激光雷达光源.pptx

激光雷达用光源和光纤放大器激光雷达用光源和光纤放大器上海瀚宇光纤通信技术有限公司上海瀚宇光纤通信技术有限公司上海科乃特激光科技有限公司上海科乃特激光科技有限公司目录目录激光雷达的概念和应用激光雷达的概念和应用Connet脉冲激光光源脉冲激光光源Connet单频光纤激光器单频光纤激光器Connet光纤放大器光纤放大器激光雷达激光雷达LIDAR激光雷达的基本概念激光雷达的基本概念激光工作模式激光工作模式测距雷达（测距雷达（Time of Flight：TOF)和相干多普和相干多普勒雷达（勒雷达（Coherent Doppler LIDAR：CDL）激光雷达对光源的要求激光雷达对光源的要求光源的参数和光源的参数和LIDAR参数的对应关系参数的对应关系LIDAR的基本概念的基本概念激光雷达是以发射激光束探测目标的激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号的区别：向目标发射探测信号(激光激光束束),然后将接收到的从目标反射回来然后将接收到的从目标反射回来的信号的信号(目标回波目标回波)与发射信号进行比与发射信号进行比较较,作适当处理后作适当处理后,就可获得目标的有就可获得目标的有关信息关信息,如目标距离、方位、高度、如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数信息。速度、姿态、甚至形状等参数信息。LIDAR（Light Detection and Ranging)或者叫或者叫LADAR（Laser Detection and Ranging)激光探测和测距系统的简称。激光探测和测距系统的简称。LIDAR的基本概念的基本概念Time of Flight(TOF)光的飞行时间光的飞行时间测距雷测距雷达达多普勒频移多普勒频移测速测速去极化（去极化（Depolarization)宏观成分宏观成分差分吸收差分吸收化学成分化学成分激光器工作模式激光器工作模式脉冲激光器脉冲激光器大部分大部分LIDAR系统采用脉冲工作，尤其是测距的激光雷达。系统采用脉冲工作，尤其是测距的激光雷达。雷达的发射机发出激光脉冲，通过光学系统望远镜照射目标，雷达的发射机发出激光脉冲，通过光学系统望远镜照射目标，类似的光学系统类似的光学系统“接收接收”测试目标的散射光，通过光电探测器测试目标的散射光，通过光电探测器转换成电信号处理。转换成电信号处理。测试目标的距离通过激光发射到接收的时间和光速的关系来确测试目标的距离通过激光发射到接收的时间和光速的关系来确定。定。Time of Flight:TOF连续激光器连续激光器激光器发射连续的激光，通过对激光的相位调制，或者依赖多激光器发射连续的激光，通过对激光的相位调制，或者依赖多普勒频移效应。普勒频移效应。发射端激光（本振光）和发射端激光（本振光）和“接收接收”光的相位差和目标移动速度光的相位差和目标移动速度有直接的比例关系有直接的比例关系TOF测距雷达测距雷达-非相干非相干LIDAR距离（距离（Z）=光速光速(c)x 时间时间 T/2通常使用非相干光源通常使用非相干光源相干多普勒雷达相干多普勒雷达-CDL速度速度V=波长波长 x 频移频移fD/2激光器光谱线宽通常小于激光器光谱线宽通常小于10MHz长相干长相干长度长度LIDAR对激光光源的要求（对激光光源的要求（1）非相干测距雷达非相干测距雷达激光波长激光波长理论上任何波长都可以使用；需要选择大气吸收低，理论上任何波长都可以使用；需要选择大气吸收低，目标反射度高的波长。人眼安全波长越来越受到重视。目标反射度高的波长。人眼安全波长越来越受到重视。输出功率输出功率越高越好，但是要考虑到其它性能参数。越高越好，但是要考虑到其它性能参数。