保偏光纤放大器、FMCW激光雷达及光放大方法与流程
本发明大致涉及激光雷达，尤其涉及一种保偏光纤放大器、fmcw(frequency modulated continuous wave调频连续波)激光雷达及光放大方法。
背景技术：
1、fmcw(frequency modulated continuous wave)激光雷达是一种利用调频连续波的相干性原理的激光雷达，fmcw激光雷达在扫频周期内发射频率变化的连续波，被目标物体反射后，反射回波与发射信号之间存在一定的频移，通过测量频移并经过计算后，可以获得目标与激光雷达之间的距离信息和速度信息。fmcw激光雷达需要保留部分调频光源作为本振光，与反射回波进行混频，即可获得反射回波和发射信号之间的差频。
2、fmcw激光雷达中，每个探测通道的探测光功率约需为百mw量级，由于每个线性调频光源输出的光功率为数十mw量级，并且出于成本考虑，多个探测通道共用一个线性调频光源，因此需要在fmcw激光雷达中设置光放大器。
3、为了精准计算目标物体与激光雷达的距离和速度信息，fmcw激光雷达一般要求本振光和反射回波具有相同的偏振状态，但现有的光放大器无法同时兼顾保偏(polarization maintaining)和控制成本的需求，成为亟待解决的问题。
4、背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
1、针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种保偏光纤放大器，包括保偏环形器、泵浦单元、单模掺杂光纤和偏振态调节单元，
2、其中所述保偏环形器适于通过一端口接收信号光，并保持所述信号光的偏振态从另一端口输出；
3、所述泵浦单元适于输出泵浦光；
4、所述单模掺杂光纤适于接收所述泵浦光及偏振的所述信号光并进行放大；
5、所述偏振态调节单元对放大后的光束调整偏振态后，反向再次经所述单模掺杂光纤后，出射到所述保偏环形器。
6、根据本发明的一个方面，其中所述泵浦单元包括泵浦激光器和泵浦合束器，所述泵浦激光器配置成输出泵浦光，所述泵浦合束器配置成用于合束。
7、根据本发明的一个方面，其中所述单模掺杂光纤连接在所述泵浦合束器和偏振态调节单元之间，所述泵浦合束器将所述信号光与泵浦光混合后，通过所述单模掺杂光纤放大，并出射到所述偏振态调节单元。
8、根据本发明的一个方面，其中所述泵浦合束器通过所述单模掺杂光纤接收所述偏振的信号光，所述泵浦合束器并且将所述泵浦光传输到所述单模掺杂光纤以放大所述信号光，并且将所述泵浦光与从所述偏振态调节单元返回的光束进行混合。
9、根据本发明的一个方面，所述保偏光纤放大器还包括单模窄带滤波器，所述单模窄带滤波器设置在所述保偏环形器和所述泵浦合束器之间。
10、根据本发明的一个方面，其中所述偏振态调节单元为法拉第旋转镜，配置成将入射到其上的光束的偏振态调节90度。
11、根据本发明的一个方面，其中所述保偏环形器为双轴工作的保偏环形器。
12、根据本发明的一个方面，其中所述保偏环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口用于接收信号光，第二端口用于输出信号光，第三端口用于输出从所述偏振态调节单元返回的光束，所述保偏光纤放大器还包括单偏振保偏器件，所述单偏振保偏器件耦接到所述保偏环形器的第三端口。
13、根据本发明的一个方面，其中所述泵浦合束器为非保偏的泵浦合束器，所述单模掺杂光纤为非保偏掺杂光纤。
14、根据本发明的一个方面，本发明还包括一种fmcw激光雷达，所述fmcw激光雷达包括：
15、激光源，配置成发射出偏振光；
16、分光器，配置成将所述偏振光分束为探测光和本振光；
17、保偏光纤放大器，设置在所述分光器的下游以接收所述探测光，并且进行放大；所述保偏光纤放大器包括保偏环形器、泵浦单元、单模掺杂光纤和偏振态调节单元，
18、所述保偏环形器适于通过一端口接收信号光，保持所述信号光的偏振态并从另一端口输出；
19、所述泵浦单元适于输出泵浦光；所述单模掺杂光纤适于接收所述泵浦光及偏振的所述信号光并进行放大；
20、所述偏振态调节单元对放大后的光束调整偏振态后，反向再次经所述单模掺杂光纤后，出射到所述保偏环形器；
21、环形器，所述环形器接收经过放大的探测光，并将所述探测光出射到所述fmcw激光雷达的外部，用于探测周围环境；所述环形器并且接收所述探测光产生的回波信号并输出；
