[实用新型]一种基于光纤耦合的激光雷达接收装置及激光雷达

说明书

本实用新型公开了一种基于光纤耦合的激光雷达接收装置及激光雷达，该装置包括：接收光学镜组、光纤耦合单元、光纤、光电转换单元、主控单元；光学镜组置于装置最前端，光纤耦合单元与光学镜组共轴放置，且处于其焦平面位置，用于将光学镜组接收到的信号光耦合进后端光纤；另外，基于光纤耦合的激光雷达接收装置，由于能量转换效率较低，其光电转换单元采用工作在盖革模式的雪崩光电二极管阵列(光电倍增管)，用于响应微弱光信号。本实用新型利用大数值孔径的光纤耦合同盖革APD结合使用的方式，能够实现激光雷达无需大面阵APD也能达到大视场接收。

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，具体涉及一种用于激光雷达接收装置及激光雷达。

背景技术

激光雷达已经广泛应用在航空航天、军事对抗、遥感测绘、气象及灾害预警等诸多领域，尤其是近年来在辅助驾驶、无人驾驶等领域对车载激光雷达的性能需求显著增大，这带动着车载激光雷达将进一步朝着高分辨率、高精度、长探测距离、小型化、低功耗的方向发展。但随着探测距离的增大，回波信号将强度会迅速下降，直接探测条件下，线性工作的APD接收到信号的信噪比较低，难以满足一些计时方式对信号质量的需求；同时，传统的接收光学系统将探测器直接置于光学镜组焦平面处，因此较大的扫描视场角需要匹配尺寸较大的APD阵列，但大面阵APD价格昂贵且存在探测盲区，这在多方面对雷达的性能提升带来了限制。

采用光纤耦合APD的形式可以避免大面阵APD的使用，但针对大视场的光纤耦合，其边缘视场耦合效率极低，常规的APD难以探测到边缘视场的能量，因此限制了光纤耦合在激光雷达接收系统中的进一步应用。

另一方面，由于工作在盖革模式的APD具有极高的光子响应度，其灵敏度能够达到几十个光子量级，可在此基础上寻求新的系统方案。本实用新型以盖革模式APD的应用为前提，提出了更为适用的接收装置，实现大视场接收。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种针对远距离极微弱光信号的接收装置及结构，能够克服目前系统不足，提高雷达系统的测距能力、降低系统控制复杂度。

本实用新型其技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于光纤耦合的激光雷达接收装置，其构成包括：光学镜组、光耦合单元、光纤、光电转换单元、主控单元。整套装置的基本工作流程是将来自目标反射的信号光能量会聚、传导至光电探测单元，并转换成电信号输出，供主控对信号时间等信息的提取和分析。

具体的，所述接收光学镜组，用于会聚目标物反射的信号光能量。

具体的，所述光耦合单元位于光学镜组后端，且与所述光学镜组共轴放置，用于将经所述光学镜组会聚后的光束进一步耦合进光纤，即对空间光进行光纤耦合。

具体的，所述光纤与所述光纤耦合器连接，并作为其后级光路，作为光束传输的波导。

具体的，所述光电转换单元与所述光纤的另一端相连接，用于响应信号光，并对其进行信号处理后输出信号。

具体的，所述主控单元，用于对光电转换单元输出的信号进行采集和处理。

进一步的，装置中所述光纤类型为数值孔径>0.11的多模光纤，以保证较高的能量耦合效率。

进一步的，光电转换单元中的光电转换器件类型为工作在盖革模式的APD阵列，光电转换单元前端放置窄带滤光片，具体位于APD光敏面和光纤端面之间，用于有效地滤掉杂散光，只允许信号光中心波长附近极窄范围波长的光能量被探测器接收。

进一步的，装置中光耦合单元、光电转换单元均采用光纤耦合形式，耦合光纤规格为数值孔径>0.11的多模光纤，且具有标准类型的光纤接口，如FC/PC、FC/APC等。也就是说，装置通过光纤接口连接，实现了模块化。

本实用新型的优点和有益效果为：