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CN113646659A - 具有波长多样性的fmcw激光雷达 - Google Patents

具有波长多样性的fmcw激光雷达 Download PDF

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CN113646659A
CN113646659A CN201980089719.8A CN201980089719A CN113646659A CN 113646659 A CN113646659 A CN 113646659A CN 201980089719 A CN201980089719 A CN 201980089719A CN 113646659 A CN113646659 A CN 113646659A
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wavelength
lidar system
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卢福拉·马莱基
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General Motors Cruise Holdings Ltd
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Abstract

本文描述的各种技术有关多激光器单光学谐振器激光雷达系统。激光雷达系统包括光学耦接到至少第一激光器和第二激光器的单个光学谐振器。所述光学谐振器由电光材料形成。所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器。调制器向所述光学谐振器施加时变电压以控制所述电光材料的光学特性的调制，这致使所述第一激光器生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号和/或致使所述第二激光器生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号。此外，前端光学器件将所述第一频率调制光学信号和/或所述第二频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到环境中。

Description

具有波长多样性的FMCW激光雷达
背景技术
光探测和测距(激光雷达)系统是测量系统(surveying system)，其通过用激光照射目标并测量反射光(激光雷达返回)来测量到环境中目标的距离。可利用激光返回时间的差异来生成目标的三维(3D)表示。激光雷达系统还可用于测量目标相对于观察者的速度。因此，激光雷达系统可用于各种地面、空中和移动应用中；例如，激光雷达系统可用于自主或半自主车辆、无人机、机器人和利用激光扫描功能的其他应用。
一种类型的激光雷达系统是直接飞行时间(TOF)激光雷达系统。直接TOF激光雷达系统发射包括光短脉冲的光学信号，使得光脉冲可从环境中的目标反射(假设目标位于环境中光脉冲所指向的位置)。直接TOF激光雷达系统可接收反射脉冲(例如，从目标反射的光脉冲，如果有的话)。发射与接收之间的延迟可用于确定直接TOF激光雷达系统与目标之间的距离。直接TOF激光雷达系统也可通过比较两个数据帧来确定目标的速度；假设在不同时间捕获的两个帧中标识出目标，则可利用目标位置随时间的变化来确定目标的速度。
另一类型的激光雷达系统是频率调制连续波长(FMCW)激光雷达系统。FMCW激光雷达系统可包括激光源，所述激光源生成频率调制光学信号，所述信号包括一系列连续的光学线性调频脉冲，其中每个线性调频脉冲内的频率随时间变化。FMCW激光雷达系统可跨环境发射光学线性调频脉冲。此外，FMCW激光雷达系统的接收器可接收反射光学信号(例如，从位于环境中的目标反射的光学线性调频脉冲，如果有的话)。每个反射光学线性调频脉冲相对于参考光学线性调频脉冲的频移和/或相移的测量可提供目标相对于FMCW激光雷达系统的距离和/或速度的量度。
在许多激光雷达系统(诸如自主车辆中所使用的激光雷达系统)中，在空间中扫描光学信号以涵盖期望的视野。例如，诸如旋转镜或旋转激光器的各种扫描机构可用于扫描激光雷达系统的光学信号。
通常期望增加激光雷达系统的信噪比(SNR)。激光雷达系统的SNR可通过增加由激光雷达系统接收的信号的功率水平、降低由激光雷达系统接收的噪声或它们的组合来增加。例如，激光雷达系统的性能可能受到由激光雷达系统检测的信号的功率水平和/或由激光雷达系统接收的噪声的限制。此外，在激光雷达系统的范围增加或当在各种天气状况(例如，雨、雪、雾)下操作时，激光雷达系统的SNR可能尤其会下降。例如，大气粒子(诸如雨、雪和雾)的吸收和散射可导致信号劣化(例如，SNR降低)。此外，由激光雷达系统接收的噪声通常包括与激光的相干性相关联的散斑。散斑是精细尺度的高对比度颗粒状图案，其在光学信号从与来自激光雷达系统的激光器的光学信号的波长具有相同尺度(或更大)的粗糙度的表面反射时出现。散斑图案产生对常规激光雷达系统的SNR不利的噪声强度波动。
发明内容
以下是本文更详细描述的主题的简要概述。此概述不意图限制权利要求的范围。
本文描述的是有关多激光器单光学谐振器激光雷达系统的各种技术。一种激光雷达系统包括多个激光器和单个光学谐振器，其中所述多个激光器各自光学耦接到所述光学谐振器。因此，所述激光雷达系统包括至少第一激光器和第二激光器，其中所述光学谐振器光学耦接到所述第一激光器和所述第二激光器两者。所述光学谐振器由电光材料形成。此外，所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器。所述激光雷达系统还包括调制器，所述调制器被配置来向所述光学谐振器施加时变电压。所述时变电压可控制所述电光材料的光学性质(例如，折射率)的调制，以致使所述第一激光器生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号和/或致使所述第二激光器生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号。此外，所述激光雷达系统可包括前端光学器件，所述前端光学器件被配置来将所述第一频率调制光学信号和/或所述第二频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到环境中。
所述激光雷达系统还可包括分束器，所述分束器被配置来将所述频率调制光学信号分成所述频率调制光学信号的待发射到所述环境中的部分和所述频率调制光学信号的本地振荡器部分。所述激光雷达系统还可包括传感器和处理电路。根据示例，所述激光雷达系统的所述前端光学器件可被配置来接收反射光学信号，其中所述反射光学信号对应于从所述激光雷达发射的所述频率调制光学信号的从所述环境中的对象反射的所述部分的至少一部分。所述传感器可被配置来将所述频率调制光学信号的所述反射光学信号与所述本地振荡器部分混合。此外，所述处理电路可被配置来基于所述传感器的输出来计算所述对象的距离和速度数据。
根据各种实施方案，所述第一激光器和所述第二激光器可同时操作。因此，当所述调制器向所述光学谐振器施加所述时变电压时，所述时变电压可控制所述电光材料的光学性质的调制，以致使所述第一激光器生成包括所述第一系列光学线性调频脉冲的所述第一频率调制光学信号并且致使所述第二激光器生成包括所述第二系列光学线性调频脉冲的所述第二频率调制光学信号。由于所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到同一光学谐振器，因此施加到所述光学谐振器的所述时变电压可针对由所述第一激光器和所述第二激光器同时生成的光学线性调频脉冲赋予所述第一激光器和所述第二激光器共同频率变化。在此类实施方案中，所述激光雷达系统可包括合束器，所述合束器被配置来组合所述第一频率调制光学信号和所述第二频率调制光学信号以形成组合频率调制光学信号。因此，所述前端光学器件可被配置来将所述组合频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到所述环境中(例如，所述组合频率调制光学信号的本地振荡器部分可提供给所述传感器以便与由所述前端光学器件接收的所述反射光学信号混合)。
继续参考所述第一激光器和所述第二激光器同时操作的实施方案。所述第一激光器可在第一波长下操作，并且所述第二激光器可在第二波长下操作。根据示例，所述第一波长和所述第二波长可以是相同的。按照此示例，使用在共同波长下同时操作的两个(或更多)激光器可使得能够增加所述激光雷达系统的功率(与使用单个激光器相比)。根据另一示例，所述第一波长可不同于所述第二波长。同时操作的所述激光器的波长差异可减少来自散斑的噪声。由散斑造成的噪声可由于波长差异所生成的减弱相关性而减少。
