一种基于TO封装的激光雷达光源的制作方法

一种基于to封装的激光雷达光源
技术领域
1.本发明属于激光雷达领域，具体涉及一种基于to封装的激光雷达光源。


背景技术：

2.作为下一个改变人类生活方式的技术蓝海，无人驾驶车辆研究日益受到学术界和产业界的高度关注。在无人驾驶汽车研究领域，如何完整、准确、实时地实现三维场景的环境建模一直是研究的重点和难点。由于能够通过非接触扫描方式精确获取三维环境信息，激光雷达在无人驾驶汽车上得到广泛的应用。
3.现有技术中，大多数的激光雷达光源使用的种子光是蝶形封装的单模光纤耦合半导体激光器。蝶形封装的体积大，并且其最高输出峰值功率通常只有几十毫瓦，调制成5 ns@500 khz时的平均功率约为15μw，需要增加一级单包层放大器才能继续放大。因此，基于蝶形封装的激光雷达光源存在系统结构复杂，集成度低，以及价格昂贵的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于to封装的激光雷达光源，简化了激光雷达光源系统结构，提升了系统的集成度。
5.本发明提供一种基于to封装的激光雷达光源，激光雷达光源包括种子源、环形器、第一合束器、第一双包层增益光纤、光纤反射镜、隔离滤波器、第二双包层增益光纤、第二合束器和脉冲泵浦源；其中，种子源采用to封装的光纤耦合半导体激光器；第二合束器将脉冲泵浦源输出的脉冲泵浦光分为第一脉冲泵浦光和第二脉冲泵浦光，分别作为第一双包层增益光纤和第二双包层增益光纤的泵浦光；种子源输出的种子光经环形器的第一端口输入后经第二端口输出到第一合束器，第一合束器将第一脉冲泵浦光与种子光耦合进第一双包层增益光纤中，放大后的种子光经过光纤反射镜返回第一双包层增益光纤中再次放大后输入到环形器的第二端口，经过环形器的第三端口输出到隔离滤波器，再次放大后的种子光经过隔离滤波器后输入到第二双包层增益光纤，第二合束器将第二脉冲泵浦光反向输入到第二双包层增益光纤，经第二双包层增益光纤放大后种子光通过第二合束器输出。
6.在一个实施方式中，激光雷达光源还包括设置在第一双包层增益光纤和光纤反射镜之间的第一包层泵浦剥离器，和设置在隔离滤波器和第二双包层增益光纤之间的第二包层泵浦剥离器。
7.在一个实施方式中，种子源的中心波长为1550
±
2 nm，输出光峰值功率为200 mw，脉冲宽度0.5-250 ns可调，重复频率1-1000khz可调。
8.在一个实施方式中，脉冲泵浦源的最大输出功率为9w、中心波长为915 nm，脉冲宽度1-500 ns可调，重复频率1-3000khz可调。
9.在一个实施方式中，第一脉冲泵浦光和第二脉冲泵浦光的功率比为1: 9。
10.在一个实施方式中，第一双包层增益光纤和第二双包层增益光纤均采用lma-eydf-12/130光纤，长度分别为1.5m和3m。
11.在一个实施方式中，种子光的脉冲信号在脉冲泵浦光的脉冲下沿触发，在脉冲泵浦光结束时注入增益光纤中。
12.本发明至少具有如下有益技术效果：（1）采用to封装的光纤耦合1550 nm激光雷达光源，去除了系统中的单包层放大器，从而简化了激光雷达光源系统结构，提升了系统的集成度。在脉冲宽度为5 ns，重复频率为500 khz时，激光雷达光源的最终输出平均功率为1.5 w。
13.（2）通过泵浦分束，可以减少泵浦数量，实现体积和成本的控制，同时容易实现脉冲泵浦控制，能更好的抑制放大自发辐射效应。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明基于to封装的激光雷达光源的示意图；图2为激光雷达光源的脉冲泵浦和种子光时序图。
具体实施方式
16.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
17.本发明提供一种基于to封装的激光雷达光源，参见附图1，激光雷达光源包括种子源（seed）、环形器（cir）、第一合束器（combiner 1）、第一双包层增益光纤（edf 1）、第一包层泵浦剥离器（cps 1）、光纤反射镜（mirror）、隔离滤波器（iso bp）、第二包层泵浦剥离器（cps 2）、第二双包层增益光纤（edf 2）、第二合束器（combiner 2）、脉冲泵浦源（ld）。
18.种子源采用to封装的光纤耦合半导体激光器，中心波长为1550
±
2 nm，输出光峰值功率为200 mw，脉冲宽度0.5-250 ns可调，重复频率1-1000khz可调。在脉冲宽度为5 ns，重复频率为500 khz时，种子源的输出平均功率为0.5 mw。
19.脉冲泵浦源为最大输出功率为9w、中心波长为915 nm的脉冲泵浦源，脉冲宽度1-500 ns可调，重复频率1-3000khz可调，脉冲泵浦和种子光时序如图2所示。用于控制脉冲泵浦和种子光时序的电路结构图中未显示。种子光的脉冲信号在脉冲泵浦光的下沿触发，在脉冲泵浦光结束时注入增益光纤。
20.第二合束器为复合型光纤器件，能同时实现合束器与泵浦分束器的功能，将脉冲泵浦源发出的泵浦光的10%功率输入至第一合束器，90%功率输入至第二合束器。通过泵浦分束，可以减少泵浦数量，实现体积和成本的控制，同时容易实现脉冲泵浦控制，便于抑制放大自发辐射效应。并且通过使用不同泵浦光分束比例的合束器实验对比，整个系统在1比9的比例下能得到最高的放大效率和最小的ase产生。
21.第一双包层增益光纤和第二双包层增益光纤均采用lma-eydf-12/130光纤，长度分别为1.5m和3m。
22.环形器的第一端口与种子源连接，第一合束器信号端与环形器的第二端口连接，第一合束器泵浦端与第二合束器10%分束端连接，第一合束器输出端与第一双包层增益光纤一端连接，第一包层泵浦剥除器输入端与第一双包层增益光纤另一端连接，第一包层泵浦剥除器输出端与光纤反射镜输入端连接，环形器的第三端口与隔离滤波器输入端连接，隔离滤波器输出端与第二包层泵浦剥除器输入端连接，第二包层泵浦剥除器输出端与第二双包层增益光纤连接，第二合束器90%分束端与第二双包层增益光纤连接，第二合束器泵浦端与脉冲泵浦连接。
23.种子源输出的种子光在经过环形器后输入到第一级双包层放大器。通过第一合束器将泵浦光与种子光耦合进第一双包层增益光纤中。多余的泵浦光通过使用腐蚀工艺制作的第一包层泵浦剥离器滤除。放大后的种子光经过光纤反射镜返回增益光纤中被再次放大后输入环形器。脉冲在经过隔离滤波器后输入到第二级双包层放大器。在加入滤波器后，输出脉冲的边模抑制比均大于40db，提升了后续双包层泵浦放大器的放大效率。第二级双包层放大器通过合束器将泵浦光与种子光耦合进第二双包层增益光纤中。第二级双包层放大器为反向放大结构，多余的泵浦光通过使用腐蚀工艺制作的第二包层泵浦剥离器滤除，放大后的种子光经过合束器输出，在脉冲宽度为5 ns，重复频率为500 khz时，最终输出平均功率为1.5w。
24.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。