[发明专利]一种全固态激光雷达及其设计方法

权利要求书

1.一种全固态三维扫描激光雷达，其特征在于，所述全固态三维扫描激光雷达主要由激光器、光栅、透镜和面阵探测器构成，所述激光器用于产生激光光束；所述光栅用于将激光光束分成等夹角等频率差的平行光源；所述透镜用于将平行光源聚焦成等间距等频率差的三维光源阵列；将所述三维光源阵列中各频率点的光源以球面波向外发散，以使不同频率点的光源之间干涉相增的干涉激光光束进行转动扫描；所述面阵探测器用于探测不同扫描角度的干涉激光光束。

2.根据权利要求1所述的全固态三维扫描激光雷达，其特征在于，所述光栅主要由等宽等间距的平行狭缝构成；所述面阵探测器主要由单个探测单元构成二维阵列。

3.根据权利要求1或2所述的全固态三维扫描激光雷达，其特征在于，激光光束频率、光栅平行狭缝的周期和透镜的焦距用于控制所述各频率点的频率梯度。

4.根据权利要求1或2所述的全固态三维扫描激光雷达，其特征在于，所述光栅分为透射式和反射式；所述等宽等间距的平行狭缝的密度为每毫米150-7500刻线。

5.根据权利要求1或2所述的全固态三维扫描激光雷达，其特征在于，所述透镜的焦距为1-2000毫米；所述激光光束波长为0.4-20微米。

6.根据权利要求1或2所述的全固态三维扫描激光雷达，其特征在于，所述面阵探测器的每个探测单元用于根据预设的探测角度收集对应的干涉激光光束，探测角度在水平和垂直方向均为从正65°至负65°，角分辨率优于0.02°。

7.一种全固态三维扫描激光雷达的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

通过光栅将激光光束分成等夹角等频率差的平行光源阵列；通过透镜将平行光源聚焦成等间距等频率差的三维光源阵列；并将三维光源阵列中各频率点的光源以球面波向外发散，以使不同频率点的光源之间干涉相增的干涉激光光束进行转动扫描；通过面阵探测器探测不同扫描角度的干涉激光光束。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：

在所述各频率点的频率梯度确定的情况下，根据所述球面波向外发散后的时间变化，确定所述干涉激光光束进行转动扫描的角度。

9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：

根据所述激光光束频率、光栅的平行狭缝的周期和透镜的焦距，控制所述频率梯度。

10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：

根据所述激光光束频率、光栅的平行狭缝的周期和透镜的焦距，按照下式控制所述频率梯度：

在所述各频率点的频率梯度确定的情况下，根据所述球面波向外发散后的时间变化，按照下式确定所述干涉激光光束进行转动扫描的角度：

其中，为频率梯度，△ω为相邻两个频率点之间的频率差，d为相邻两个频率点之间的间距，p为光栅的平行狭缝的周期，f_c为透镜的焦距，ω₀为中心频率，c为光速，θ为转动扫描的角度，k₀为波矢，t为转动扫描的时间，r为探测点与焦平面中心频率原点的距离。