• 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 普勒频移效应。 发射端激光（本振光）和“接收”光的相位差和目标移动速度 有直接的比例关系
TOF测距雷达-非相干LIDAR
• 距离（Z）= 光速(c) x 时间 T/2 • 通常使用非相干光源
相干多普勒雷达-CDL
• 速度V=波长 x 频移fD/2 • 激光器光谱线宽通常小于10MHz长相干 长度
CoLAR-1550-LP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
ASE抑制-门控脉冲泵浦
• 时间门控；同步信号控制 • ASE抑制，百ns量级上升和下降时间
CoLAR-1550-LP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 • • • • 高OSNR ASE含量极小 无1.0umASE 无SBS
LIDAR的基本概念
• 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 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(激光 束),然后将接收到的从目标反射回来 的信号(目标回波)与发射信号进行比 较,作适当处理后,就可获得目标的有 关信息,如目标距离、方位、高度、 速度、姿态、甚至形状等参数信息。 • LIDAR （Light Detection and Ranging) 或者叫LADAR（Laser Detection and Ranging)激光探测和测距系统的简称。
脉冲宽度
脉冲持续的时间，用字母t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ns到us量级，例 如1ns、10ns等。
光束发散角
Beam Divergence发散角，用于描述光束的发散程度，用符号 （γ）表示，单位为毫弧度（mrad)。其它描述光束发散情况的 参数还有M2，BPP等
Connet短脉冲激光光源
• 电信级高可靠性DFB半导体激光器，脉冲电路驱动，1ns50ns短脉冲，窄线宽，高稳定性。 • EDFA预放大器，高增益，低噪声 • 高功率EYDFA双包层光纤放大器，高峰值功率，高能量输 出。 • 输出FC/APC连接器或者准直输出。
CoLID短脉冲激光雷达光源
• • • • • • • • • • • 1550nm人眼安全波长 平均功率可达1W以上 脉冲宽度1ns-50ns可选（或可调） 脉冲重复频率1kHz-1MHz(可选） 单脉冲能量可达50uJ 脉冲峰值功率可达10kW 单模输出TEM00 封装小巧坚固 工作温度范围-30~+65 ℃ FC/APC抗反射型连接器输出 准直器输出可选
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 上海科乃特激光科技有限公司
目录
• • • • 激光雷达的概念和应用 Connet脉冲激光光源 Connet单频光纤激光器 Connet光纤放大器
激光雷达LIDAR
• 激光雷达的基本概念 • 激光工作模式 • 测距雷达（Time of Flight：TOF)和相干多普 勒雷达（Coherent Doppler LIDAR：CDL） • 激光雷达对光源的要求 • 光源的参数和LIDAR参数的对应关系
CoSF-1单频光纤激光器
• 拍频测试结果的时域和频域结果显示了较高的频率稳定性
CoSF-1单频光纤激光器功率稳定性
• >75min,功率稳定性0.9%,PV值 (Pmax-Pmin)/Pave
CoSF-1单频光纤激光器
• 工作波段 1000-1200nm (Yb) 1530-1610nm (Er) • 1900-2100nm (Tm) • 输出功率 I. 基础模块：5-10mW (up to 200mW 正在开发中） II. 台式单频激光器：5-200mW 高功率台式单频激光器：可达 10W（1.5um）、50W（1.0um） 典型工作波长 1018nm，1030nm, 1053nm, 1064nm, 1083nm, C-band, 1940nm… III.
