激光雷达光学相干系统及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114252861A(43)申请公布日2022.03.29(21)申请号202011011237.1(22)申请日2020.09.23(71)申请人余姚舜宇智能光学技术有限公司地址315408浙江省宁波市余姚市兰江街道世南西路1918号(72)发明人尤凯宋云峰刘红魏陈汝霞张萌达张徐生(74)专利代理机构上海领洋专利代理事务所(普通合伙)31292代理人罗晓飞(51)Int.Cl.G01S7/481(2006.01)G01S17/88(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图4页(54)发明名称激光雷达光学相干系统及其方法(57)摘要一种激光雷达光学相干系统及其方法，用于探测目标物体表面的振动。该激光雷达光学相干系统包括一激光发射系统一弱信号相干解调系统以及一回波信号接收系统。该激光发射系统用于发射测量光束至该目标物体表面以被反射回形成回波光束，并还用于发射参考光束。该回波信号接收系统包括一倒锥体光纤和一光纤耦合器。该倒锥体光纤具有一锥形端口和与该弱信号相干解调系统对应的一输出端口。该光纤耦合器被对应地设置于该倒锥体光纤的该锥形端口和该激光发射系统之间，用于将该回波光束耦入该倒锥体光纤的该锥形端口。该弱信号相干解调系统用于对该参考光束和该回波光束进行相干解调处理，以得到与该目标物体表面对应的振动频率信息。CN114252861ACN114252861A权利要求书1/3页1.一激光雷达光学相干系统，用于探测目标物体表面的振动，其特征在于，其中所述激光雷达光学相干系统包括：一激光发射系统，其中所述激光发射系统用于发射测量光束至该目标物体表面以被反射回形成回波光束，并且所述激光发射系统还用于发射参考光束；一弱信号相干解调系统，其中所述弱信号相干解调系统耦接于所述激光发射系统；以及一回波信号接收系统，其中所述回波信号接收系统包括：一倒锥体光纤，其中所述倒锥体光纤具有一锥形端口和与所述弱信号相干解调系统对应的一输出端口；和一光纤耦合器，其中所述光纤耦合器被对应地设置于所述倒锥体光纤的所述锥形端口和所述激光发射系统之间，用于将该回波光束耦入所述倒锥体光纤的所述锥形端口，其中所述弱信号相干解调系统用于对来自所述激光发射系统的该参考光束和经由所述回波信号接收系统传输的该回波光束进行相干解调处理，以得到与该目标物体表面对应的振动频率信息。2.如权利要求1所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述倒锥体光纤为一锥形多模光纤，并且所述回波信号接收系统进一步包括一多模单模转换器和一单模光纤，其中所述多模单模转换器耦接于所述倒锥形光纤的所述输出端口和所述单模光纤的一端，并且所述单模光纤的另一端耦接于所述弱信号相干解调系统。3.如权利要求2所述的激光雷达光学相干系统，进一步包括一多重信号放大系统，其中所述多重信号放大系统包括一预放型光纤放大器，其中所述预放型光纤放大器被设置于所述回波信号接收系统的所述单模光纤，用于对经由所述单模光纤传播的该回波光束进行放大处理，使得放大后的该回波光束被传输至所述弱信号相干解调系统。4.如权利要求3所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述弱信号相干解调系统包括一单模光纤耦合器、一APD平衡探测器以及一信号提取单元，其中所述APD平衡探测器的输入端通过所述单模光纤耦合器分别与所述回波信号接收系统的所述单模光纤和所述激光发射系统连接，并且所述信号提取单元可通信地连接于所述APD平衡探测器的输出端，其中所述单模光纤耦合器用于对来自所述激光发射系统的该参考光束和来自所述回波信号接收系统的该回波光束进行相干叠加处理，其中所述APD平衡探测器用于将相干叠加后的该参考光束和该回波光束调制成携带有该目标物体表面振动信息的调频信号，其中所述信号提取单元用于对来自所述APD平衡探测器的该调频信号进行解调处理，以获得该振动频率信息。5.如权利要求4所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述多重信号放大系统进一步包括一信号放大电路，其中所述信号放大电路被可通信地设置于所述APD平衡探测器和所述信号提取单元之间，用于先对来自所述APD平衡探测器的该调频信号进行电压放大处理，再将放大后的该调频信号传输至所述信号提取单元。6.如权利要求5所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述激光发射系统包括用于输出偏振光的一半导体激光器、用于将该偏振光分成该测量光束和该参考光束的一光纤分路器、用于准直该测量光束的一光纤准直器、用于对该参考光束进行移频处理的一声光移频器系统以及单模保偏光纤，其中所述光纤分路器的输入端通过所述单模保偏光纤连接于所2CN114252861A权利要求书2/3页述半导体激光器，并且所述光纤分路器的两输出端分别通过所述单模保偏光纤连接于所述光纤准直器和所述声光移频器系统。7.