根据其他实施方案，可选择性地启用或禁用所述第一激光器和/或所述第二激光器。作为说明，在给定时间段期间，可启用所述第一激光器并且可禁用所述第二激光器。按照此说明，在不同时间段期间，可禁用所述第一激光器并且可启用所述第二激光器。所述激光雷达系统可包括控制器，所述控制器被配置来选择性地控制所述第一激光器和所述第二激光器的操作状态，使得在特定时间段期间启用所述第一激光器并且禁用所述第二激光器或者禁用所述第一激光器并且启用所述第二激光器。与上述类似，所述调制器可被配置来向所述光学谐振器施加所述时变电压。所述时变电压控制对所述电光材料的光学性质的调制，以在启用所述第一激光器时致使所述第一激光器生成所述第一频率调制光学信号，或者在启用所述第二激光器时致使所述第二激光器生成所述第二频率调制光学信号。此外，所述前端光学器件可被配置来在启用所述第一激光器时将所述第一频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到所述环境中，或在启用所述第二激光器时将所述第二频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到所述环境中。
选择性地启用和禁用所述第一激光器和所述第二激光器可允许改变所述激光雷达系统的操作波长。更具体地，所述第一激光器可被配置来在第一波长下操作并且所述第二激光器可被配置来在第二波长下操作，其中所述第二波长不同于所述第一波长。根据说明，所述第一波长可以是905nm、1550nm或3μm中的一者，并且所述第二波长可以是905nm、1550nm或3μm中的不同者；然而，预期其他波长意图落入本文所附权利要求的范围内。根据示例，所述控制器可被配置来基于所述激光雷达系统的期望检测范围选择性地控制所述第一激光器和所述第二激光器的操作状态。根据另一示例，所述控制器可被配置来基于所述环境中的湿度水平选择性地控制所述第一激光器和所述第二激光器的操作状态。
上文概述呈现简要的发明内容，以便提供对本文所论述的系统和/或方法的一些方面的基本理解。此概述并非本文所论述的系统和/或方法的广泛概况。此概述并不意图确定关键/决定性元素或叙述此类系统和/或方法的范围。它的唯一目的是以简化的形式呈现一些概念，以作为稍后呈现的更详细描述的序言。
附图说明
图1示出示例性多激光器单光学谐振器激光雷达系统的功能框图。
图2示出其中控制器在不同时间段期间选择性地启用激光雷达系统的第一激光器和/或第二激光器的示例的功能框图。
图3示出其中控制器选择性地启用激光雷达系统的第一激光器和/或第二激光器的另一示例的功能框图。
图4示出另一示例性多激光器单光学谐振器激光雷达系统的功能框图。
图5示出图表，其示出从激光雷达系统的激光器导出的本地振荡器信号以及对应反射光学信号。
图6示出图表，其示出对应于如图5所描绘的本地振荡器信号和反射光学信号的频率信号。
图7示出了根据各个方面的激光雷达系统的一部分的功能框图。
图8示出另一示例性多激光器单光学谐振器激光雷达系统的功能框图。
图9示出示例性自主车辆的功能框图。
图10是示出操作激光雷达系统的示例性方法的流程图。
图11是示出操作激光雷达系统的另一示例性方法的流程图。
图12示出示例性计算装置。
具体实施方式
现在参考附图描述有关多激光器单光学谐振器激光雷达系统的各种技术，其中在全文中，类似参考标号用于指代类似元素。在以下描述中，出于说明的目的，阐述了众多具体细节以便提供对一个或多个方面的透彻理解。然而，此类技术显然可在没有这些具体细节的情况下进行实践。在其他情况下，众所周知的结构和装置以框图形式示出，以便有利于描述一个或多个方面。此外，应当理解，被描述为由某些系统部件执行的功能可以由多个部件执行。类似地，例如，部件可被配置来执行被描述为由多个部件执行的功能。
此外，术语“或”意图意指包含性的“或”而不是排他性的“或”。即，除非另有说明或从上下文中清楚，短语“X采用A或B”意图意指任何自然包容性排列。即，短语“X采用A或B”满足以下任一情况：X采用A；X采用B；或X采用A和B两者。此外，除非以其他方式指出或者从上下文所清楚是针对单数形式，否则冠词“一个”和“一种”在本申请和所附权利要求中一般应当被理解为意指“一个或多个”。
如本文所用，术语“部件”和“系统”意图涵盖配置有计算机可执行指令的计算机可读数据存储，所述计算机可执行指令在由处理器执行时致使执行某些功能。计算机可执行指令可包括例程、函数等。还应当理解，部件或系统可位于单个装置上或分布在多个装置上。此外，如本文所用，术语“示例性”意图意指“用作某事的说明或示例。
现在参考附图，图1示出示例性多激光器单光学谐振器激光雷达系统100。激光雷达系统100是FMCW激光雷达系统。激光雷达系统100包括两个激光器，即第一激光器102和第二激光器104(本文统称为激光器102-104)。激光器102-104可以是半导体激光器、激光二极管等。虽然本文阐述的许多示例描述包括两个激光器(例如，激光器102-104)的激光雷达系统，但应当理解，这些示例可扩展到包括多于两个激光器的激光雷达系统。
第一激光器102在第一波长下操作并且第二激光器104在第二波长下操作。在本文所述的各种实施方案中，第一波长和第二波长可以是相同的(例如，第一激光器102和第二激光器104可以在共同波长下操作)。在本文所述的其他实施方案中，第一波长可不同于第二波长(例如，第一激光器102和第二激光器104可在不同波长下操作)。各种波长差意图落入本文所附权利要求的范围内。例如，波长之间的差可以是10s的纳米数量级；这种波长分集可通过去相关散斑场(例如，第一激光器102和第二激光器104同时操作)来减轻散斑噪声的贡献。根据另一说明，波长之间的较大差异可落入本文所附权利要求的范围内(例如，当根据波长的特性诸如眼睛安全性、范围和在各种环境条件下的性能在激光器102-104之间切换时)。
激光雷达系统100还包括光学谐振器106。光学谐振器106可以是回音壁模式(WGM)谐振器(例如，高Q WGM谐振器)。光学谐振器106光学耦接到第一激光器102和第二激光器104。此外，光学谐振器106由电光材料形成。电光材料的示例包括铌酸锂、钽酸锂等。
光学谐振器106可包括可向其施加电压的一个或多个电极。向光学谐振器106施加电压可改变光学谐振器106的电光材料的光学性质。例如，施加电压可改变光学谐振器106的电光材料的折射率。
第一激光器102和第二激光器104光学注入锁定到光学谐振器106。激光器102-104各自注入锁定到光学谐振器106的模式。通过选择同一族(例如，横向电(TE)或横向磁(TM))的模式，由激光器102-104输出的光学信号可具有共同(低)噪声特性。此外，由于激光器102-104光学注入锁定到光学谐振器106，因此施加到光学谐振器106的电压可在激光器102-104两者上赋予共同频率变化。
激光雷达系统100可包括被配置来向光学谐振器106施加时变电压的调制器108。时变电压可控制光学谐振器106的电光材料的光学性质(例如，折射率)的调制，以致使第一激光器102生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号和/或致使第二激光器104生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号。
根据各种实施方案，第一激光器102和第二激光器104可同时操作。在此类实施方案中，当调制器108向光学谐振器106施加时变电压时，时变电压可控制电光材料的光学性质的调制以致使第一激光器102生成第一频率调制信号并且致使第二激光器104生成第二频率调制光学信号。如上所述，由于第一激光器102和第二激光器104光学注入锁定到同一光学谐振器106，因此调制器108施加到光学谐振器106的时变电压可针对由第一激光器102和第二激光器104同时生成的光学线性调频脉冲在第一激光器102和第二激光器104两者上施加共同频率变化。
在其他实施方案中，可选择性地启用或禁用第一激光器102和第二激光器104。根据说明，可在第一时间段期间启用第一激光器102并且可在第一时间段期间禁用第二激光器104。按照此说明，可在第二时间段期间禁用第一激光器102并且可在第二时间段期间启用第二激光器104。根据另一说明，可在给定时间段期间启用激光器102-104两者，而可在不同的时间段期间启用第一激光器102并且禁用第二激光器104。此外，预期可实现前述的组合。
