长距固态激光雷达的制作方法

本发明涉及激光雷达测距装置领域，具体地，涉及一种长距固态激光雷达。

背景技术：

1、激光雷达是无人驾驶、安防测绘等领域必不可少的必要探测工具，通过发射激光对视场二维扫描和接收回波，信号处理单元计算出飞行时间，可以得出与目标的距离，进而实现对视场的三维成像，进而可以分辨物体、地貌等实时的三维信息。

2、激光雷达具有一系列独特的优势：角分辨率高、距离分辨率高、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强等优点。传统的机械激光雷达是通过高速旋转的机械系统来实现扫描，其稳定性以及寿命存在一定问题。故而，摒弃机械系统的固态激光雷达被认为是最有可能颠覆机械式激光雷达的方案。

3、现有公开号为cn109917348b的中国专利，其公开了一种激光雷达系统，包括发射模块和扫描模块，所述发射模块和所述扫描模块沿第一光路依次设置；所述发射模块包括激光发射单元和远心透镜组；所述激光发射单元具有多个光源，用于发射多束激光束；所述远心透镜组用于将每束所述激光束分别准直为平行光束，且使多束所述平行光束沿第一光路会聚并入射至所述扫描模块；所述扫描模块用于将会聚的所述平行光束反射至三维空间，及接收并反射经待测目标反射后的回波光束。

4、现有公开号为cn109085558a的中国专利，其公开了一种相控阵激光雷达及其控制方法，相控阵激光雷达包括激光发射装置、起偏器及液晶相控阵。通过激光发射装置向起偏器发射激光光束，再通过起偏器将激光光束过滤成偏振光，使得进入相控阵中的光线为线偏振光，从而保证激光光束在液晶相控阵作用下能够发生偏折现象。同时，该偏振光通过液晶相控阵进行偏折并向被测物投射，从而使得该相控阵激光雷达完成对被测物的扫描。

5、现有公开号为cn210323367u的中国专利，其公开了一种闪光式激光雷达和控制方法，该激光雷达包括包括光源,空间光调制器slm和传感器阵列作为接收器，其中光源产生的输出光束在发射之前被slm反射，slm产生不同光强度的光束照射多个照射区域，最后用传感器阵列解析不同角度的返回信号。

6、发明人认为现有技术中缺乏集可靠性高、探测距离远以及精度高于一体的设计，需要提供一种原理性更好、精度更高的激光雷达。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种长距固态激光雷达。

2、根据本发明提供的一种长距固态激光雷达,包括：激光器、输入连接波导、光学相控阵芯片、透镜耦合接收单元、阵列接收单元、发射信号时序处理单元以及接收信号时序处理单元；所述激光器用于发射激光，所述发射信号时序处理单元用于将所述激光调制成光信号；所述光信号通过所述输入连接波导输入至所述光学相控阵芯片；所述光学相控阵芯片包括无源光学相控阵和/或有源光学相控阵，所述光信号由所述光学相控阵芯片发射离散成二维排布的多束光信号；多束所述光信号由被测场景反射，经过所述透镜耦合接收单元聚焦至所述阵列接收单元，由所述接收信号时序处理单元解析得到距离。

3、优选地，当所述光学相控阵芯片为无源光学相控阵芯片时，所述无源光学相控阵芯片包括分光器、连接波导以及输出发射器阵列；所述光信号输入至所述分光器后，进入多路所述连接波导，再通过所述输出发射器阵列发出；任一路所述连接波导的光学长度包括相同、相差整数倍的波长以及沿阵列分布为等差数列中任一种。

4、优选地，当所述光学相控阵芯片为有源光学相控阵芯片时，所述有源光学相控阵芯片包括分光器、连接波导、相位调制器阵列以及输出发射器阵列；所述光信号输入至所述分光器后，进入多路所述连接波导通过所述相位调制器阵列调节控制，再通过所述输出发射器阵列发出；任一路所述连接波导和所述相位调制器共同作用所产生的等效光学长度包括相同、相差整数倍的波长以及沿阵列分布为等差数列中任一种。

5、优选地，通过改变所述激光器输入波长的数量和/或调制所述相位调制器，以提高探测点云的密度和数量

6、优选地，所述光学相控阵芯片包括二维发射阵列或一维波导型光栅阵列。

7、优选地，所述光学相控阵芯片的制作平台包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅基、iii/v材料、氮化镓、氮化铝、碳化硅以及铌酸锂中任一种。

