一種用于多線激光雷達的激光分束裝置的制作方法
本實用新型屬于激光技術和光學領域，尤其涉及一種用于多線激光雷達的激光分束裝置。
背景技術：
激光雷達系統結合了光探測技術和距離測量技術，能夠同時獲得方位、俯仰、距離、強度等信息，在森林結構估計、城市建設、智能制造、無人駕駛、農業、航空航天等領域有廣泛的應用。激光雷達從體制上劃分，主要有直接探測激光雷達和相干探測激光雷達。在直接探測激光雷達中獲得距離信息的激光測距方法主要分為激光飛行時間法和三角測距法，其中激光飛行時間法包括激光脈沖測距法和對激光連續波進行強度調制的相位測距法。
三角法測距是通過測量激光束在CCD上的成像位置獲得距離信息，其最大優點是技術難度低，成本也很低，近距離測距中測距精度在百微米量級。其缺點是測量精度會隨著距離的增加逐漸變差，基本上沒法與脈沖測距以及相位測距相比。激光相位測距法主要通過測量被強度調制的連續波激光信號在雷達與被探測物體之間來回飛行產生的相位差獲得距離信息。其最大的優點是測距分辨率非常高，常見的相位測距儀可以達到毫米量級分辨率。但其測量速度比脈沖測距慢，且它的測量精度比較容易受到目標形狀運動影響。激光脈沖測距技術通過測量激光脈沖在激光雷達和被探測物體之間來回飛行時間獲取物體距離的信息。這里以光的速度作為基準，其測量都基于激光的飛行速度這個基準，由L＝c·t/2，t為脈沖從發射器發出開始到由探測器接收為止脈沖在空中飛行的時間，可以計算出物體到激光雷達的距離。
目前，包括自動駕駛、機器人、測繪等場景用到的激光雷達，基本上屬于激光脈沖測距技術，且往往屬于諸如8線、16線、32線和64線的多線激光雷達。由于其多線技術是通過相應數量的子激光器實現，具有整機體積較大,控制電路復雜且成本較高的問題，難以實現在上述場景中的廣泛應用。且目前單個子激光器發射脈沖所能達到的峰值功率僅為百瓦量級，所能探測的距離限制在百米量級，難以實現更遠距離的目標探測。
技術實現要素：
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本實用新型提供了一種體積小、成本低可用于多線激光雷達的激光分束裝置。
為了解決上述技術問題，本實用新型采取了如下技術方案。
一種用于多線激光雷達的分束裝置，包括：光束發射裝置和光束接收裝置，所述光束發射裝置，用于向被探測物體輸出若干數量等功率發散角小的激光束；所述光束接收裝置，用于接收由被探測物體反射回的激光束；
光束發射裝置包括：依次連接的激光器、光束耦合裝置、分光裝置和光束準直裝置，其中，所述光束耦合裝置用于將不同種類激光器產生的光束耦合進分光裝置，所述分光裝置用于將耦合進來的光束進行分束，所述分束裝置由多個1*N光纖耦合器組合連接組成，通過所述1*N的光纖耦合器將耦合進的一束光進行m次分束，分成Nm束等功率的激光束，或者所述分束裝置由多個1*N光纖耦合器和1*M光纖耦合器組合連接組成，通過所述1*N和1*M不同分束比的光纖耦合器組合將耦合進的一束光進行分束，分成若干數量等功率的激光束；所述光束準直裝置用于將等功率的激光束進行準直以輸出光束發散角小的激光束，其中，N和M為不小于2的正偶數，m為正整數；
光束接收裝置包括：依次連接的光束聚焦裝置和光探測裝置，其中，所述光束聚焦裝置用于將被探測物體反射回的光束聚焦成像在光探測裝置上，所述光探測裝置用于將光信號轉變成電信號。
作為優選，所述激光器為氣體激光器、半導體激光器、固體激光器或光纖激光器其中的一種，激光的中心波長范圍為400nm—2100nm。
作為優選，所述光束耦合裝置為透鏡組或無源光纖，所述透鏡組由2個相互平行設置的透鏡組成。
作為優選，所述分光裝置由多個1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個1*4光纖耦合器和1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個1*8光纖耦合器和1*4光纖耦合器組合連接組成。
作為優選，所述光束準直裝置由多個等角度間隔設置的光纖準直器組成。
作為優選，所述光束聚焦裝置由單個聚焦透鏡組成。
作為優選，所述光探測裝置由多個等距離間隔設置的光電探測器組成。
本實用新型的用于多線激光雷達的分束裝置，包括：光束發射裝置和光束接收裝置，所述光束發射裝置，用于向被探測物體輸出若干數量等功率發散角小的激光束；所述光束接收裝置，用于接收由被探測物體反射回的激光束；其中，光束發射裝置包括：依次連接的激光器、光束耦合裝置、分光裝置和光束準直裝置，其中，所述光束耦合裝置用于將不同種類激光器產生的光束耦合進分光裝置，所述分光裝置用于將耦合進來的光束進行分束，分成若干數量等功率的激光束；所述光束準直裝置用于將等功率的激光束進行準直以輸出光束發散角小的激光束。本實用新型采用具有分光裝置的光束發射裝置，可以將激光器產生的光束進行分束，分成若干數量等功率的激光束，以解決現有技術中由于其多線技術是通過相應數量的子激光器實現，具有整機體積較大,控制電路復雜且成本較高的問題。本實用新型設計簡單、結構緊湊，與目前多線激光雷達中采用的多線技術相比，可有效降低多線激光雷達的生產成本。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例提供的用于多線激光雷達的激光分束裝置的結構示意圖；
圖2為本實用新型實施例提供的光束發射裝置的結構示意圖；
圖3為本實用新型實施例提供的光束發射裝置的結構示意圖；