22、混频器，配置成接收所述本振光以及所述环形器输出的回波信号，并输出拍频信号；
23、探测单元，配置成接收所述拍频信号，并转换为电信号；和
24、处理单元，配置成根据所述电信号，计算障碍物的信息。
25、根据本发明的一个方面，其中所述泵浦单元包括泵浦激光器和泵浦合束器，所述泵浦激光器配置成输出泵浦光，所述泵浦合束器配置成用于合束；所述泵浦合束器为非保偏的泵浦合束器，所述单模掺杂光纤为非保偏掺杂光纤。
26、根据本发明的一个方面，其中所述保偏光纤放大器还包括单模窄带滤波器，所述单模窄带滤波器设置在所述保偏环形器和所述泵浦合束器之间。
27、根据本发明的一个方面，其中所述单模掺杂光纤连接在所述泵浦合束器和偏振态调节单元之间，所述泵浦合束器将所述信号光与泵浦光混合后，通过所述单模掺杂光纤放大，并出射到所述偏振态调节单元。
28、根据本发明的一个方面，所述fmcw激光雷达还包括滤波单元，所述滤波单元设置于所述探测单元和所述处理单元之间，并配置为对所述探测单元输出的电信号进行采样和滤波。
29、根据本发明的一个方面，本发明还包括一种光放大方法，所述光放大方法包括：
30、通过保偏环形器的一端口接收信号光；
31、保持所述信号光的偏振态，并通过保偏环形器的另一端口输出所述信号光；
32、通过泵浦单元输出泵浦光；
33、通过所述单模掺杂光纤接收所述泵浦光以及偏振的信号光并进行放大；
34、通过偏振态调节单元对放大后的光束调整偏振态，通过所述单模掺杂光纤，返回到所述保偏环形器。
35、根据本发明的一个方面，其中所述泵浦单元包括泵浦激光器和泵浦合束器，所述泵浦激光器配置成输出泵浦光，所述泵浦合束器配置成用于合束。
36、根据本发明的一个方面，其中所述单模掺杂光纤连接在所述泵浦合束器和偏振态调节单元之间，所述泵浦合束器将所述信号光与泵浦光混合后，通过所述单模掺杂光纤放大，并出射到所述偏振态调节单元。
37、根据本发明的一个方面，其中所述泵浦合束器通过所述单模掺杂光纤接收所述偏振的信号光，所述泵浦合束器并且将所述泵浦光传输到所述单模掺杂光纤以放大所述信号光，并且将所述泵浦光与从所述偏振态调节单元返回的光束进行混合。
38、根据本发明的一个方面，所述光放大方法还包括：通过单模窄带滤波器进行滤波，所述单模窄带滤波器设置在所述保偏环形器和所述泵浦合束器之间。
39、根据本发明的一个方面，其中所述偏振态调节单元为法拉第旋转镜，配置成将入射到其上的光束的偏振态调节90度。
40、根据本发明的一个方面，其中所述保偏环形器为双轴工作的保偏环形器。
41、根据本发明的一个方面，其中所述保偏环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口用于接收信号光，第二端口用于输出信号光，第三端口用于输出从所述偏振态调节单元返回的光束，保偏光纤放大器还包括单偏振保偏器件，所述单偏振保偏器件耦接到所述保偏环形器的第三端口。
42、根据本发明的一个方面，其中所述泵浦合束器为非保偏的泵浦合束器，所述单模掺杂光纤为非保偏掺杂光纤。
43、与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种保偏光纤放大器，无需使用保偏掺杂光纤和具有保偏功能的泵浦单元，利用其中的保偏环形器和偏振态调节单元相配合，共同实现对信号光和泵浦光的保偏，相比于全保偏化的光纤放大器，极大地降低了光纤放大器的成本，并且还能够缓解单模掺杂光纤易受环境影响而导致产生信号噪声的问题。另外，本发明的实施例中信号光两次经过单模掺杂光纤，进行两次放大，提升了信号放大效果。
44、本发明还包括一种fmcw激光雷达的实施例，应用前述实施例中的保偏光纤放大器，能够在保持探测光和本振光的偏振态的同时，极大地降低fmcw激光雷达的生产成本。
45、本发明还包括一种光放大方法的实施例，通过保偏环形器接收信号光，并保持信号光的偏振态，泵浦光与信号光经过单模掺杂光纤放大后，通过偏振态调节单元调整偏振态，再次经过保偏环形器保持信号光和泵浦光的偏振态，能够实现信号光和泵浦光放大的同时保持偏振态。
技术特征：
1.一种保偏光纤放大器，包括保偏环形器、泵浦单元、单模掺杂光纤和偏振态调节单元，
2.根据权利要求1所述的保偏光纤放大器，其中所述泵浦单元包括泵浦激光器和泵浦合束器，所述泵浦激光器配置成输出泵浦光，所述泵浦合束器配置成用于合束。
3.根据权利要求2所述的保偏光纤放大器，其中所述单模掺杂光纤连接在所述泵浦合束器和偏振态调节单元之间，所述泵浦合束器将所述信号光与泵浦光混合后，通过所述单模掺杂光纤放大，并出射到所述偏振态调节单元。