激光雷达系统100还包括操作地耦接到激光器102-104和调制器108的控制器110。例如，控制器110可控制调制器108向光学谐振器106施加时变电压。控制器110可控制时变电压的时序、波形形状等。作为示例，控制器110可控制调制器108施加连续波锯齿波形、连续波三角波形、脉冲三角波形、连续波S形波形等。此外，控制器110可随时间改变波形形状(或特定波形形状的性质)。此外，在各种实施方案中，控制器110可被配置来选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态。
激光雷达系统100还可包括分束器112，所述分束器112被配置来将由第一激光器102和/或第二激光器104生成的频率调制光学信号分成频率调制光学信号的待从激光雷达系统100发射到环境中的一部分和频率调制光学信号的本地振荡器部分。
此外，激光雷达系统100可包括前端光学器件114，所述前端光学器件114被配置来从激光雷达系统100向环境中发射频率调制光学信号的至少一部分(例如，待由分束器112发射和输出的部分)。根据各种示例，前端光学器件114可包括扫描仪。扫描仪可将光学信号引导到环境中的视野上。根据各种示例，扫描仪可包括二维(2D)微机电系统(MEMS)镜。根据另一示例，扫描仪可包括非MEMS反射2D模拟扫描仪，诸如镜式检流计；然而，要求保护的主题不限于此。
预期控制器110可控制扫描仪的定位以指示扫描仪根据扫描图案将光学信号引导到环境中。根据示例，扫描图案可以是光栅扫描图案。然而，应当理解，控制器110可替代地致使扫描器使用其他扫描图案(诸如Lissajous或非规则形式)将光学信号引导到环境中。
虽然未示出，但应当理解，激光雷达系统100还可包括各种其他光学元件，诸如一个或多个透镜、光学隔离器、一个或多个波导、光学放大器、干涉仪等。此类光学元件可使得能够生成具有期望性质(诸如准直、发散角、线宽、功率等)的光学信号。此类光学元件可离散地组装，或集成在芯片上，或两者的组合。
此外，前端光学器件114可被配置来接收反射光学信号。反射光学信号可对应于发射到环境中的频率调制光学信号的从环境中的对象116反射的部分的至少一部分。根据其中前端光学器件114包括如上所述的扫描仪的示例，预期扫描仪可被配置来接收反射光学信号。
激光雷达系统100还可包括传感器118和处理电路120。传感器118可被配置来将由前端光学器件114接收的反射光学信号与频率调制光学信号的本地振荡器部分混合。例如，传感器118可以是光电探测器。处理电路120可被配置来基于传感器118的输出计算对象116的距离和速度数据122。距离和速度数据122可包括激光雷达系统100与对象116之间的距离数据和/或速度数据。因此，距离数据可包括激光雷达系统100与对象116之间的距离的量度。此外，速度数据可包括对象116相对于激光雷达系统100的速度的量度。预期处理电路120可由控制器110控制。此外，虽然未示出，但预期激光雷达系统100可包括各种其他元件(例如，模数转换器(ADC)等)；因此，传感器118和处理电路120(以及激光雷达系统100的接收器的其他元件)可能够测量每个反射光学线性调频脉冲相对于(频率调制光学信号的本地振荡器部分中的)参考光学线性调频脉冲的频移和相移，以使得能够生成距离和速度数据122。
现在描述其中选择性地启用或禁用激光雷达系统100的第一激光器102和/或第二激光器104的各种实施方案。如上所述，第一激光器102在第一波长下操作并且第二激光器104在第二波长下操作。在选择性地启用或禁用第一激光器102和第二激光器104的一些示例中，第一波长可不同于第二波长。因此，激光雷达系统100(例如，控制器110)可根据波长的特性(诸如眼睛安全、范围和在各种环境条件下的性能)在激光器102-104之间切换。根据示例，第一波长可以是905nm、1550nm或3μm中的一者，并且第二波长可以是905nm、1550nm或3μm中的不同者。然而，应当理解，其他波长也意图落入本文随附权利要求的范围内。此外，还预期，在选择性地启用或禁用第一激光器102和第二激光器104的其他示例中，第一波长和第二波长可以是相同的。例如，两个激光器102-104在共同波长下的同时操作可能够增加激光雷达系统100的功率(与使用单个激光器相比)。因此，激光雷达系统100的功率可由控制器110选择性地控制在给定时间段期间同时启用的激光器102-104的数量来调整。
转向图2，示出了其中控制器110在不同时间段期间选择性地启用第一激光器102和/或第二激光器104的示例。图2中描绘的示例有关第一波长不同于第二波长的情形。因此，控制器110可根据波长的特性在激光器102-104之间切换。
控制器110可包括处理器200和存储器202。存储器202包括由处理器200执行的计算机可执行指令。存储器202可包括被配置来选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态的激光器管理部件204。例如，激光器管理部件204可控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态，使得1)启用第一激光器102并且禁用第二激光器104，或者2)禁用第一激光器102并且启用第二激光器104。例如，在图2中206处所示的时间段1期间，激光器管理部件204可控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态，使得禁用第一激光器102并且启用第二激光器104。此外，在图2中208处所示的时间段2期间，激光器管理部件204可控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态，使得启用第一激光器102并且禁用第二激光器104。
再次参考图1。如上所述，控制器110(例如，激光管理部件204)可选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态，使得启用第一激光器102并且禁用第二激光器104，或者禁用第一激光器102并且启用第二激光器104。此外，按照此示例，调制器108可向光学谐振器106施加时变电压，其中时变电压控制电光材料的光学性质的调制以在启用第一激光器102(并且禁用第二激光器104)时致使第一激光器102生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号或在启用第二激光器104(并且禁用第一激光器102)时致使第二激光器104生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号。此外，前端光学器件114可发射第一频率调制光学信号的一部分(当启用第一激光器102并且禁用第二激光器104时)或第二频率调制光学信号的至少一部分(当启用第二激光器104并且禁用第一激光器102时)。如上所述，分束器112可将第一频率调制光学信号或第二频率光学频率调制光学信号分成待发射到环境中的部分和(例如，被提供给传感器118并且与反射光学信号混合的)本地振荡器部分。
现在参考图3，示出另一示例，其中控制器110选择性地启用激光雷达系统100的第一激光器102和/或第二激光器104。应当理解，图3仅描绘激光雷达系统100的一些元件。在图3所阐述的示例中，控制器110的激光器管理部件204可基于各种因素来控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态。根据示例，激光管理部件204可基于激光雷达系统100的期望检测范围选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态。根据说明，第一激光器102可在1550nm下操作并且第二激光器104可在905nm下操作。按照此说明，当激光雷达系统100的期望检测范围大于阈值距离时，激光管理部件204可选择性地启用第一激光器102并且禁用第二激光器104(例如，1550nm可相比905nm在用于检测更远距离的对象的更高功率水平下更具人眼安全性)。
另外或替代地，控制器110(例如，激光器管理部件204)可被配置来基于环境中的湿度水平选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态。存储器202可包括可识别环境中的湿度水平的环境监测器部件300。根据示例，激光雷达系统100可包括被配置来检测环境中的湿度水平的湿度传感器302；按照此示例，湿度传感器302可将检测到的湿度水平数据发送到环境监测部件300(例如，环境监测器部件300可确定湿度水平是否超过阈值湿度水平)。根据另一示例，环境监测器部件300可被配置来接收指示环境中的湿度水平的天气数据304。例如，天气数据304可指定当前正在下雪或下雨；因此，湿度水平可由环境监测组件300基于天气数据304来识别。根据又一示例，环境监测器部件300可接收可用于识别环境中的湿度水平的车辆运行数据306。例如，车辆操作数据306可指定其中利用激光雷达系统100的车辆的挡风玻璃刮水器操作(例如，当挡风玻璃刮水器如车辆操作数据306中指定的那样开启时，可假设正在下雨或下雪)。因此，控制器110可被配置来基于挡风玻璃刮水器操作选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态。