圖4為本實用新型實施例提供的光束發射裝置的結構示意圖；
圖5為本實用新型實施例提供的光束發射裝置的結構示意圖；
圖6為本實用新型實施例提供的光束接收裝置的結構示意圖。
其中，100、光束發射裝置，200、光束接收裝置，1、激光器，2、透鏡組，3、光纖耦合器，4、光纖準直器，5、無源光纖，6、聚集透鏡，7、光電探測器。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本實用新型做進一步說明，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，但不限定本實用新型。
如圖1所示，本實用新型實施例提供一種用于多線激光雷達的激光分束裝置的結構示意圖，包括：光束發射裝置和光束接收裝置，所述光束發射裝置，用于向被探測物體輸出若干數量等功率發散角小的激光束；所述光束接收裝置，用于接收由被探測物體反射回的激光束。
光束發射裝置包括：依次連接的激光器、光束耦合裝置、分光裝置和光束準直裝置，其中，所述光束耦合裝置用于將不同種類激光器產生的光束耦合進分光裝置，所述分光裝置用于將耦合進來的光束進行分束，所述分束裝置由多個1*N光纖耦合器組合連接組成，通過所述1*N的光纖耦合器將耦合進的一束光進行m次分束，分成Nm束等功率的激光束，或者所述分束裝置由多個1*N光纖耦合器和1*M光纖耦合器組合連接組成，通過所述1*N和1*M不同分束比的光纖耦合器組合將耦合進的一束光進行分束，分成若干數量等功率的激光束；所述光束準直裝置用于將等功率的激光束進行準直以輸出光束發散角小的激光束，其中，N和M為不小于2的正偶數，m為正整數；
光束接收裝置包括：依次連接的光束聚焦裝置和光探測裝置，其中，所述光束聚焦裝置用于將被探測物體反射回的光束聚焦成像在光探測裝置上，所述光探測裝置用于將光信號轉變成電信號。
作為優選，所述激光器為氣體激光器、半導體激光器、固體激光器或光纖激光器其中的一種，激光的中心波長范圍為400nm—2100nm。
作為優選，所述光束耦合裝置為透鏡組或無源光纖，所述透鏡組由2個相互平行設置的透鏡組成。
作為優選，所述分光裝置由多個1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個1*4光纖耦合器和1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個1*8光纖耦合器和1*4光纖耦合器組合連接組成。
作為優選，所述光束準直裝置由多個等角度間隔設置的光纖準直器組成。
作為優選，所述光束聚焦裝置由單個聚焦透鏡組成。
作為優選，所述光探測裝置由多個等距離間隔設置的光電探測器組成。
作為一種實施例，如圖2所示，所述光束發射裝置包括：依次連接的激光器、透鏡組、分束裝置、多個光纖準直器，所述分束裝置由多個1*2的光纖耦合器組合連接組成。激光器產生的中心波長為532nm，平均功率為160W的激光通過透鏡組耦合進入分束裝置中，并通過多個1*2的光纖耦合器將耦合進的一束光進行4次分束，分成16束功率為10W的激光束，這些激光束再通過等角度間隔擺放的光纖準直器4以0.19mrad的光束發散角輸出。
作為一種實施例，如圖3所示，所述光束發射裝置包括：依次連接的激光器、透鏡組、分束裝置、多個光纖準直器，所述分束裝置為多個1*2的光纖耦合器組合連接組成。激光器產生的中心波長為1064nm，平均功率為32W的激光通過透鏡組耦合進入激光分束裝置中，并通過多個1*2的光纖耦合器將耦合進的一束光進行5次分束，分成32束功率為1W的激光束，這些激光束再通過等角度間隔擺放的光纖準直器以0.56mrad的光束發散角輸出。
作為一種實施例，如圖4所示，所述光束發射裝置包括：依次連接的激光器、無源光纖、分束裝置、多個光纖準直器，所述分光裝置由多個1*4光纖耦合器和1*2光纖耦合器組合連接組成。激光器產生的中心波長為1550nm，平均功率為16W，脈寬為2ns，脈沖重復頻率為100KHz的激光通過無源光纖耦合進入分束裝置中，第一次通過1*4光纖耦合器將耦合進的一束光分成4束功率為4W的激光束，第二次通過1*2光纖耦合器將4束功率為2W的激光束分成8束功率為2W的激光束，第三次通過1*2光纖耦合器將8束功率為2W的激光束分成16束功率為1W的激光束，對應的峰值為5KW，可探測距離在千米量級。這些激光束再通過等角度間隔擺放的光纖準直器以0.56mrad的光束發散角輸出。
作為一種實施例，如圖5所示，所述光束發射裝置包括：依次連接的激光器、分束裝置、多個光纖準直器，所述分束裝置3為1個1*8光纖耦合器和8個1*4光纖耦合器組合連接組成。激光器產生的中心波長為1550nm，平均功率為32W的激光通過透鏡組耦合進入激光分束裝置中，第一次通過1*8光纖耦合器將耦合進的一束光分成8束功率為4W的激光束，第二次通過1*4光纖耦合器將8束功率為4W的激光束分成32束功率為1W的激光束，所述激光束再通過等角度間隔擺放的光纖準直器以0.56mrad的光束發散角輸出。
如圖6所示，本實用新型實施例提供的光束接收裝置的結構示意圖，被探測物體反射回的光束通過聚焦透鏡聚焦成像在光電探測器等距離間隔設置的光探測裝置上，所述光探測裝置用于將光信號轉變成電信號。
本實用新型設計簡單、結構緊湊，用于多線激光雷達中可有效降低生產成本，提高物體可探測距離，具有廣泛的應用前景。
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