波长的稳定性和准确度波长的稳定性和准确度要求不高，但是稳定的波长有助于通要求不高，但是稳定的波长有助于通过对噪声的滤波提高系统的信噪比。过对噪声的滤波提高系统的信噪比。激光器的相干长度激光器的相干长度无要求，最好非相干无要求，最好非相干激光器的光谱线宽激光器的光谱线宽无要求无要求相对强度噪声（相对强度噪声（RIN）不是很重要不是很重要抗震性能抗震性能通常不是很重要通常不是很重要工作温度范围工作温度范围很重要，例如机载雷达很重要，例如机载雷达可靠性可靠性重要重要成本成本较低较低LIDAR对激光光源的要求（对激光光源的要求（2）相干多普勒雷达相干多普勒雷达-CDL激光波长激光波长理论上任何波长都可以使用；需要选择大气吸收低，理论上任何波长都可以使用；需要选择大气吸收低，目标反射度高的波长。人眼安全波长越来越受到重视。目标反射度高的波长。人眼安全波长越来越受到重视。输出功率输出功率越高越好，但是要考虑到其它性能参数。越高越好，但是要考虑到其它性能参数。波长的稳定性和准确度波长的稳定性和准确度非常重要非常重要激光器的相干长度激光器的相干长度相干长度必须要大于等于工作距离！相干长度必须要大于等于工作距离！激光器的光谱线宽激光器的光谱线宽必须很窄必须很窄相对强度噪声（相对强度噪声（RIN）非常重要，决定了系统的灵敏度，非常重要，决定了系统的灵敏度，RIN越低，系统的灵敏度越高！越低，系统的灵敏度越高！抗震性能抗震性能非常重要，尤其是恶劣工作环境非常重要，尤其是恶劣工作环境工作温度范围工作温度范围很重要，例如机载雷达很重要，例如机载雷达可靠性可靠性重要重要成本成本较高较高LIDAR系统激光器的参数定义系统激光器的参数定义u单脉冲能量单脉冲能量 一个脉冲所包含的能量，用字母一个脉冲所包含的能量，用字母E表示，单位焦耳（表示，单位焦耳（J）。单脉冲能量）。单脉冲能量(J)=脉冲平均功率（脉冲平均功率（W）/脉冲重复频率（脉冲重复频率（sec-1),通常为通常为uJ到到mJ量级。量级。u脉冲重复频率脉冲重复频率 每秒发射的脉冲数量，用每秒发射的脉冲数量，用PRF或者或者f表示，单位为赫兹（表示，单位为赫兹（Hz),千赫兹千赫兹（kHz).通常雷达系统的的脉冲重复频率为几十到几百通常雷达系统的的脉冲重复频率为几十到几百kHz。u脉冲宽度脉冲宽度 脉冲持续的时间，用字母脉冲持续的时间，用字母t表示，通常以脉冲的半高全宽表示，通常以脉冲的半高全宽（FWHM）来衡量；雷达系统中的脉冲宽度为）来衡量；雷达系统中的脉冲宽度为ns到到us量级，例量级，例如如1ns、10ns等。等。u光束发散角光束发散角 Beam Divergence发散角，用于描述光束的发散程度，用符号发散角，用于描述光束的发散程度，用符号（）表示，单位为毫弧度（）表示，单位为毫弧度（mrad)。其它描述光束发散情况的。其它描述光束发散情况的参数还有参数还有M2，BPP等等LIDAR系统参数和激光器参数的关系系统参数和激光器参数的关系激光器参数激光器参数 雷达系雷达系统参数参数相互关系相互关系脉冲重复脉冲重复频率（率（PRFPRF）工作距离（工作距离（z)z)重复重复频率低率低-工作距离工作距离长，例如想，例如想实现1000m1000m的探的探测距离，重复距离，重复频率需要率需要150kHz;c1.4um)可见光可见光532nm：用于水下，例如测深仪：用于水下，例如测深仪中红外中红外2um波段波段单脉冲能量单脉冲能量从从uJ量级到量级到mJ量级量级脉冲宽度脉冲宽度从从地形测绘，激光雷达制图地形测绘，激光雷达制图，断层运动、冰川监，断层运动、冰川监控、海岸线变化、森林砍伐等控、海岸线变化、森林砍伐等大气监测大气监测-风速、污染、温度场分布风速、污染、温度场分布海洋学