本公開大致涉及激光雷達領域，尤其涉及一種線性掃頻的激光器、一種線性掃頻的激光器的控制方法以及一種激光雷達。

背景技術：

1、調頻連續波(frequency?modulated?continuous?wave，fmcw)激光雷達是一種在高精度測距中使用的技術，其基本原理為發射波為高頻連續波，其頻率隨時間按照預設波形規律變化，例如按照三角波進行變化，接收的回波頻率與發射的頻率變化規律相同，都符合預設波形，利用兩者之間的時間差可以計算出目標距離。

2、線性掃頻激光器是fmcw激光雷達的核心技術，通常可分為外調制和直接調制兩類。外調制技術因為調制器插損高及邊模抑制比(side-mode?suppression?ratio，smsr)低等問題，無法使用半導體光放大器(semiconductor?optical?amplifier，soa)作為后續放大器，不利于激光雷達的芯片化。直接調制最常見的光源是分布式反饋激光器(distributed?feedback?laser，dfb)，盡管近幾年已經獲得長足的發展，dfb能夠實現窄線寬(例如小于100khz),但對于超長探測距離(例如大于200m)，仍然有所差距。對于fmcw激光雷達，目前最有希望的發展方向是具有頻率調制功能的窄線寬外腔激光器(external-cavity?diode?lasers，ecdl)。與dfb激光器天然無跳模不同，外腔激光器具有跳模特性，外腔激光器的腔縱模鎖定技術，已有一些研究，但都集中在普通穩態工作單頻外腔激光器，對于fmcw相關的頻率調制型外腔激光器還未見到。

3、因此，如何設計一種適用于fmcw激光雷達的外腔激光器，并且具有更好的性能(例如頻率調制、波長寬范圍調諧、單模穩定輸出、線寬窄、損耗低、邊模抑制比高、探測距離遠、集成度高等)，是激光雷達領域持續改進的需求。

4、背景技術部分的內容僅僅是發明人所知曉的技術，并不當然代表本領域的現有技術。

技術實現思路

1、針對現有技術存在問題中的一個或多個，本公開提供一種線性掃頻的激光器，本公開的激光器是一種具有頻率調制功能的外腔激光器，可用于fmcw激光雷達，并且可基于反饋機制工作，根據輸出激光的光強，反饋調節激光器的工作參數，使輸出激光的頻率保持在預設頻率范圍內，從而降低甚至消除跳模風險。所述激光器包括：

2、光源和與所述光源耦接的外腔，所述光源和所述外腔構成諧振腔，所述諧振腔具有多個縱模；

3、其中，所述外腔包括帶通濾波器和調諧組件；

4、所述帶通濾波器配置成：從所述多個縱模中選擇與其中一個縱模對應的光從所述激光器輸出形成輸出激光，所述輸出激光的頻率與被選擇的縱模的頻率相匹配；

5、所述調諧組件配置成：通過調節所述多個縱模，使所述輸出激光的頻率周期性連續變化；

6、所述激光器配置成：根據所述輸出激光的光強，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在預設頻率范圍內。

7、根據本公開的一個方面，其中所述工作參數包括所述多個縱模的頻率和/或帶通濾波器的通帶范圍。

8、根據本公開的一個方面，所述激光器配置成:根據所述輸出激光的光強，反饋調節所述多個縱模的頻率，和/或根據所述輸出激光的光強，反饋調節所述帶通濾波器的通帶范圍，使所述被選擇的縱模的中心頻率與所述帶通濾波器的峰值相匹配，以使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內。

9、根據本公開的一個方面，其中所述帶通濾波器包括寬帶濾波器和梳狀窄帶濾波器。

10、根據本公開的一個方面，其中所述寬帶濾波器包括光柵和濾波片中的一個；所述梳狀窄帶濾波器包括微環諧振腔、法布里-珀羅諧振腔和光柵法布里-珀羅諧振腔中的一個。

11、根據本公開的一個方面，其中所述調諧組件包括第一相移器，所述第一相移器配置成：調節所述多個縱模的頻率，使所述多個縱模中的任意縱模在其中心頻率附近周期性連續變化。

