[发明专利]一种光电混合式混频装置、相干测距系统及其方法

说明书

本发明公开了一种光电混合式混频装置、相干测距系统及其方法，装置包括：相位调制单元和2×2功率分束器，相位调制单元将第一光信号进行调制得到第一调制光信号；2×2功率分束器将第二光信号和第一调制光信号进行混频，低电平时两个端口分别输出第三光信号和第五光信号，高电平时两个端口分别输出第四光信号和第六光信号，在第三光信号和第四光信号中，每个光信号包含的两个信号分量之间的相位差为‑90度，在第五光信号和第六光信号中，每个光信号包含的两个信号分量之间的相位差为90度。通过实施本发明，引入相位调制单元对光信号进行调制，后续采用一个2×2功率分束器即可实现现有的2×4多模干涉耦合器混频功能，由此简化了混频器结构。

技术领域

本发明涉及相干探测技术领域，具体涉及一种光电混合式混频装置、相干测距系统及其方法。

背景技术

近年，随着无人驾驶技术的推广，激光测距系统在其中发挥了不可替代的重要作用。与直接探测系统相比，相干探测系统在探测能力、转换增益、信噪比以及稳定性等方面具有更优异的表现，因而在激光探测装置中得以越发广泛的应用。

混频器尤其是90°混频装置是相干探测系统中的关键器件，其性能和体积对相干探测系统性能存在显著影响。

现有90°混频器实现方案，主要包括体光学方案和集成芯片方案，其中集成光学方案多基于2×4多模干涉耦合器(Multimode interference coupler，MMI)设计，导致单个探测单元结构复杂，面积较大，信号分析方法复杂。不利于混频器在相干系统的应用和集成化发展。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种光电混合式混频装置、相干测距系统及其方法，以解决现有的混频器设计方案结构复杂的技术问题。

本发明实施例第一方面一种光电混合式混频装置，包括：相位调制单元和2×2功率分束器，相位调制单元用于接收第一光信号，将所述第一光信号进行周期性相位调制后，得到第一调制光信号；所述2×2功率分束器用于接收第二光信号和所述第一调制光信号，将所述第二光信号和所述第一调制光信号进行混频，在低电平持续时间，所述2×2功率分束器的第一端口输出第三光信号，所述2×2功率分束器的第二端口输出第五光信号，在高电平持续时间，所述2×2功率分束器的第一端口输出第四光信号，所述2×2功率分束器的第二端口输出第六光信号，所述第三光信号、第四光信号、第五光信号以及第六光信号均包含混频后的第一调制光信号和第二光信号，在第三光信号和第四光信号中，混频后的第一调制光信号和第二光信号之间的相位差为-90度，在第五光信号和第六光信号中，混频后的第一调制光信号和第二光信号之间的相位差为90度。

可选地，该光电混合式混频装置还包括：第一探测单元和第二探测单元，所述第一探测单元用于接收所述第三光信号和第四光信号，将所述第三光信号和第四光信号分别转换为第三电信号和第四电信号；所述第二探测单元用于接收所述第五光信号和第六光信号，将所述第五光信号和第六光信号分别转换为第五电信号和第六电信号。

可选地，所述第三光信号和所述第四光信号相位分别为-90°和180°，所述第五光信号和所述第六光信号的相位分别为90°和0°。

可选地，所述2×2功率分束器包括2×2多模干涉耦合器、2×2定向耦合器、环腔耦合器、星形耦合器、基于平板波导的菲涅尔透镜阵列、基于平板波导的超透镜阵列、半透半反镜中的任意一种。

可选地，所述相位调制单元的调制机制包括：光电效应，弹光效应，磁光效应，相变效应中的任意一种。

可选地，该光电混合式混频装置还包括：衰减单元，所述衰减单元用于将所述2×2功率分束器输出的光信号进行衰减，使得衰减后的第三光信号和第五光信号的功率相等，第四光信号和第六光信号的功率相等。