4.根据权利要求2所述的保偏光纤放大器，其中所述泵浦合束器通过所述单模掺杂光纤接收所述偏振的信号光，所述泵浦合束器并且将所述泵浦光传输到所述单模掺杂光纤以放大所述信号光，并且将所述泵浦光与从所述偏振态调节单元返回的光束进行混合。
5.根据权利要求2所述的保偏光纤放大器，还包括单模窄带滤波器，所述单模窄带滤波器设置在所述保偏环形器和所述泵浦合束器之间。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的保偏光纤放大器，其中所述偏振态调节单元为法拉第旋转镜，配置成将入射到其上的光束的偏振态调节90度。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的保偏光纤放大器，其中所述保偏环形器为双轴工作的保偏环形器。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的保偏光纤放大器，其中所述保偏环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口用于接收信号光，第二端口用于输出信号光，第三端口用于输出从所述偏振态调节单元返回的光束，所述保偏光纤放大器还包括单偏振保偏器件，所述单偏振保偏器件耦接到所述保偏环形器的第三端口。
9.根据权利要求2-6中任一项所述的保偏光纤放大器，其中所述泵浦合束器为非保偏的泵浦合束器，所述单模掺杂光纤为非保偏掺杂光纤。
10.一种fmcw激光雷达，包括：
11.根据权利要求10所述的fmcw激光雷达，其中所述泵浦单元包括泵浦激光器和泵浦合束器，所述泵浦激光器配置成输出泵浦光，所述泵浦合束器配置成用于合束；所述泵浦合束器为非保偏的泵浦合束器，所述单模掺杂光纤为非保偏掺杂光纤。
12.根据权利要求11所述的fmcw激光雷达，其中所述保偏光纤放大器还包括单模窄带滤波器，所述单模窄带滤波器设置在所述保偏环形器和所述泵浦合束器之间。
13.根据权利要求11所述的fmcw激光雷达，其中所述单模掺杂光纤连接在所述泵浦合束器和偏振态调节单元之间，所述泵浦合束器将所述信号光与泵浦光混合后，通过所述单模掺杂光纤放大，并出射到所述偏振态调节单元。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的fmcw激光雷达，还包括滤波单元，所述滤波单元设置于所述探测单元和所述处理单元之间，并配置为对所述探测单元输出的电信号进行采样和滤波。
15.一种光放大方法，包括：
16.根据权利要求15所述的光放大方法，其中所述泵浦单元包括泵浦激光器和泵浦合束器，所述泵浦激光器配置成输出泵浦光，所述泵浦合束器配置成用于合束。
17.根据权利要求16所述的光放大方法，其中所述单模掺杂光纤连接在所述泵浦合束器和偏振态调节单元之间，所述泵浦合束器将所述信号光与泵浦光混合后，通过所述单模掺杂光纤放大，并出射到所述偏振态调节单元。
18.根据权利要求16所述的光放大方法，其中所述泵浦合束器通过所述单模掺杂光纤接收所述偏振的信号光，所述泵浦合束器并且将所述泵浦光传输到所述单模掺杂光纤以放大所述信号光，并且将所述泵浦光与从所述偏振态调节单元返回的光束进行混合。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的光放大方法，其中所述偏振态调节单元为法拉第旋转镜，配置成将入射到其上的光束的偏振态调节90度。
技术总结
本发明提供一种保偏光纤放大器、一种FMCW激光雷达以及一种光放大方法，其中保偏光纤放大器包括保偏环形器、泵浦单元、单模掺杂光纤和偏振态调节单元，保偏环形器适于通过一端口接收信号光，并保持信号光的偏振态从另一端口输出，泵浦单元适于输出泵浦光，单模掺杂光纤适于接收泵浦光及偏振的信号光并进行放大，偏振态调节单元对放大后的光束调整偏振态后，反向再次经泵浦单元和单模掺杂光纤后，出射到保偏环形器。本发明的实施例利用保偏环形器和偏振态调节单元相配合，共同实现对信号光和泵浦光的保偏，无需使用保偏掺杂光纤和具有保偏功能的泵浦单元，极大地降低了生产成本，并且还能够缓解单模掺杂光纤易受环境影响而导致产生信号噪声的问题。
技术研发人员：李斌,潘政清,向少卿
受保护的技术使用者：上海禾赛科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23