12、根據本公開的一個方面，其中所述第一移相器包括鈮酸鋰相移器。

13、根據本公開的一個方面，其中所述調諧組件還包括注入電流調節單元，所述注入電流調節單元配置成：改變所述激光器的注入電流，以調節所述多個縱模的頻率，使所述多個縱模中的任意縱模在其中心頻率附近周期性連續變化。

14、根據本公開的一個方面，所述激光器配置成：根據所述輸出激光的光強的變化周期，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內，具體包括：當所述光強的變化周期與預設調頻周期不滿足第一預設關系時，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內。

15、根據本公開的一個方面，其中所述第一預設關系包括：所述光強的變化周期為所述預設調頻周期的一半。

16、根據本公開的一個方面，所述激光器還配置成：根據所述輸出激光的光強的一階頻強度和二階頻強度，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內，具體包括：當所述光強的一階頻強度和二階頻強度不滿足第二預設關系時，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內。

17、根據本公開的一個方面，其中所述第二預設關系包括：所述光強的一階頻強度小于二階頻強度。

18、根據本公開的一個方面，其中所述梳狀窄帶濾波器中設置有第二相移器，所述第二相移器配置成：調節所述梳狀窄帶濾波器的諧振頻率，以調節所述梳狀窄帶濾波器的通帶范圍。

19、根據本公開的一個方面，其中所述第二相移器包括鈮酸鋰相移器、熱光相移器、電光相移器、壓電陶瓷中的一種或多種。

20、根據本公開的一個方面，其中所述諧振腔還包括斜波導，所述斜波導設置在所述外腔靠近所述光源的界面處，以減少光在所述界面處的反射。

21、根據本公開的一個方面，其中所述光源包括半導體增益器。

22、本公開還提供一種線性掃頻的激光器的控制方法，其中所述激光器包括光源和與所述光源耦接的外腔，所述光源和所述外腔構成諧振腔；所述諧振腔具有多個縱模；所述外腔包括帶通濾波器和調諧組件；所述控制方法包括：

23、s11:通過所述帶通濾波器從所述多個縱模中選擇與其中一個縱模對應的光從所述激光器輸出形成輸出激光，所述輸出激光的頻率與被選擇的縱模的頻率相匹配；

24、s12:通過所述調諧組件調節所述多個縱模，使所述輸出激光的頻率周期性連續變化；

25、s13:采集所述激光器的輸出激光的光強；和

26、s14:根據所述激光器的輸出激光的光強，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在預設頻率范圍內。

27、根據本公開的一個方面，其中所述工作參數包括所述帶通濾波器的通帶范圍和/或所述多個縱模的頻率。

28、根據本公開的一個方面，其中所述步驟s14包括：根據所述激光器的輸出激光的光強，反饋調節所述多個縱模的頻率，和/或根據所述輸出激光的光強，反饋調節所述帶通濾波器的通帶范圍，使所述被選擇的縱模的中心頻率與所述帶通濾波器的峰值相匹配，以使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內。

29、根據本公開的一個方面，其中所述帶通濾波器包括寬帶濾波器和梳狀窄帶濾波器。

30、根據本公開的一個方面，其中所述寬帶濾波器包括光柵和濾波片中的一個；所述梳狀窄帶濾波器包括微環諧振腔、法布里-珀羅諧振腔和光柵法布里-珀羅諧振腔中的一個。

31、根據本公開的一個方面，其中所述調諧組件包括第一相移器，所述步驟s14包括：通過所述第一相移器調節所述多個縱模的頻率，使所述多個縱模中的任意縱模在其中心頻率附近周期性連續變化。

32、根據本公開的一個方面，其中所述第一移相器包括鈮酸鋰相移器。

33、根據本公開的一個方面，其中所述調諧組件包括注入電流調節單元，所述步驟s14包括：通過所述注入電流調節單元改變所述激光器的注入電流，以調節所述多個縱模的頻率，使所述多個縱模中的任意縱模在其中心頻率附近周期性連續變化。