海洋学-声学、生物质测试测量声学、生物质测试测量航空航空-风切变、晴空湍流、无人机（风切变、晴空湍流、无人机（UAV）引导）引导汽车汽车-避碰、测速、机器人车辆引导避碰、测速、机器人车辆引导结构性监控结构性监控-建筑、桥梁监控、油气管线、道路、隧道监建筑、桥梁监控、油气管线、道路、隧道监控等控等城市安全城市安全-其它泄露监控、火灾监控其它泄露监控、火灾监控LIDAR的应用（的应用（1）-民用领域民用领域相干多普勒测风雷达用于风电相干多普勒测风雷达用于风电LIDAR的应用（的应用（1）-民用领域民用领域测距雷达测距雷达机载机载LIDAR主动主动3D测绘制图测绘制图LIDAR的应用（的应用（2）-军事国防领域军事国防领域目标遥感目标遥感距离和速度距离和速度障碍物规避障碍物规避-线缆，建线缆，建筑物筑物精确测绘制图精确测绘制图主动成像主动成像遥控车辆引导遥控车辆引导无人机引导无人机引导环境监控环境监控Connet短脉冲激光光源短脉冲激光光源电信级高可靠性电信级高可靠性DFB半导体激光器，脉冲电路驱动，半导体激光器，脉冲电路驱动，1ns-50ns短脉冲，窄线宽，高稳定性。短脉冲，窄线宽，高稳定性。EDFA预放大器，高增益，低噪声预放大器，高增益，低噪声高功率高功率EYDFA双包层光纤放大器，高峰值功率，高能量输双包层光纤放大器，高峰值功率，高能量输出。出。输出输出FC/APC连接器或者准直输出。连接器或者准直输出。CoLID短脉冲激光雷达光源短脉冲激光雷达光源1550nm人眼安全波长人眼安全波长平均功率可达平均功率可达1W以上以上脉冲宽度脉冲宽度1ns-50ns可选（或可调）可选（或可调）脉冲重复频率脉冲重复频率1kHz-1MHz(可选）可选）单脉冲能量可达单脉冲能量可达50uJ脉冲峰值功率可达脉冲峰值功率可达10kW单模输出单模输出TEM00封装小巧坚固封装小巧坚固工作温度范围工作温度范围-30+65 FC/APC抗反射型连接器输出抗反射型连接器输出准直器输出可选准直器输出可选CoLID短脉冲激光雷达光源短脉冲激光雷达光源脉冲峰值功率脉冲峰值功率4kW,会出现会出现SRS，FWM等非线性效应，降等非线性效应，降低低SNRCoLID技术特点和竞争优势技术特点和竞争优势人眼安全波长人眼安全波长1550nm附近附近封装坚固、小巧，适应恶劣环境应用封装坚固、小巧，适应恶劣环境应用光纤输出，光束质量优秀光纤输出，光束质量优秀抗反射型抗反射型FC/APC光纤连接器，高可靠性光纤连接器，高可靠性DFB型激光器，超低型激光器，超低RIN高峰值功率、高脉冲能量高峰值功率、高脉冲能量重量轻、低成本重量轻、低成本CoLID-II短脉冲激光雷达光源短脉冲激光雷达光源u非制冷非制冷DFB激光器种子源激光器种子源u超低功耗超低功耗u超小尺寸封装超小尺寸封装uSBS抑制型新型抑制型新型CoLID短脉冲光纤激光器短脉冲光纤激光器消消除除SBS带来的威胁，更高输出功率带来的威胁，更高输出功率Coming soon!高峰值功率短脉冲激光雷达光源高峰值功率短脉冲激光雷达光源1550nm波段波段1ns-50ns脉冲宽度脉冲宽度1kHz-1MHz重复频率重复频率脉冲平均功率可达脉冲平均功率可达10W脉冲峰值功率可达脉冲峰值功率可达17kW（4W,3ns,80kHz,50uJ)单脉冲能量可达单脉冲能量可达200uJ优秀的光束质量优秀的光束质量M275min,功率稳定性功率稳定性0.9%,PV值值(Pmax-Pmin)/PaveCoSF-1单频光纤激光器单频光纤激光器工作波段工作波段1000-1200nm(Yb)1530-1610nm(Er)1900-2100nm(Tm)输出功率输出功率I.I.基础模块：基础模块：5-10mW(up to 200mW 正在开发中）正在开发中）II.II.