一种本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达的制作方法

本发明涉及激光雷达测距测速，特别涉及一种本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达。

背景技术：

1、雷达在军事、民航、自动驾驶等领域具有非常重要的作用。激光雷达由于采用波长较短的激光作为信息载波，因而具有较高的分辨率，可用于对目标进行探测、跟踪和识别，以及进行测距、成像。

2、信噪比是激光雷达探测中非常重要的一个指标，能够直接影响系统的性能。现有技术中，采用光子计数法的激光雷达可以达到较远的测距范围，这是由于单光子探测器具有较高的灵敏度，但是其工作时需要降温至-30℃以下来降低暗计数，因此成本和复杂度较高，不利于小型化。对于日光背景噪声，只能通过滤波器进行滤波，在滤噪的同时真实信号会有一定的损失，因此在白天信噪比较低，难以正常工作。相干激光雷达具有天然的滤波作用，使用本振光与真实回波信号进行相干探测，不仅可以滤除不相干的背景噪声，还具有一定的增益。然而，在远距离时由于回波信号的退相干效应较为显著，本振光与回波信号之间的相位关系无法确定，使得相干探测变得困难。

技术实现思路

1、针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，包括：

4、连续激光器cwl，用于产生连续激光信号；

5、幅度调制器am ，用于将连续激光信号进行斩波产生时间间隔为t、且交替出现的信号光与本振光脉冲；

6、调相器pm，用于将信号光的相位调制为0或π；

7、光纤放大器，用于放大信号光与本振光；

8、发射望远镜，用于将经放大后的信号光与本振光扩束并向目标照射；

9、接收望远镜，用于接收从目标反射的回波信号；

10、偏振无关干涉仪芯片，包含不等臂干涉仪，用于使回波信号中的信号光与本振光进行干涉，产生第一干涉结果与第二干涉结果；以及用于使回波信号中的背景噪声信号等幅度地从其的两个端口出射；

11、偏振无关干涉仪芯片的不等臂干涉仪长短臂延时差为t，其长臂上设置有移相器，用于使长短臂相位差稳定在π/4；

12、环形器cir ，用于将回波信号传输至偏振无关干涉仪芯片的一个输入端口，以及将第一干涉结果传输至第一光电探测器pd1；

13、第一光电探测器pd1、第二光电探测器pd2，分别用于对应地探测第一干涉结果与第二干涉结果的幅度；

14、差分电路，用于将第一光电探测器pd1和第二光电探测器pd2的输出电信号进行差分，得到交替出现的信号光同相分量和正交分量，并消除背景噪声信号；

15、主控模块，用于驱动幅度调制器am，产生随机二元比特形成编码序列驱动调相器pm，并将差分电路输出的信号光同相分量和正交分量转化为解码序列，以及将所述编码序列和解码序列进行相关运算，获取目标的距离信息。

16、优选地，所述偏振无关干涉仪芯片包含分束器bs、第一偏振分束器pbs1和第一移相器ps1，

17、分束器bs的两个输入端口分别作为偏振无关干涉仪芯片的两个端口；

18、分束器bs的两个输出端口分别通过长度不等的波导连接第一偏振分束器pbs1的两个输入端口；第一移相器ps1位于较长的波导上；

19、第一偏振分束器pbs1的两个输出端口直接通过波导相连，构成萨格纳克环。

20、优选地，所述偏振无关干涉仪芯片包含第二偏振分束器pbs2、第三偏振分束器pbs3、第四偏振分束器pbs4、第一半波片hwp1、第二半波片hwp2和第二移相器ps2，

21、所述第二偏振分束器pbs2的两个输入端口分别作为偏振无关干涉仪芯片的两个端口；其两个输出端口分别通过等长的第一光波导、第二光波导连接第三偏振分束器pbs3的输入端口、第四偏振分束器pbs4的输入端口；

22、所述第一半波片hwp1和第二半波片hwp2被设置为分别垂直贯穿第一光波导和第二光波导；

23、所述第一半波片hwp1和第二半波片hwp2的主轴方向与光波导te模偏振方向的夹角均为22.5°；

24、所述第三偏振分束器pbs3的两个输出端口和第四偏振分束器pbs4的两个输出端口分别通过长度不等的光波导相连，构成不等臂干涉仪；第二移相器ps2位于较长的波导上。

25、优选地，所述偏振无关干涉仪芯片包含第二偏振分束器pbs2、第五偏振分束器pbs5、第三半波片hwp3和第三移相器ps3，

26、所述第二偏振分束器pbs2的两个输入端口分别作为偏振无关干涉仪芯片的两个端口；其两个输出端口分别通过等长的第一光波导、第二光波导连接第五偏振分束器pbs5的一个输入端口和一个输出端口；

27、所述第三半波片hwp3被设置为垂直贯穿第一光波导和第二光波导；

28、所述第三半波片hwp3的主轴方向与光波导te模偏振方向的夹角为22.5°；

29、所述第五偏振分束器pbs5的另一个输入端口和另一个输出端口直接通过设置有第三移相器ps3的光波导相连，构成不等臂干涉仪的长臂。

30、优选地，本振光的强度为信号光强度的100倍以上。

31、优选地，信号光与本振光的时间间隔t不大于1ns。

32、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

33、本发明提出一种本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，通过将本振光与相位编码信号同时向目标照射，使用偏振无关不等臂干涉仪芯片和一对光电探测器构成的时分复用外差探测器来测量信号的同相分量和正交分量进行解码，由于信号光和本振光经历了相同的路径，可以大大降低退相干效应的影响。另外，可以接收任意偏振的回波信号，并大幅度降低回波信号中背景噪声，提高系统的信噪比。

技术特征：

1.一种本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，其特征在于，所述偏振无关干涉仪芯片包含分束器bs、第一偏振分束器pbs1和第一移相器ps1，

3.根据权利要求1所述的本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，其特征在于，所述偏振无关干涉仪芯片包含第二偏振分束器pbs2、第三偏振分束器pbs3、第四偏振分束器pbs4、第一半波片hwp1、第二半波片hwp2和第二移相器ps2，

4.根据权利要求1所述的本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，其特征在于，所述偏振无关干涉仪芯片包含第二偏振分束器pbs2、第五偏振分束器pbs5、第三半波片hwp3和第三移相器ps3，

5.根据权利要求1-4任一项所述的本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，其特征在于，本振光的强度为信号光强度的100倍以上。

6.根据权利要求1-4任一项所述的本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，其特征在于，信号光与本振光的时间间隔t不大于1ns。

技术总结本发明属于激光雷达测距测速技术领域，公开了一种本振光与相位编码信号同时发射的激光雷达，包括连续激光器、幅度调制器、调相器、光纤放大器、发射望远镜、接收望远镜、环形器、偏振无关干涉仪芯片、两个光电探测器、差分电路以及主控模块，主控模块用于驱动幅度调制器产生随机二元比特形成编码序列驱动调相器，并将差分电路输出的信号光同相分量和正交分量转化为解码序列，以及将所述编码序列和解码序列进行相关运算，获取目标的距离信息。与现有技术相比，本发明由于使信号光和本振光经历了相同的路径，可以大大降低退相干效应的影响。另外，可以接收任意偏振的回波信号，并大幅度降低回波信号中背景噪声，提高系统的信噪比。技术研发人员：赵义博,丁瑶,陈东升,屈秀秀受保护的技术使用者：北京中科国光量子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4