8、优选地，所述激光器包括单个固定波长激光器、单个可调谐波长激光器以及多个不同波长的激光器中任一种；所述激光器的波段包括紫外光到红外光波段中任一种，还包括840nm、905nm、1064nm、1310nm、1550nm以及2μm等常用波段中任一种。

9、优选地，所述输入连接波导包括光纤连接器或片上转接波导；当所述输入连接波导为片上转接波导时，所述激光器与所述光学相控阵芯片呈一体状态。

10、优选地，所述阵列接收单元包括光学探测器阵列、雪崩二极管阵列、单光子雪崩二极管阵列中任一种。

11、优选地，所述发射信号时序处理单元和所述接收信号时序处理单元二者构成的发射探测方法包括tof(飞行时间法)技术和fmcw(调频连续波)技术。

12、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

13、1、本发明通过光学相控阵芯片和阵列接收单元的配合使用，有助于提高纯固态的二维方向上的测距的简易性，有助于降低光学相控阵列的设计制作难度和光束扫描装置的复杂度，有助于提高激光雷达的测远距离和稳定性，有助于降低制作成本。

14、2、本发明通过光学相控阵芯片可以兼容无源光学相控阵列和有源光学相控阵列，有助于降低光学相控阵芯片的设计制作难度和成本。

15、3、本发明通过光学相控阵芯片内的光学相控阵列，有助于调节光斑大小、角度间隔和光束数量，从而有助于提高光束质量，有助于提高激光雷达的测远距离和稳定性。

16、4、本发明通过波长调谐或者相位调制，可以提高激光雷达探测点云的密度和数量。

技术特征：

1.一种长距固态激光雷达，其特征在于，包括：激光器(1)、输入连接波导(2)、光学相控阵芯片(3)、透镜耦合接收单元(4)、阵列接收单元(5)、发射信号时序处理单元(6)以及接收信号时序处理单元(7)；

2.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，当所述光学相控阵芯片(3)为无源光学相控阵芯片时，所述无源光学相控阵芯片包括分光器(31)、连接波导(32)以及输出发射器(34)阵列；

3.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，当所述光学相控阵芯片(3)为有源光学相控阵芯片时，所述有源光学相控阵芯片包括分光器(31)、连接波导(32)、相位调制器(33)阵列以及输出发射器(34)阵列；

4.如权利要求3所述的长距固态激光雷达，其特征在于，通过改变所述激光器(1)输入波长的数量和/或调制所述相位调制器(33)，以提高探测点云的密度和数量。

5.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，所述光学相控阵芯片(3)包括二维发射阵列或一维波导型光栅阵列。

6.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，所述光学相控阵芯片(3)的制作平台包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅基、iii/v材料、氮化镓、氮化铝、碳化硅以及铌酸锂中任一种。

7.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，所述激光器(1)包括单个固定波长激光器、单个可调谐波长激光器以及多个不同波长的激光器中任一种；

8.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，所述输入连接波导(2)包括光纤连接器或片上转接波导；

9.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，所述阵列接收单元(5)包括光学探测器阵列、雪崩二极管阵列、单光子雪崩二极管阵列中任一种。

10.如权利要求1所述的长距固态激光雷达，其特征在于，所述发射信号时序处理单元(6)和所述接收信号时序处理单元(7)二者构成的发射探测方法包括tof(飞行时间法)技术和fmcw(调频连续波)技术。

技术总结
本发明提供了一种长距固态激光雷达，包括激光器、输入连接波导、光学相控阵芯片、透镜耦合接收单元、阵列接收单元、发射信号时序处理单元以及接收信号时序处理单元；激光器用于发射激光，发射信号时序处理单元用于将激光调制成光信号；光信号通过输入连接波导输入至光学相控阵芯片；光学相控阵芯片包括无源光学相控阵和/或有源光学相控阵，光信号由光学相控阵芯片发射离散成二维排布的多束光信号；多束光信号由被测场景反射，经过透镜耦合接收单元聚焦至阵列接收单元，由接收信号时序处理单元解析得到距离。本发明通过光学相控阵芯片和阵列接收单元的配合使用，有助于降低设计制作难度和成本，有助于提高激光雷达的测远距离和稳定性。

技术研发人员：刘勇,印凯,马啸
受保护的技术使用者：上海相点科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15