• 脉冲峰值功率可达 17kW （4W, 3ns, 80kHz, 50uJ) • 单脉冲能量可达200uJ • 优秀的光束质量M2<1.5 • No SBS
相干多普勒测风雷达-CDL
相干多普勒测风雷达-CDL
• • • • • • • • 单频激光器（Fiber Laser, 半导体激光器） AOM声光调制器 长脉冲光纤放大器 高功率光环行器 光学天线-望远镜 低噪声Pre-amplifier EDFA 光电探测器 信号处理
LIDAR的基本概念
• Time of Flight (TOF)光的飞行时间测距雷 达 • 多普勒频移测速 • 去极化（Depolarization)宏观成分 • 差分吸收化学成分
激光器工作模式
• 脉冲激光器
大部分LIDAR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， 类似的光学系统“接收”测试目标的散射光，通过光电探测器 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 定。 Time of Flight: TOF
LIDAR的应用（1）-民用领域
• 相干多普勒测风雷达用于风电
LIDAR的应用（1）-民用领域
• 测距雷达—机载LIDAR主动3D测绘制图
LIDAR的应用（2）-军事国防领域
• 目标遥感—距离和速度 • 障碍物规避-线缆，建 筑物 • 精确测绘制图 • 主动成像 • 遥控车辆引导 • 无人机引导 • 环境监控
LIDAR系统激光器的参数定义
单脉冲能量
一个脉冲所包含的能量，用字母E表示，单位焦耳（J）。单脉冲能量 (J)=脉冲平均功率（W）/脉冲重复频率（sec-1), 通常为uJ到mJ量级。
脉冲重复频率
每秒发射的脉冲数量，用PRF或者f表示，单位为赫兹（Hz), 千赫兹 （kHz). 通常雷达系统的的脉冲重复频率为几十到几百kHz。
LIDAR对激光光源的要求（1）
• 非相干测距雷达
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， 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。 激光器的相干长度无要求，最好非相干 激光器的光谱线宽无要求 相对强度噪声（RIN）不是很重要 抗震性能通常不是很重要 工作温度范围很重要，例如机载雷达 可靠性重要 成本较低
CDL测风雷达的脉冲 宽度和重频
• 长距离测风： 10km，500800ns脉宽，重 频<15kHz • 中距离测风（涡 流）2km，150250ns，重频 <75kHz • 近距离风场， 0.5km， 200400ns， 重频 <300kHz
高功率连续单频保偏光纤放大器
• 1545-1565nm：15W • 1060-1085nm: 可达50W • 单频窄线宽信号放大： 1kHz • 高光信噪比：OSNR>40dB • 无SBS效应 • 低相对强度噪声RIN • 高偏振消光比PER>15dB • 19英寸标准机箱2U-3U高度 • OEM模块可以提供 • CW连续工作
LIDAR对激光光源的要求（2）
• 相干多普勒雷达-CDL 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， 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非常重要 激光器的相干长度相干长度必须要大于等于工作距离！ 激光器的光谱线宽必须很窄 相对强度噪声（RIN）非常重要，决定了系统的灵敏度，RIN 越低，系统的灵敏度越高！ 抗震性能非常重要，尤其是恶劣工作环境 工作温度范围很重要，例如机载雷达 可靠性重要 成本较高
• 单脉冲能量
从uJ量级到mJ量级
• 脉冲宽度
从<1ns到几个us量级，决定了分辨精度 1ns用于成像、制图 几个ns用于遥感测距
• 脉冲重复频率
决定了速率、距离 几kHz用于遥感测距 几百kHz到MHz用于成像、制图
LIDAR的应用（1）-民用领域
• 地球科学-->地形测绘，激光雷达制图，断层运动、冰川监 控、海岸线变化、森林砍伐等 • 大气监测-->风速、污染、温度场分布 • 海洋学-->声学、生物质测试测量 • 航空--> 风切变、晴空湍流、无人机（UAV）引导 • 汽车-->避碰、测速、机器人车辆引导 • 结构性监控-->建筑、桥梁监控、油气管线、道路、隧道监 控等 • 城市安全-->其它泄露监控、火灾监控
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CoSF-1单频光纤激光器
1550nm CoSF-1输出功率5mW 高速光电探测器，1GHz示波器
高OSNR，SMSR:59.31dB；1550nm单频 光纤激光器光谱图， 分辨率精度0.05nm 时域测试显示极低的RIN噪声
CoSF-1单频光纤激光器
• 120us延时自外差线宽测试，70MHz频移，-20dB拍 频谱宽度11.4kHz，CoSF-1单频光纤激光器的线宽 为570Hz。
输出光斑直径大小 （Sx）
例如：1mrad的发散角，在1公里处，光束直径：1m
单脉冲能量（E)
系统的信噪比SNR 单脉冲能量越高，SNR越高
光谱线宽（Δ v)
速度（V） 线宽决定了测速的精度
LIDAR用激光光源的基本信息
• 工作波长
近红外1064nm；人眼安全1550nm （>1.4um) 可见光532nm：用于水下，例如测深仪 中红外2um波段
低噪声（Low Noise)光纤放大器
CoLID-II短脉冲激光雷达光源
非制冷DFB激光器种子源 超低功耗 超小尺寸封装 SBS抑制型新型CoLID短脉冲光纤激光器— 消除SBS带来的威胁，更高输出功率… Coming soon!!!