作为说明，第一激光器102可被配置来在1550nm的波长下操作，并且第二激光器104可被配置来在905nm或3μm的波长下操作。按照此说明，环境监测器部件300可确定环境中的湿度水平是否超过阈值湿度水平。激光器管理部件204可被配置来选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态，使得当环境中的湿度水平低于阈值湿度水平时启用第一激光器102并且禁用第二激光器104(例如，当环境中的湿度水平低于阈值湿度水平时利用在1550nm下操作的第一激光器102)。此外，激光器管理部件204可被配置来选择性地控制第一激光器102和第二激光器104的操作状态，使得当环境中的湿度水平等于或高于阈值湿度水平时禁用第一激光器102并且启用第二激光器104(例如，当环境中的湿度水平等于或高于阈值湿度水平时启用在905nm或3μm下操作的第二激光器104)。
可采用波长分集来管理对激光雷达系统100的天气影响。由于某些波长(诸如1550nm)被水吸收，因此与其他波长(例如，905nm或3μm)相比，此类波长在雨、雪或雾中生成返回信号的性能可能不佳。然而，出于眼睛安全考虑，905nm可能不太理想。因此，激光雷达系统100可支持两种波长下的操作，其中1550nm激光可用于干燥天气，而其他波长(例如，905nm或3μm)可用于潮湿天气。此外，水分的存在可降低强度，因此使得905nm激光器能够在人眼安全水平下操作。因此，例如，1550nm波长对人眼更安全，而较短波长可在雪、雾和雨中产生更佳SNR。
应当理解，对于落在光学谐振器106的谐振器材料的透明窗内的基本上任何两个波长，第一激光器102和第二激光器104耦接到光学谐振器106是可能的。此外，注意，如果两个波长相距很远，则可利用对两个波长都透明的光学器件。此外，预期可利用涂层的使用来为激光雷达系统100的光学元件产生二色性。
现在描述其中第一激光器102和第二激光器104同时操作的各种实施方案。如上所述，第一激光器102在第一波长下操作并且第二激光器104在第二波长下操作。在下文阐述的许多示例中，第一波长可不同于第二波长(例如，第一激光器102和第二激光器104可在不同波长下操作)。同时操作的激光器102-104的各种波长差异意图落入本文所附权利要求的范围内。例如，波长之间的差异可以是10s的纳米数量级；这种波长分集可通过去相关散斑场来减轻散斑噪声的贡献。然而，还预期以下示例可扩展到其中同时操作的激光器102-104各自在共同波长下操作的情形(但此类情形不会用于减轻散斑噪声)。
现在转向图4，示出了激光雷达系统100的另一示例性实施方案。如图4所示，激光雷达系统100还可包括合束器400。在图4所示的示例中，第一激光器102和第二激光器104同时操作。第一激光器102和第二激光器104自注入锁定到可实现同等高的相干性的同一光学谐振器106。此外，在给定时间段期间，共同频率线性调频脉冲可由第一激光器102和第二激光器104生成。
调制器108可向光学谐振器106施加时变电压，其中时变电压控制电光材料的光学性质的调制，以致使第一激光器102生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号并且致使第二激光器104生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号。此外，合束器400可被配置来组合第一频率调制光学信号和第二频率调制光学信号以形成组合频率调制光学信号。分束器112可将组合频率调制光学信号分成组合频率调制光学信号部分的(例如，由前端光学器件114)待传输到环境中的部分和组合频率调制光学信号的提供给传感器118的本地振荡器部分。
前端光学器件114可被配置来接收反射光学信号，所述反射光学信号对应于组合频率调制光学信号的从环境中的对象116反射的部分的至少一部分。此外，传感器118可将组合频率调制光学信号的反射光学信号与本地振荡器部分混合。处理电路120可进一步基于与组合频率调制光学信号的本地振荡器部分混合的反射光学信号来计算距离和速度数据122(例如，激光雷达系统100与对象116之间的距离和/或对象116相对于激光雷达系统100的速度)。
根据示例，应当理解，控制器110可被配置来选择性地控制是启用还是禁用第一激光器102以及是启用还是禁用第二激光器104，如上所述。因此，第一激光器102在被启用时可生成第一频率调制光学信号(例如，当禁用第一激光器102时不生成第一频率调制光学信号)。同样地，第二激光器104在被启用时可生成第二频率调制光学信号(例如，当禁用第二激光器104时不生成第二频率调制光学信号)。当控制器110同时启用两个激光器102-104时，合束器400可组合第一频率调制光学信号和第二频率调制光学信号。然而，预期要求保护的主题不限于此示例。
如上所述，第一激光器102的第一波长可不同于第二激光器104的第二波长。根据示例，激光雷达系统100可包括相隔约30nm的波长的两个激光器102-104。根据示例，第一波长和第二波长相隔大于20nm且小于40nm。根据又一示例，第一波长和第二波长可相隔大于25nm且小于35nm。根据另一示例，第一波长可以是1530nm并且第二波长可以是1560nm。然而，应当理解要求保护的主题不限于前述示例。
激光器102-104可耦接到共同频率线性调频脉冲系统，即光学谐振器106和调制器108。两个激光器102-104可用于照射对象116(例如，环境中的目标)，并且来自目标的反射光学信号(包括来自两个激光器102-104的线性调频脉冲)可被引入到共同检测器组件(例如，传感器118)。传感器118可将反射光学信号与源自激光器102-104两者的本地振荡器信号混合。在传感器118的输出端，由于每个反射光学信号场与其对应本地振荡器信号的混合，可生成差拍频率。虽然对于两个激光器102-104，每个本地振荡器和相关联信号的波长可以不同，但由于信号范围和多普勒引起的差拍频率可以是共同的，因此可相加。此外，由于波长差异引起的相关性减弱，可减少由散斑引起的噪声。因此，可利用波长分集来减少图4所示的激光雷达系统100(例如，FMCW激光雷达系统)中的散斑噪声。散斑噪声是可与各种类型的激光雷达系统相关联的噪声源，并且可表示常规激光雷达系统的整体噪声的重要贡献者。
参考图5，示出了示出源自第一激光器102的本地振荡器信号502和源自第二激光器104的本地振荡器信号504的图表500。图表500还示出反射光学信号506和反射光学信号508。反射光学信号506对应于由第一激光器102生成的从环境中的对象反射的第一频率调制光学信号的一部分，并且反射光学信号508对应于由第二激光器104生成的第二频率调制光学信号的从环境中的同一对象反射的一部分。在传感器118中，本地振荡器信号502和反射光学信号506混合以输出差拍频率f，并且本地振荡器信号504和反射光学信号508混合以输出相同差拍频率f。差拍频率可相加。根据示例，传感器118可输出表示相加的差拍频率的模拟信号，ADC可将模拟信号转换为数字信号，并且处理电路120可对数字信号执行快速傅立叶变换(FFT)以形成频率信号。简要地参考图6，呈现了示出对应于如图5所描绘的本地振荡器信号502和504以及反射光学信号506和508的频率信号602的图表600。差拍频率f是图6所描绘的频率信号602的峰值604。
再次参考图4。如本文所述，激光雷达系统100可减轻由于散斑引起的噪声，散斑是精细尺度的高对比度颗粒状图案，其在来自激光器的光学信号从与激光的波长具有相同尺度(或更大)的粗糙度的表面反射时出现。散斑图案还可产生噪声强度波动，这对激光雷达系统的SNR不利。
散斑图案中强度波动的分布取决于包括入射光波长的多个参数(照射和观察方向)。两个散斑场的互相关取决于表面高度波动的特征函数h，即散射点强度分布和散射矢量的函数。散射矢量可定义为：
Figure BDA0003171732540000141
在前述内容中，k是波矢量
Figure BDA0003171732540000142
其中λ是光的波长。照射光束中的平均波矢量为ki，其中i表示照射方向，并且o是观察方向。在两个波长在法线方向照射(粗糙)表面并且定义
Figure BDA0003171732540000143
作为对应于两个波长λ1和λ2的散射矢量的差值的情况下，可得出
