[发明专利]一种基于VCSEL的多功能可调谐激光系统

说明书

本发明公开了一种基于VCSEL的多功能可调谐激光系统，包括：发射模块包括垂直腔面发射激光器；透镜模块包括第一透镜模块和第二透镜模块；第二透镜模块包括微光学型可调光功率分配器；接收模块用于对微光学型可调光功率分配器输出的光束进行采集和应用；控制模块用于对微光学型可调光功率分配器进行控制，来改变微光学型可调光功率分配器各输出端的光功率；微光学型可调光功率分配器包括半波片和控制半波片旋转的旋转机构；控制模块包括控制单元和外部监测模块；外部监测模块用于获取与光功率分配相关的外部数据，并将该外部数据发送至控制单元；控制单元向旋转机构发送控制信号；旋转机构用于调整半波片的光轴与输入光振动方向的角度。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种基于VCSEL的的多功能可调谐激光系统。

背景技术

激光系统目前主要用于测距、图像扫描、污染检测、信息处理、地表三维绘制等，其作为一种重要的电光结合系统，目前在无人机和自动汽车驾驶等领域得到发展。激光系统主要包括激光的发射模块、透镜模块、接收模块、信号处理模块等。工作原理上，主要是激光系统通过激光器受激发射发出光束，光束经过透镜系统打到目标物体上，后反射并反馈到接收模块。测定接收端，发射端与目标物体之间的传播距离，加以分析目标物体表面反射的光的能量强弱，发射光的波幅，相位，频率，速度，从而分析出目标对象的精准信息。

发射模块包括激光发射器。半导体激光器凭借半导体材料作为增益介质，具有高效率的光电转换、成本低廉、使用可靠等特点。按照激光投射划分的话，半导体激光器发射部分主要分两种，为边发射激光器EEL和面射型激光器。相较于边发射激光器，垂直腔面激光器(VCSEL)具有结构简单、波长稳定、体积小、没有腔面阈值损伤、光束质量更高、耦合效率高、且能够制成一维或二维阵列、易与光纤适配耦合、可以根据需求的不同随时变换、单纵模、物美价廉、功耗也低等优点。随着时间的发展，现在的垂直腔面激光器(VCSEL)也可参与调谐。

与传统半导体激光器(LD)相比，垂直腔面激光器(VCSEL)输出光束的发散角小，输出圆光斑等特点简化了耦合环节，其可靠性高，工作温度范围宽的优势也更能满足现代工业用激光器的需求。此外，其电光转换效率也远高于同类所有激光器。所需驱动电压电流要求低，可进行单通道和并行的光传输和光互连，输出功率高，能量利用率高，封装简单，成本低，寿命长等优点使得它受到了一众的认可和好评。美中不足的是，垂直腔面激光器(VCSEL)探测的有效距离比较小，需要多级的光放大才有可能满足日常的使用需求。

激光系统中，如何提高系统光束的信噪比、滤除杂光，以及如何设计激光系统的结构使之满足日常的生产生活等问题，是我们需要探讨的重点。

发明内容

发明目的：为解决现有基于垂直腔面激光器的激光系统无法满足日常使用的问题，本发明提出了一种基于VCSEL的多功能可调谐激光系统，该系统能够尽可能排除荧光信号，自然散射光信号，结构内部振荡的光信号等背景杂波信号干扰的情况下提高输出信号的信噪比。

技术方案：一种基于VCSEL的多功能可调谐激光系统，包括：发射模块、透镜模块、接收模块和控制模块；发射模块，用于发射激光，其包括垂直腔面发射激光器；透镜模块，包括将激光射向目标物的第一透镜模块和接收目标物反射光束的第二透镜模块；第二透镜模块包括微光学型可调光功率分配器；接收模块，用于对所述微光学型可调光功率分配器输出的光束进行采集和应用；控制模块，用于对所述微光学型可调光功率分配器进行控制，来改变微光学型可调光功率分配器各输出端的光功率；其中，微光学型可调光功率分配器包括半波片和控制半波片旋转的旋转机构；其中，控制模块包括控制单元和外部监测模块；外部监测模块用于获取与光功率分配相关的外部数据，并将该外部数据发送至控制单元；控制单元用于将外部数据与预设条件进行比较，依据比较结果，向旋转机构发送控制信号；旋转机构用于依据控制信号，调整半波片的光轴与输入光振动方向的角度，实现光功率分配。

进一步的，第一透镜模块按照光路依次包括扩束器、准直透镜、反射镜和第一谐振腔。