台式单频激光器：台式单频激光器：5-200mWIII.III.高功率台式单频激光器：可达高功率台式单频激光器：可达10W（1.5um）、）、50W（1.0um）典型工作波长典型工作波长1018nm，1030nm,1053nm,1064nm,1083nm,C-band,1940nmCoLAR-1550-LP长脉冲单频保偏光纤放大器长脉冲单频保偏光纤放大器1550nm人眼安全波长人眼安全波长100ns-4us长脉冲长脉冲峰值功率可达峰值功率可达700W（200ns，10kHz）单脉冲能量可达单脉冲能量可达400uJ（2us，10kHz）脉冲平均功率可达脉冲平均功率可达4W单频、保偏放大器单频、保偏放大器高偏振消光比高偏振消光比PER17dBkHz线宽信号放大，展宽小线宽信号放大，展宽小无无SBSM21.5(典型值典型值1.3)低功耗：低功耗：80W(400ns,200uJ,10kHz)工作温度：工作温度：-10 +65 可集成高功率光环形器（可选）可集成高功率光环形器（可选）CoLAR-1550-LP长脉冲单频保偏光纤放大器长脉冲单频保偏光纤放大器多级放大结构，全保偏放大，高峰值功率、高脉冲能量输出多级放大结构，全保偏放大，高峰值功率、高脉冲能量输出ASE抑制抑制-门控脉冲泵浦门控脉冲泵浦时间门控；同步信号控制时间门控；同步信号控制ASE抑制，百抑制，百ns量级上升和下降时间量级上升和下降时间SIOMCoLAR-1550-LP长脉冲单频保偏光纤放大器长脉冲单频保偏光纤放大器CoLAR-1550-LP长脉冲单频保偏光纤放大器长脉冲单频保偏光纤放大器高高OSNRASE含量极小含量极小无无1.0umASE无无SBSPerfect!CDL测风雷达的脉冲测风雷达的脉冲 宽度和重频宽度和重频长距离测风：长距离测风：10km，500-800ns脉宽，重脉宽，重频频15kHz中距离测风（涡中距离测风（涡流）流）2km，150-250ns，重频，重频75kHz近距离风场，近距离风场，0.5km，200-400ns，重频重频40dB无无SBS效应效应低相对强度噪声低相对强度噪声RIN高偏振消光比高偏振消光比PER15dB19英寸标准机箱英寸标准机箱2U-3U高度高度OEM模块可以提供模块可以提供CW连续工作连续工作低噪声（低噪声（Low Noise)光纤放大器光纤放大器C-band单通道单通道EDFA超低噪声，超低噪声，Noise Figure4dB特制低噪声掺铒光纤特制低噪声掺铒光纤超低信号预放大超低信号预放大高增益高增益OEM模块小巧模块小巧Time Gate时间门控！（可选）时间门控！（可选）脉冲泵浦（脉冲泵浦（ns级驱动）可选级驱动）可选量身定做量身定做产品蓝图产品蓝图-What we are doing now?小型化短脉冲小型化短脉冲LIDAR光纤激光器光纤激光器单频光纤激光器单频光纤激光器+AOM调制脉冲光源调制脉冲光源RF脉冲整形单频保偏脉冲光纤激光光源脉冲整形单频保偏脉冲光纤激光光源高能量、高峰值功率单频保偏长脉冲光放高能量、高峰值功率单频保偏长脉冲光放大器，大器，up to 1mJ2um单频光纤激光器单频光纤激光器2um单频保偏光纤放大器单频保偏光纤放大器2um单频保偏脉冲光纤放大器单频保偏脉冲光纤放大器-High Power结论结论上海瀚宇、科乃特激光为上海瀚宇、科乃特激光为LIDAR应用提供丰应用提供丰富的产品和解决方案富的产品和解决方案 单频光纤激光器单频光纤激光器 短脉冲光纤激光器（短脉冲光纤激光器（1-50ns）长脉冲单频保偏光纤激光器（长脉冲单频保偏光纤激光器（SLM fiber laser+AOM)高功率连续、脉冲光纤放大器高功率连续、脉冲光纤放大器 低噪声低噪声EDFA 还有更多还有更多