【技術實現步驟摘要】
本申請屬于激光雷達，更具體地說，是涉及一種基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統。
技術介紹
1、激光雷達（light?detection?and?ranging,?lidar）屬于光學三維傳感器之一，在智能駕駛、增強現實（augmented?reality,?ar）與虛擬現實（virtual?reality,?vr）等領域得到廣泛應用，因此激光雷達的高探測刷新幀率與高空間分辨率是該技術最主要的發展趨勢。
2、目前的激光雷達利用機械光束導向裝置作為掃描所使用的設備，如旋轉多邊形反射鏡、反射鏡掃描儀和棱鏡偏轉器掃描儀。但是，這些解決方案存在不穩定、體積龐大、機械掃描裝置掃描速度低的問題。因此，引入一種超短脈沖激光與二維光掃描相結合的新型掃描探測是現在激光雷達領域的重要發展方向。
3、光譜掃描是種固態光束導向方法，它是由掃頻激光源和色散元件相結合來實現的。通常，基于光譜掃描的波束導向技術與其他掃描器相結合可以實現更快的掃描速率。常見的色散模塊利用光柵進行色散，然而，光柵只能實現一維的光束導向，因此，通常需要增加另一個機械光束導向裝置來實現二維的光束導向，這增加了系統的復雜性，降低了掃描速率。
4、超快激光器具有超高脈沖重復頻率，它在精密測量領域具有廣泛應用價值。超快激光器能夠作為發射重復頻率極高的脈沖光源，基于色散傅里葉變化可以利用這一特點進行單光譜實時解調。因此可以通過二維光掃描方式進行賦能實現激光雷達達到mhz探測刷新幀率。
5、如何實現更高探測刷新幀率、超快測量的三維成像
技術實現思路
1、為實現上述目的，本申請采用的技術方案是：提供一種基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，包括超快激光器、二維頻空映射模塊、相干探測光路模塊、基于色散傅里葉變換測量模塊和測距模塊；
2、所述超快激光器連接有第一耦合器，用于發射探測光、第一參考光和第二參考光；
3、所述二維頻空映射模塊用于將探測光轉換為二維色散光，所述二維色散光對被測物體進行探測并返回；
4、所述相干探測光路模塊用于將所述第一參考光與返回的二維色散光進行干涉，得到干涉光譜；
5、所述基于色散傅里葉變換測量模塊用于對所述干涉光譜進行色散傅里葉變換，得到單脈沖光譜，再通過快速傅里葉變換和逆快速傅里葉變換解卷繞獲得每一個光譜的實時相位，從而得到每個空間點的實時相位；
6、所述測距模塊用于將返回的二維色散光與所述第二參考光進行耦合，以獲得被測物體與所述超快激光器之間的距離以及被測物體的移動速度。
7、可選地，所述相干探測光路模塊包括環形器、第二耦合器、第三耦合器、單模光纖和可調光延遲線，所述第一耦合器的輸入端與所述超快激光器的輸出端連接，所述第一耦合器的第一輸出端與所述環形器的第一端連接，所述環形器的第二端與所述二維頻空映射模塊連接，所述環形器的第三端與所述第二耦合器的輸入端連接，所述第二耦合器的第一輸出端與所述第三耦合器的第一輸入端連接，所述第一耦合器的第二輸出端通過所述單模光纖和所述可調光延遲線與所述第三耦合器的第二輸入端連接。
8、可選地，所述二維頻空映射模塊包括準直器、二維色散模塊和擴束器，所述環形器的第二端與所述準直器的第一端連接，所述準直器的第二端與所述二維色散模塊對準，所述二維色散模塊與所述擴束器對準。
9、可選地，所述基于色散傅里葉變換測量模塊包括色散傅里葉模塊和第一光電探測器，所述色散傅里葉模塊的輸入端與所述第三耦合器的輸出端連接，所述色散傅里葉模塊的輸入端與所述第一光電探測器的輸入端連接。
10、可選地，所述測距模塊包括第四耦合器和第二光電探測器，所述第四耦合器的第一輸入端與所述第一耦合器的第三輸出端連接，所述第四耦合器的第二輸入端與所述第二耦合器的第二輸出端連接，所述第四耦合器的輸出端與所述第二光電探測器的輸入端連接。
11、可選地，還包括實時示波器和信號處理模塊，所述第一光電探測器的輸出端與所述實時示波器的第一輸入端連接，所述第二光電探測器的輸出端與所述實時示波器的第二輸入端連接，所述實時示波器的輸出端與所述信號處理模塊連接。
12、本申請提供的基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統的有益效果在于：
13、1.本申請利用超快激光器作為探測光源，以高重復頻率的脈沖串對被測物體進行面掃描式測量并結合色散傅里葉變換對單光譜進行實時解調，因此能夠使得探測刷新幀率以及掃描速率比傳統激光雷達更高。