Figure BDA0003171732540000144
的横向分量为零，并且法向分量如下：
Figure BDA0003171732540000145
在前述内容中，Δλ＝λ1-λ2并且
Figure BDA0003171732540000146
散斑强度相关性降低至等于或小于1/e2的值可发生在以下情形中：
Figure BDA0003171732540000147
σh是表面高度波动的标准偏差。
因此，如本文所述的两个波长与激光器102-104一起使用可通过去相关散斑场来减少来自散斑的非期望贡献。假设σh＞10λ，那么对于在1550nm光附近相隔大约30nm的两个波长(例如，1530nm和1560nm)，可满足此条件。
如本文所述，前述内容可通过使用两个单独的激光器102-104来实现。在激光雷达系统100中利用激光器102-104可产生具有不同波长的两个激光束；这种激光束在传播方向、接收方向和施加在它们上的频率线性调频脉冲的带宽上可具有共同点。相比之下，一些常规系统可能尝试利用两个单独的激光雷达系统(例如，将发射系统和接收系统加倍)来生成两个激光束。此外，可能难以为接收系统提供适当的重叠。例如，如果两个激光束的线性调频脉冲频率和带宽不相同，那么表示来自同一目标的反射的接收信号可在接收信号与两个本地信号与两个本地振荡器场之间的差拍信号的傅立叶频谱中产生两组峰值。前述内容可能使接收器变复杂，因为可能需要设计适当的滤波以将正确的两个信号与同一目标相关联。
如本文所阐述，光学谐振器106包括一个或多个电极，调制器108向所述一个或多个电极施加时变电压，这进而可改变光学谐振器106的电光材料的折射率。折射率随时间的变化改变激光器102-104光学注入锁定的模式的频率。因此，由耦接到光学谐振器106的激光器102-104输出的光的频率也改变。因此，可在激光器102-104的频率上实现线性调频脉冲而不改变激光器102-104的电流、温度或电压。
参考图7，示出了光学耦接到光学谐振器(例如，光学谐振器106)的激光器102-104的示例。应当理解，图7是出于说明目的而呈现的，并且其他配置意图落入本文所附权利要求的范围内。在图7所示的示例中，激光器102-104光学耦接到WGM谐振器700。此外，在图7所示的示例中，来自第一激光器102的光束通过光学耦接器702光学耦接到WGM谐振器700中。此外，来自第二激光器102的光束通过光学耦接器704光学耦接到WGM谐振器700。根据示例，光学耦接器702-704可以是棱镜；然而，其他类型的光学耦接器702-704意图落入本文所附权利要求的范围(例如，波导等)内。
此外，预期准直器或光学模式选择器可任选地插置在激光器102-104与WGM谐振器700之间(例如，第一光学模式选择器/准直器706可插置在第一激光器102与WGM谐振器700之间并且第二光学模式选择器/准直器708可插置在第二激光器102与WGM谐振器700之间)。
再次参考图4。来自第一波长下的第一激光器102和第二波长下的第二激光器104的光束可分成两部分(例如，通过光学耦接器702-704)。根据示例，光束的大约90％的光可发送到合束器400，而光束的其余部分(例如，大约10％)的光可发送到被选择为具有相同偏振以提供激光器102-104到光学谐振器106的模式的自注入锁定的每种模式。因此，可为两个激光器102-104获得共同光谱纯度(低噪声)。此外，激光器102-104的线性调频脉冲可通过向光学谐振器106施加时变电压(例如，通过调制器108)来实现。例如，从光学耦接器702-704输出的光可结合光电检测器使用以监测过程。此外，每个光束的大约90％的光可由合束器400组合。此外，分束器112可分离组合光束，从而将用于从激光雷达系统100发射的一部分(例如，通过前端光学器件114朝向对象116)和本地振荡器部分发送到传感器118。
图4所示的架构允许来自每个激光器102-104的反射光学信号与由激光器102-104生成的光学信号的对应本地振荡器部分混合。例如，由距离R处的对象116反射的由于λ1引起的信号可与对应本地振荡器部分混合以产生将在傅立叶频谱上显现为频率f下的峰值的差拍。由于λ2引起的信号也将从距离R处的同一对象116产生相同的差拍频率f，因为两个激光器102-104上的两个频率变化(诸如线性调频脉冲)是相同的，并且距离R处的对象116产生与激光器102-104操作的波长λ1和λ2无关的相同差拍频率。注意，由于激光器102-104中的每一个引起的两个差拍信号的振幅相加。例如，如果不存在由于噪声源引起的劣化，则接收信号可以是通过同时使用两个激光器102-104获得的两个差拍信号的总和。
在存在散斑的情况下，散斑场去相关的效果可以是产生信号强度，所述信号强度是来自不同波长下的激光器102-104的两个信号的总和。例如，如果激光器102-104两者在共同波长下操作，则总和可大于对应信号。
如本文所述，用于散斑去相关的第一激光器102和第二激光器104的两个波长可相隔几十纳米。此外，来自激光雷达系统100的发射器并且通过激光雷达系统100的接收器的路径中的光学元件可由激光器102-104两者使用。
参考图8，示出了激光雷达系统100的另一示例性实施方案。如图所示，激光雷达系统100可包括光子集成电路800。光子集成电路800可光学耦接到前端光学器件114。光子集成电路800可包括本文描述为包括在激光雷达系统800中的各种元件。例如，如图所示，第一激光器102、第二激光器104和光学谐振器106可集成为光子集成电路800的一部分。此外，应当理解，本文所述的其他元件可类似地集成为光子集成电路800的一部分。因此，激光雷达系统100可在芯片级的光子集成电路800上实现。此外，光子集成电路800可由诸如例如硅、氮化硅等(例如，其可支持本文所述的波长分离)的材料形成。
参考图9，示出了示例性自主车辆900。自主车辆900可基于由自主车辆900的传感器系统输出的传感器信号在没有人类驾驶员的情况下在道路上导航。自主车辆900包括激光雷达系统100以及一个或多个其他传感器系统，即传感器系统1 902和传感器系统N 904，其中N基本上可以是大于1的任何整数。传感器系统1 902和传感器系统N 904在本文中统称为传感器系统902-904。传感器系统902-904是不同类型的并且围绕自主车辆900布置。例如，传感器系统1 902可以是雷达传感器系统并且传感器系统N 904可以是相机传感器系统。传感器系统902-904中所包括的其他示例性传感器系统可包括GPS传感器系统、声纳传感器系统、红外传感器系统等。
自主车辆900还包括用于实现自主车辆900的适当运动的若干机械系统。例如，机械系统可包括但不限于车辆推进系统906、制动系统908和转向系统910。车辆推进系统906可包括电动发动机、内燃发动机或它们的组合。制动系统908可包括发动机制动器、制动片、致动器和/或被配置来辅助使自主车辆900减速的任何其他合适的部件。转向系统910包括被配置来控制自主车辆900的移动方向的合适的部件。
自主车辆900另外包括与激光雷达传感器100、传感器系统902-904、车辆推进系统906、制动系统908和转向系统910通信的计算系统912。计算系统912包括处理器914和存储器916；存储器916包括由处理器914执行的计算机可执行指令。根据各种示例，处理器914可以是或包括图形处理单元(GPU)、多个GPU、中央处理单元(CPU)、多个CPU和专用集成电路(ASIC)、微控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。
计算系统912的存储器916包括可控制激光雷达系统100以及其他传感器系统902-904的传感器管理系统918。传感器管理系统918可接收由激光雷达系统100生成的距离和速度数据122。此外，根据各种示例，传感器管理系统918可控制激光雷达系统100以选择性地启用或禁用激光器102-104。根据示例，传感器管理系统918可将天气数据(例如，天气数据304)或车辆操作数据(例如，车辆操作数据306)发射给激光雷达系统100(例如，控制器110)。作为另一示例，传感器管理系统918可将指示激光雷达系统100的期望检测范围的数据发射给激光雷达系统100。作为另一示例，传感器管理系统918可确定采用哪个波长，并且可向激光雷达系统100发送控制信号以致使适当启用和禁用激光器102-104。然而，应当理解，要求保护的主题不限于包括在自主车辆900中的激光雷达系统100选择性地启用激光器102-104(例如，激光雷达系统100可如所上所述的那样同时操作激光器102-104)。
存储器916还可包括控制系统920。控制系统920被配置来控制自主车辆900的机械系统中的至少一者(例如，车辆推进系统906、制动系统908和/或转向系统910中的至少一者)。例如，控制系统920可基于至少部分地基于由激光雷达系统100生成的距离和速度数据122为自主车辆900生成的运动计划来控制车辆推进系统906、制动系统908和/或转向系统910。