34、根據本公開的一個方面，其中所述步驟s14包括：根據所述輸出激光的光強的變化周期，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內，具體包括：當所述光強的變化周期與預設調頻周期不滿足第一預設關系時，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內。

35、根據本公開的一個方面，其中所述第一預設關系包括：所述光強的變化周期為所述預設調頻周期的一半。

36、根據本公開的一個方面，其中所述步驟s14還包括：根據所述輸出激光的光強的一階頻強度和二階頻強度，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內，具體包括：當所述光強的一階頻強度和二階頻強度不滿足第二預設關系時，反饋調節所述激光器的工作參數，使所述輸出激光的頻率保持在所述預設頻率范圍內。

37、根據本公開的一個方面，其中所述第二預設關系包括：所述光強的一階頻強度小于二階頻強度。

38、根據本公開的一個方面，其中所述梳狀窄帶濾波器中設置有第二相移器，所述步驟s14包括：通過所述第二相移器調節所述梳狀窄帶濾波器的諧振頻率，以調節所述梳狀窄帶濾波器的通帶范圍。

39、根據本公開的一個方面，其中所述第二相移器包括鈮酸鋰相移器、熱光相移器、電光相移器、壓電陶瓷中的一種或多種。

40、根據本公開的一個方面，其中所述諧振腔還包括斜波導，所述斜波導設置在所述外腔靠近所述光源的界面處，以減少光在所述界面處的反射。

41、根據本公開的一個方面，其中所述光源包括半導體增益器。

42、本公開還提供一種激光雷達，包括：

43、發射裝置，包括如上所述的激光器，配置成發射激光束；

44、分光裝置，配置成將所述激光束分束為探測光和本振光，所述探測光被出射到所述激光雷達的外部；

45、混頻裝置，配置成接收所述探測光在障礙物上反射的回波光和所述本振光，并輸出拍頻信號；

46、探測裝置，配置成接收所述拍頻信號；和

47、處理裝置，與所述探測裝置耦合，并配置成根據所述拍頻信號，計算障礙物信息。

48、根據本公開的一個方面，所述激光雷達可執行如上所述的控制方法。

49、綜上，對本公開的線性掃頻的激光器、控制方法以及激光雷達進行了詳細介紹，本公開的激光器是一種具有頻率調制功能的外腔激光器，可用于fmcw激光雷達，并且本公開的激光器可基于反饋機制工作，根據輸出激光的光強，反饋調節激光器的工作參數，使輸出激光的頻率保持在預設頻率范圍內。

50、進一步的，本公開的激光器可以根據輸出激光的光強的變化周期，和/或根據輸出激光的一階頻強度和二階頻強度，反饋調節激光器的工作參數，使被選擇的縱模的中心頻率與帶通濾波器的峰值相匹配，以使輸出激光的頻率保持在預設頻率范圍內。

51、進一步的，本公開的激光器可通過調諧組件調制多個縱模的頻率，使輸出激光的頻率周期性連續變化。調諧組件可采用鈮酸鋰相移器，由此可實現快速調頻。

52、進一步的，本公開的激光器通過在第一移相器和/或第二移相器的電壓信號中引入預畸變信號，可以有效降低甚至避免實時光學鎖相環，降低非線性，降低成本和技術復雜性，有利于輸出激光呈現更好的線性掃頻效果。

53、進一步的，本公開的激光器利用輸出激光的周期變化規律進行反饋調制，即利用輸出激光的交流信號進行反饋調制，與直接利用輸出激光的功率進行調制相比，具有更高的信噪比，更有利于使被選擇的縱模的中心頻率與帶通濾波器的峰值相匹配。

54、進一步的，本公開的激光器通過采用光柵作為寬帶濾波器，并且采用mrr作為梳狀窄帶濾波器，可以降低帶寬匹配難度，有利于縱模的中心頻率與帶通濾波器的峰值相匹配，進而降低甚至消除跳模風險，使激光器穩定地工作。

55、本公開的激光器可進行頻率調制，能夠實現單模穩定輸出，具有波長調諧范圍寬、線寬窄、損耗低、邊模抑制比高、探測距離遠、集成度高等更好的探測性能，適用于fmcw激光雷達。