方面，所述控制装置包括依次连接在所述探测模块和激光器之间的放大器、第二控制单元和激光器驱动源，其中所述放大器配置成放大所述控制信号，所述第二控制单元配置成根据放大的控制信号，控制所述激光器驱动源调节所述激光器的驱动电流以改变所述激光器发射出的激光束的频率，并减小所述激光器发射出的激光束的频率抖动。
18、根据本专利技术的一个方面，所述激光发射装置包括波分复用器和多个所述激光器，其中多个所述激光器发射的激光束通过所述波分复用器被分时耦接到所述第一耦合器中。
19、根据本专利技术的一个方面，多个所述激光器具有不同的中心频率，所述控制装置分时地控制多个所述激光器，所述相位控制单元分时地根据所述多个激光器的中心频率设置所述相位调制器的相位调制特性。
20、根据本专利技术的一个方面，所述频率-幅度转换器中的第一传输臂和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光发射装置，包括：
2.根据权利要求1所述的激光发射装置，其中所述频率-幅度转换器配置成可根据所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性产生所述具有幅值变化的光信号，所述具有幅值变化的光信号可表征所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性，所述探测模块配置成产生表征所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性的控制信号，所述控制装置配置成根据所述控制信号调节所述激光器的驱动信号，以减小所述激光器发射的激光束的频率抖动。
3.根据权利要求1所述的激光发射装置，其中所述相位控制单元进一步配置成可根据所述具有幅值变化的光信号来控制所述相位调制器，以稳定所述相位调制器的相位调制特性。
4.根据权利要求1所述的激光发射装置，其中所述频率-幅度转换器具有第一传输臂和第二传输臂、以及第二耦合器和第三耦合器，所述第二耦合器和第三耦合器分别连接在所述第一传输臂和第二传输臂的两端，所述第二耦合器配置成将所述第一激光束分为第一子束和第二子束，其中第一子束被耦合到所述第一传输臂中，所述第二子束被耦合到所述第二传输臂中，所述第一子束和第二子束经所述第
5.根据权利要求4所述的激光发射装置，其中所述相位调制器包括连接在所述第一传输臂和/或第二传输臂中的光程可变元件，所述相位控制单元配置成可通过按照所述预设模式改变所述光程可变元件的光程来设置所述相位调制器的相位调制特性，从而控制所述激光器线性扫频。
6.根据权利要求5所述的激光发射装置，其中所述光程可变元件包括电光晶体，所述相位控制单元配置成可通过改变施加在所述电光晶体上的电压来改变其光程。
7.根据权利要求6所述的激光发射装置，其中所述相位控制单元包括第一探测器、滤波器和第一驱动源，第三耦合器配置成将所述具有幅值变化的光信号分束为第三子束和第四子束，其中所述第一探测器接收所述第三子束，所述探测模块配置成接收所述第四子束，所述滤波器耦接在所述第一探测器与第一驱动源之间，并配置成对所述第一探测器的输出信号进行滤波，所述第一驱动源配置成根据所述滤波器的输出信号控制所述第一驱动源，以改变施加到所述电光晶体上的电压。
8.根据权利要求7所述的激光发射装置，其中所述相位控制单元配置成将所述滤波器的输出信号的强度与预设值相比较，当所述滤波器的输出信号的强度偏离所述预设值时，通过改变所述电光晶体的电压，改变所述第一传输臂和/或第二传输臂的光学长度，使得所述滤波器的输出信号的强度接近所述预设值，以稳定所述相位调制器的相位调制特性。
9.根据权利要求4所述的激光发射装置，其中所述探测模块包括第二探测器和第三探测器，所述第二探测器配置成接收所述具有幅值变化的光信号，所述第三探测器配置成接收所述第二激光束，所述控制信号通过所述第二探测器和第三探测器的输出的差值确定。
10.根据权利要求9所述的激光发射装置，还包括衰减器，所述衰减器连接在所述第一耦合器和第三探测器之间，以对所述第二激光束进行衰减，其中所述衰减器的衰减量根据所述第一激光束经过所述频率-幅度转换器的光强衰减量设定。
11.根据权利要求4所述的激光发射装置，其中所述控制装置包括依次连接在所述探测模块和激光器之间的放大器、第二控制单元和激光器驱动源，其中所述放大器配置成放大所述控制信号，所述第二控制单元配置成根据放大的控制信号，控制所述激光器驱动源调节所述激光器的驱动电流以改变所述激光器发射出的激光束的频率，并减小所述激光器发射出的激光束的频率抖动。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的激光发射装置，其中所述激光发射装置包括波分复用器和多个所述激光器，其中多个所述激光器发射的激光束通过所述波分复用器被分时耦接到所述第一耦合器中。
13.根据权利要求12所述的激光发射装置，其中多个所述激光器具有不同的中心频率，所述控制装置分时地控制多个所述激光器，所述相位控制单元分时地根据所述多个激光器的中心频率设置所述相位调制器的相位调制特性。
14.根据权利要求9或10所述的激光发射装置，其中所述频率-幅度转换器中的第一传输臂和第二传输臂包括不同长度的光纤或平面波导，所述第一耦合器和第三探测器之间连接有与所述第一传输臂和第二传输臂相同材料的光纤或平面波导，用于传输所述第二激光束。
15.一种利用频率-幅度转换器控制激光器的频率的方法，其中所述频率-幅度转换器包括相位调制器，所述方法包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述产生具有幅值变化的光信号的步骤包括：通过所述频率-幅度转换器，根据所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性...