图10-图11示出与操作多激光器单光学谐振器激光雷达系统相关的示例性方法。虽然这些方法被示出和描述为按顺序执行的一系列动作，但应当领会和理解这些方法不限于顺序的次序。例如，一些动作可以与本文所述的次序不同的次序发生。此外，动作可与另一动作同时发生。此外，在一些情况下，实现本文所述的方法不必需所有动作。
此外，本文所述的动作可以是可由一个或多个处理器实现和/或存储在一种或多种计算机可读介质上的计算机可执行指令。计算机可执行指令可包括例程、子例程、程序、执行线程等。再者，方法的动作结果可存储在计算机可读介质中、显示于显示装置上等。
图10示出操作激光雷达系统的方法1000。在1002处，可选择性地启用或禁用激光雷达系统的第一激光器和激光雷达系统的第二激光器。第一激光器可被配置来在第一波长下操作并且第二激光器可被配置来在不同的第二波长下操作。在1004处，可向激光雷达系统的光学谐振器施加时变电压。光学谐振器可光学耦接到第一激光器和第二激光器。光学谐振器可由电光材料形成。所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器。
此外，时变电压可控制电光材料的光学性质的调制。在1006处，可将包括由第一激光器或第二激光器中的启用者生成的一系列光学线性调频脉冲的频率调制光学信号从激光雷达系统发射到环境中。光学谐振器的电光材料的光学性质的调制可致使第一激光器或第二激光器中的启用者生成频率调制光学信号。根据各种示例，可基于环境中的湿度水平选择性地启用或禁用第一激光器和第二激光器。作为另一示例，可基于激光雷达系统的期望检测范围选择性地启用或禁用第一激光器和第二激光器。
转向图11，示出了操作激光雷达系统的另一方法1100。在1102处，可向激光雷达系统的光学谐振器施加时变电压。光学谐振器可光学耦接到激光雷达系统的第一激光器和激光雷达系统的第二激光器。第一激光器可被配置来在第一波长下操作并且第二激光器可被配置来在不同的第二波长下操作。光学谐振器可由电光材料形成。此外，所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器。所述时变电压控制所述电光材料的光学性质的调制，以致使所述第一激光器生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号并且致使所述第二激光器生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号。在1104处，可组合第一频率调制光学信号和第二频率调制光学信号以形成组合频率调制光学信号。在1106处，可将组合频率调制光学信号的至少一部分从激光雷达系统发射到环境中。
现在参考图12，示出可根据本文所公开的系统和方法使用的示例性计算装置1200的概括图示。例如，计算装置1200可以是或包括计算系统912。计算设备1200包括执行存储在存储器1204中的指令的至少一个处理器1202。指令可以是例如用于实现被描述为由上述一个或多个系统执行的功能的指令或者用于实现上述方法中的一者或多者的指令。处理器1202可以是GPU、多个GPU、CPU、多个CPU、多核处理器等。处理器1202可通过系统总线1206访问存储器1204。除了存储可执行指令之外，存储器1204还可存储距离和速度数据、天气数据、车辆操作数据等。
计算装置1200另外包括可由处理器1202通过系统总线1206访问的数据存储库1208。数据存储库1208可包括可执行指令、距离和速度数据、天气数据、车辆操作数据等。计算装置1200还包括允许外部装置与计算装置1200通信的输入接口1210。例如，输入接口1210可用于从外部计算机装置接收指令等。计算装置1200还包括将计算装置1200与一个或多个外部装置对接的输出接口1212。例如，计算装置1200可通过输出接口1212向发动机906、制动系统908和/或转向系统910发射控制信号。
此外，虽然被示出为单个系统，但应当理解，计算装置1200可以是分布式系统。因此，例如，若干装置可通过网络连接进行通信并且可共同执行被描述为由计算装置1200执行的任务。
本文所述的功能可在硬件、软件或它们的任何组合中实现。如果在软件中实现，那么功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过所述计算机可读介质传输。计算机可读介质包括计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是可由计算机访问的任何可用存储介质。例如但不限于，此类计算机可读存储介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储装置，或可用于存储呈指令或数据结构形式的所需程序代码并且可由计算机进行存取的任何其他介质。如本文所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，并且光盘用激光器光学地再现数据。此外，传播的信号不包括在计算机可读存储介质的范围内。计算机可读介质还包括通信介质，所述通信介质包括有利于将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何介质。例如，连接可以是通信介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(诸如红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输的，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(诸如红外线、无线电和微波)包括在通信介质的定义中。以上的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
替代地或此外，本文所述的功能可至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。可使用的说明性类型的硬件逻辑组件包括例如但不限于：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑装置(CPLD)等。
上文所述的内容包括一个或多个实施方案的示例。当然，不可能出于描述前述方面的目的而描述上述装置或方法的每一种可设想修改和变更，但本领域普通技术人员可认识到，各个方面的许多进一步修改和排列是可能的。因此，所述的方面意图涵盖落在所附权利要求的范围内的所有此类变更、修改和变型。此外，就本说明书或权利要求中所用的术语“包括”来说，此类术语意图以与术语“包括”在其在权利要求中用作过渡词时被解释时类似的方式是包含性的。

Claims (20)

1.一种激光雷达系统，其包括：
第一激光器，所述第一激光器被配置来在第一波长下操作；
第二激光器，所述第二激光器被配置来在第二波长下操作，其中所述第二波长不同于所述第一波长；
光学谐振器，所述光学谐振器光学耦接到所述第一激光器和所述第二激光器，所述光学谐振器由电光材料形成，其中所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器；
调制器，所述调制器被配置来向所述光学谐振器施加时变电压，所述时变电压控制所述电光材料的光学性质的调制，以致使所述第一激光器生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号并且致使所述第二激光器生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号；
合束器，所述合束器被配置来将所述第一频率调制光学信号和所述第二频率调制光学信号组合以形成组合频率调制光学信号；以及
前端光学器件，所述前端光学器件被配置来将所述组合频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到环境中。
2.如权利要求1所述的激光雷达系统，所述第一波长和所述第二波长相隔大于20nm且小于40nm。
3.如权利要求1所述的激光雷达系统，所述第一波长和所述第二波长相隔大于25nm且小于35nm。
4.如权利要求1所述的激光雷达系统，所述第一波长为1530nm并且所述第二波长为1560nm。
5.如权利要求1所述的激光雷达系统，其还包括：
分束器，所述分束器被配置来将所述组合频率调制光学信号分成所述组合频率调制光学信号的要发射到所述环境中的部分和所述组合频率调制光学信号的本地振荡器部分。
6.如权利要求5所述的激光雷达系统，其中：
