[发明专利]光脉冲发射机

说明书

技术领域

本发明总体涉及测距。具体而言，本发明涉及一种驱动激光二极管和光脉冲发射机的方法。

背景技术

测勘或测距技术涉及利用角度和距离的测量来确定对象的未知位置、表面或体积。所确定的从测量仪器到进行测勘的点的角度和距离可被用于计算测勘点相对于测量仪器的坐标。为了进行这些测量，光学测勘仪器或测地仪器通常包括一个电子距离测量(EDM)装置，该装置可被结合到一个所谓的全站仪中，参见图1。距离测量全站仪结合有电子部件和光学部件，并且通常还设置有一个带有可写信息的计算机或控制单元，用于控制待被执行的测量以及用于存储在测量过程中获得的数据。优选地，全站仪计算目标在固定的地面坐标系(fi xedground-based coordinate system)中的位置。这样的全站仪可包括一个望远镜，所述望远镜例如可布置有十字线用于瞄准目标。望远镜的转动角以及望远镜的倾斜角可相对于目标被测量。包括摄像机的全站仪也是已知的。

在常规的EDM中，光束被以光脉冲的形式朝向目标发射，接下来被该目标反射的光在光学测勘仪器(surveying instrument)诸如全站仪处被检测。借助例如飞行时间(TOF)或相位调制技术，对所检测到的信号进行处理使得能够确定离目标的距离。使用TOF技术，测量光脉冲从测勘仪器(EDM装置)行进到目标、在目标处被反射并返回到所述测勘仪器(EDM装置)的飞行时间，基于该飞行时间可计算所述距离。所接收的信号的功率损耗确定最大可能距离。利用相位调制技术，将不同频率的光从所述测勘仪器发射至目标，由此检测被反射的光脉冲，基于所发射的脉冲和所接收的脉冲之间的相位差来计算所述距离。如上所述，一旦已经测得所述角度和距离，就可计算测勘目标的实际位置。

在常规的扫描仪中，例如，在旨在用于工业、测勘和/或建筑应用或其他应用的扫描仪中，利用光束控制功能可将光束导向在所述目标的表面处的多个感兴趣的位置上。光脉冲被朝向每一个感兴趣的位置发射，检测从这些位置中的每一个反射的光脉冲，从而确定离这些位置中的每一个的距离。例如，使用LIDAR(光探测和测距)扫描仪，可测量散射光的特性以确定远距离目标的距离和/或其他信息。通常，使用激光脉冲确定离一个对象或表面的距离。

为了增加在TOF测距应用中的量程(measurement range)，使用主振荡器功率放大器(MOPA)可以是有利的，因为能够在发射的脉冲中实现高峰值功率，从而由于较高的信噪比而实现较长的射程和较高的测量速率。出于同样的原因，在相位调制系统中，较高的输出功率也是有利的。在MOPA中，主激光器与用于放大该主激光器的输出的光学放大器结合使用。主激光器通常被称为种子激光器。通过使用光学放大器来提高输出，可减轻对种子激光器的要求，这允许发射机达到光束的较高的波长稳定性以及空间质量。一种特定类型的MOPA是使用微结构的半导体种子激光二极管和光泵浦光纤放大器(optically pumped fiber amplifier)来实现，这种MOPA有时被称为主振荡器光纤放大器(MOFA)。

为了实现距离测量的足够高准确性，应使用短脉冲。通常，视应用而定，使用具有1到50ns的持续时间T_p的光脉冲。还已知利用次纳秒脉冲的发射机(参考，例如S.N.Vainshtein等人，Rev.Sci.Instrum.vol.71，no.11，p.4039-4044(2000))。为了提供持续时间为T_p的光脉冲，激光器中的载流子寿命T_L应约为T_p或更短。