【技术特征摘要】
1.一种激光发射装置，包括：
2.根据权利要求1所述的激光发射装置，其中所述频率-幅度转换器配置成可根据所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性产生所述具有幅值变化的光信号，所述具有幅值变化的光信号可表征所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性，所述探测模块配置成产生表征所述第一激光束的频率抖动和所设置的相位调制特性的控制信号，所述控制装置配置成根据所述控制信号调节所述激光器的驱动信号，以减小所述激光器发射的激光束的频率抖动。
3.根据权利要求1所述的激光发射装置，其中所述相位控制单元进一步配置成可根据所述具有幅值变化的光信号来控制所述相位调制器，以稳定所述相位调制器的相位调制特性。
4.根据权利要求1所述的激光发射装置，其中所述频率-幅度转换器具有第一传输臂和第二传输臂、以及第二耦合器和第三耦合器，所述第二耦合器和第三耦合器分别连接在所述第一传输臂和第二传输臂的两端，所述第二耦合器配置成将所述第一激光束分为第一子束和第二子束，其中第一子束被耦合到所述第一传输臂中，所述第二子束被耦合到所述第二传输臂中，所述第一子束和第二子束经所述第三耦合器后生成所述具有幅值变化的光信号。
5.根据权利要求4所述的激光发射装置，其中所述相位调制器包括连接在所述第一传输臂和/或第二传输臂中的光程可变元件，所述相位控制单元配置成可通过按照所述预设模式改变所述光程可变元件的光程来设置所述相位调制器的相位调制特性，从而控制所述激光器线性扫频。
6.根据权利要求5所述的激光发射装置，其中所述光程可变元件包括电光晶体，所述相位控制单元配置成可通过改变施加在所述电光晶体上的电压来改变其光程。
7.根据权利要求6所述的激光发射装置，其中所述相位控制单元包括第一探测器、滤波器和第一驱动源，第三耦合器配置成将所述具有幅值变化的光信号分束为第三子束和第四子束，其中所述第一探测器接收所述第三子束，所述探测模块配置成接收所述第四子束，所述滤波器耦接在所述第一探测器与第一驱动源之间，并配置成对所述第一探测器的输出信号进行滤波，所述第一驱动源配置成根据所述滤波器的输出信号控制所述第一驱动源，以改变施加到所述电光晶体上的电压。
8.根据权利要求7所述的激光发射装置，其中所述相位控制单元配置成将所述滤波器的输出信号的强度与预设值相比较，当所述滤波器的输出信号的强度偏离所述预设值时，通过改变所述电光晶体的电压，改变所述第一传输臂和/或第二传输臂的光学长度，使得所述滤波器的输出信号的强度接近所述预设值，以稳定所述相位调制器的相位调制特性。
9.根据权利要求4所述的激光发射装置，其中所述探测模块包括第二探测器和第三探测器，所述第二探测器配置成接收所述具有幅值变化的光信号，所述第三探测器配置成接收所述第二激光束，所述控制信号通过所述第二探测器和第三探测器的输出的差值确定。
10.根据权利要求9所述的激光发射装置，还包括衰减器，所述衰减器连接在所述第一耦合器和第三探测器之间，以对所述第二激光束进行衰减，其中所述衰减器的衰减量根据所述第一激光束经过所述频率-幅度转换器的光强衰减量设定。
11.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，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：
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