所述前端光学器件还被配置来接收反射光学信号，所述反射光学信号对应于所述组合频率调制光学信号的从所述环境中的对象反射的部分的至少一部分；
所述激光雷达系统还包括:
传感器，所述传感器被配置来将所述组合频率调制光学信号的所述反射光学信号与本地振荡器部分混合；以及
处理电路，所述处理电路被配置来基于与所述组合频率调制光学信号的所述本地振荡器部分混合的所述反射光学信号来计算所述对象的距离和速度数据。
7.如权利要求1所述的激光雷达系统，其还包括：
光子集成电路，其中至少所述第一激光器、所述第二激光器和所述光学谐振器集成在所述光子集成电路上。
8.如权利要求1所述的激光雷达系统，所述光学谐振器是回音壁模式(WGM)谐振器。
9.如权利要求1所述的激光雷达系统，所述电光材料的所述光学性质包括折射率。
10.一种激光雷达系统，其包括：
光子集成电路，所述光子集成电路包括：
第一激光器，所述第一激光器被配置来在第一波长下操作；
第二激光器，所述第二激光器被配置来在第二波长下操作，其中所述第二波长不同于所述第一波长；
光学谐振器，所述光学谐振器光学耦接到所述第一激光器和所述第二激光器，所述光学谐振器由电光材料形成，其中所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器；
调制器，所述调制器被配置来向所述光学谐振器施加时变电压，所述时变电压控制所述电光材料的光学性质的调制，以致使所述第一激光器生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号并且致使所述第二激光器生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号；以及
合束器，所述合束器被配置来将所述第一频率调制光学信号和所述第二频率调制光学信号组合以形成组合频率调制光学信号；以及
前端光学器件，所述前端光学器件光学耦接到所述光子集成电路，所述前端光学器件被配置来将所述组合频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到环境中。
11.如权利要求10所述的激光雷达系统，所述光子集成电路还包括：
分束器，所述分束器被配置来将所述组合频率调制光学信号分成所述组合频率调制光学信号的要发射到所述环境中的部分和所述组合频率调制光学信号的本地振荡器部分。
12.如权利要求11所述的激光雷达系统，其中：
所述前端光学器件还被配置来接收反射光学信号，所述反射光学信号对应于所述组合频率调制光学信号的从所述环境中的对象反射的部分的至少一部分；
所述光子集成电路还包括：
传感器，所述传感器被配置来将所述组合频率调制光学信号的所述反射光学信号与本地振荡器部分混合。
13.如权利要求12所述的激光雷达系统，所述光子集成电路还包括：处理电路，所述处理电路被配置来基于与所述组合频率调制光学信号的所述本地振荡器部分混合的所述反射光学信号来计算所述对象的距离和速度数据。
14.如权利要求10所述的激光雷达系统，所述第一波长和所述第二波长相隔大于20nm且小于40nm。
15.如权利要求10所述的激光雷达系统，所述第一波长和所述第二波长相隔大于25nm且小于35nm。
16.如权利要求10所述的激光雷达系统，所述第一波长为1530nm并且所述第二波长为1560nm。
17.一种操作激光雷达系统的方法，其包括：
向所述激光雷达系统的光学谐振器施加时变电压，所述光学谐振器光学耦接到所述激光雷达系统的第一激光器和所述激光雷达系统的第二激光器两者，所述第一激光器被配置来在第一波长下操作并且所述第二激光器被配置来在不同的第二波长下操作，所述光学谐振器由电光材料形成，所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器，所述时变电压控制调制所述电光材料的光学性质的调制，以致使所述第一激光器生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号并且致使所述第二激光器生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号；
将所述第一频率调制光学信号和所述第二频率调制光学信号组合以形成组合频率调制光学信号；以及
将所述组合频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到环境中。
18.如权利要求17所述的方法，其还包括：
将所述组合频率调制光学信号分成所述组合频率调制光学信号的要传输到环境中的部分和所述组合频率调制光学信号的本地振荡器部分。
19.如权利要求18所述的方法，其还包括：
接收反射光学信号，所述反射光学信号对应于所述组合频率调制光学信号的从所述环境中的对象反射的部分的至少一部分；
将所述组合频率调制光学信号的所述反射光学信号与所述本地振荡器部分混合；以及
基于与所述组合频率调制光学信号的所述本地振荡器部分混合的所述反射光学信号来确定所述对象的距离和速度数据。
20.如权利要求17所述的方法，所述第一波长和所述第二波长相隔大于20nm且小于40nm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024139685A1 (zh) * 2022-12-28 2024-07-04 武汉万集光电技术有限公司 Opa激光雷达、目标探测方法、装置、介质和产品

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11536805B2 (en) 2018-06-25 2022-12-27 Silc Technologies, Inc. Optical switching for tuning direction of LIDAR output signals
WO2020018805A1 (en) * 2018-07-18 2020-01-23 Bridger Photonics, Inc. Methods and apparatuses for range peak pairing and high-accuracy target tracking using fmcw ladar measurements
US11353558B2 (en) 2018-12-29 2022-06-07 Gm Cruise Holdings Llc Multiple laser, single resonator lidar
US12429569B2 (en) 2019-05-17 2025-09-30 Silc Technologies, Inc. Identification of materials illuminated by LIDAR systems
US11650317B2 (en) 2019-06-28 2023-05-16 Silc Technologies, Inc. Use of frequency offsets in generation of LIDAR data
US11385353B2 (en) * 2019-07-30 2022-07-12 Silc Technologies, Inc. Use of frequency offsets in generation of lidar data
US12306344B1 (en) * 2020-08-25 2025-05-20 Silc Technologies, Inc. Reduction of components in LIDAR systems
US11768285B2 (en) * 2021-05-12 2023-09-26 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for chirp linearization using external reflector(s) as a reference reflector
US20220365213A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-17 Velodyne Lidar Usa, Inc. Linearization of chirp in coherent lidar systems
WO2023034939A1 (en) * 2021-09-01 2023-03-09 Velodyne Lidar Usa, Inc. High resolution coherent lidar systems, and related methods and apparatus