14、2.本申請利用tof（time?of?flight，飛行時間）原理進行測距，通過計算參考光路與探測光路的脈沖延遲，再乘以光速得到被測物體與探測光源的距離。利用tof測距可以實現每百納秒進行一次測距，通過比對相同點位移情況得到該物體的移動速度。
15、3.本申請利用二維掃描面探測光與參考光干涉后使用色散傅里葉變換解調實時單幀干涉光譜，再通過解相位的方法獲得被測物體的精細形狀，通過該方法以微米量級縱向分辨率測得被測物體的形貌信息。
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1.一種基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：包括超快激光器、二維頻空映射模塊、相干探測光路模塊、基于色散傅里葉變換測量模塊和測距模塊；
2.如權利要求1所述的基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：所述相干探測光路模塊包括環形器、第二耦合器、第三耦合器、單模光纖和可調光延遲線，所述第一耦合器的輸入端與所述超快激光器的輸出端連接，所述第一耦合器的第一輸出端與所述環形器的第一端連接，所述環形器的第二端與所述二維頻空映射模塊連接，所述環形器的第三端與所述第二耦合器的輸入端連接，所述第二耦合器的第一輸出端與所述第三耦合器的第一輸入端連接，所述第一耦合器的第二輸出端通過所述單模光纖和所述可調光延遲線與所述第三耦合器的第二輸入端連接。
3.如權利要求2所述的基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：所述二維頻空映射模塊包括準直器、二維色散模塊和擴束器，所述環形器的第二端與所述準直器的第一端連接，所述準直器的第二端與所述二維色散模塊對準，所述二維色散模塊與所述擴束器對準。
4.如權利要求2所述的基
5.如權利要求4所述的基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：所述測距模塊包括第四耦合器和第二光電探測器，所述第四耦合器的第一輸入端與所述第一耦合器的第三輸出端連接，所述第四耦合器的第二輸入端與所述第二耦合器的第二輸出端連接，所述第四耦合器的輸出端與所述第二光電探測器的輸入端連接。
6.如權利要求5所述的基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：還包括實時示波器和信號處理模塊，所述第一光電探測器的輸出端與所述實時示波器的第一輸入端連接，所述第二光電探測器的輸出端與所述實時示波器的第二輸入端連接，所述實時示波器的輸出端與所述信號處理模塊連接。
...【技術特征摘要】
1.一種基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：包括超快激光器、二維頻空映射模塊、相干探測光路模塊、基于色散傅里葉變換測量模塊和測距模塊；
2.如權利要求1所述的基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：所述相干探測光路模塊包括環形器、第二耦合器、第三耦合器、單模光纖和可調光延遲線，所述第一耦合器的輸入端與所述超快激光器的輸出端連接，所述第一耦合器的第一輸出端與所述環形器的第一端連接，所述環形器的第二端與所述二維頻空映射模塊連接，所述環形器的第三端與所述第二耦合器的輸入端連接，所述第二耦合器的第一輸出端與所述第三耦合器的第一輸入端連接，所述第一耦合器的第二輸出端通過所述單模光纖和所述可調光延遲線與所述第三耦合器的第二輸入端連接。
3.如權利要求2所述的基于超短脈沖激光二維頻空映射的超快激光雷達系統，其特征在于：所述二維頻空映射模塊包括準直器、二維色散模塊和擴束器，所述環形器的第二端與所述準直器的第一端連接，所述準直器的第二端與所述二維色散模塊對準，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹玉龍，肖霽航，彭琛，周文超，魏繼鋒，潘斌，高學燕，蔣志雄，李光，柳國龍，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院應用電子學研究所，
類型：發明
國別省市：
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