US12411213B2 (en) 2021-10-11 2025-09-09 Silc Technologies, Inc. Separation of light signals in a LIDAR system
US12417327B2 (en) * 2021-11-24 2025-09-16 Gm Cruise Holdings Llc Techniques for heuristics-based simulation of atmospheric effects in an AV simulation system
US12422618B2 (en) 2022-10-13 2025-09-23 Silc Technologies, Inc. Buried taper with reflecting surface

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020018494A1 (en) * 2000-08-08 2002-02-14 Vieira Amarildo Jesus Cavalheiro Multiple laser source, and systems for use thereof
US20070215795A1 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 Mitsubishi Electric Corporation Differential absorption lidar apparatus
CN101166947A (zh) * 2005-02-14 2008-04-23 数字信号公司 激光雷达系统和用于提供线性调频电磁辐射的系统和方法
CN106707291A (zh) * 2016-12-09 2017-05-24 中国科学技术大学 一种激光雷达系统
CN107567592A (zh) * 2015-04-07 2018-01-09 闪光股份有限公司 小型激光雷达系统
WO2018170478A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 Bridger Photonics, Inc. Fmcw lidar methods and apparatuses including examples having feedback loops
US20180351319A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical dual-comb source apparatuses including optical microresonator

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5892575A (en) 1996-05-10 1999-04-06 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for imaging a scene using a light detector operating in non-linear geiger-mode
US7936448B2 (en) 2006-01-27 2011-05-03 Lightwire Inc. LIDAR system utilizing SOI-based opto-electronic components
WO2010068499A1 (en) 2008-11-25 2010-06-17 Tetravue, Inc. Systems and methods of high resolution three-dimensional imaging
CN102769251B (zh) 2011-05-04 2015-11-25 中国计量科学研究院 谐振腔器件、以及使用该谐振腔的系统和装置
CN104040808B (zh) 2011-06-30 2016-11-16 Oe电波公司 紧凑光学原子钟和基于回音壁模式光学谐振器中的参数化非线性光学混频的应用
US8908251B2 (en) * 2013-01-30 2014-12-09 Hrl Laboratories, Llc Tunable optical metamaterial
JP2015053210A (ja) * 2013-09-09 2015-03-19 日本航空電子工業株式会社 光電複合コネクタ
US9851433B2 (en) 2013-12-19 2017-12-26 DSCG Solutions, Inc. Single laser LIDAR system
WO2016210401A1 (en) 2015-06-26 2016-12-29 Mezmeriz Inc. Beat signal bandwidth compression method, apparatus, and applications
US11187807B2 (en) 2017-07-24 2021-11-30 Intel Corporation Precisely controlled chirped diode laser and coherent lidar system
JP7074311B2 (ja) * 2017-08-30 2022-05-24 国立研究開発法人産業技術総合研究所 光学的距離測定装置および測定方法
US20190146091A1 (en) * 2017-11-16 2019-05-16 Oewaves, Inc. Underwater lidar

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020018494A1 (en) * 2000-08-08 2002-02-14 Vieira Amarildo Jesus Cavalheiro Multiple laser source, and systems for use thereof
CN101166947A (zh) * 2005-02-14 2008-04-23 数字信号公司 激光雷达系统和用于提供线性调频电磁辐射的系统和方法
CN101852855A (zh) * 2005-02-14 2010-10-06 数字信号公司 激光雷达系统和用于提供线性调频电磁辐射的系统和方法
US20070215795A1 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 Mitsubishi Electric Corporation Differential absorption lidar apparatus
CN107567592A (zh) * 2015-04-07 2018-01-09 闪光股份有限公司 小型激光雷达系统
CN106707291A (zh) * 2016-12-09 2017-05-24 中国科学技术大学 一种激光雷达系统
WO2018170478A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 Bridger Photonics, Inc. Fmcw lidar methods and apparatuses including examples having feedback loops
US20180351319A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical dual-comb source apparatuses including optical microresonator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024139685A1 (zh) * 2022-12-28 2024-07-04 武汉万集光电技术有限公司 Opa激光雷达、目标探测方法、装置、介质和产品

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Publication number Publication date
US11079480B2 (en) 2021-08-03
EP3881097A1 (en) 2021-09-22
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CN113646659B (zh) 2022-05-10
EP3881097B1 (en) 2024-01-03
WO2020139516A1 (en) 2020-07-02

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