[发明专利]激光雷达系统和用于提供线性调频电磁辐射的系统和方法

说明书

本申请是申请日为2006年2月14日、申请号为200680011582.7、且发明名称为“激光雷达系统和用于提供线性调频电磁辐射的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2005年2月14日申请的美国临时专利申请号60/651,989的优选权，其标题为“Chirped Coherent Laser RadarSystem and Method”；并涉及2006年2月14日申请的美国专利申请号(Attorney Docket No.021636-0316740)，其标题为“System andMethod for Providing Chirped Electromagnetic Radiation”。

技术领域

本发明涉及电磁辐射源，尤其是，本发明涉及提供线性调频电磁辐射的系统和方法。

背景技术

利用一个或多个激光雷达测量直线距离的各种测量装置是众所周知的。这种测量装置可以产生涉及目标与测量装置的距离和/或目标相对于测量装置的速度或距离变化率的信息。在这个申请中，术语“距离变化率”是指在目标与测量装置之间距离的变化率。

例如，典型的测量装置可以包含频率调制的激光雷达系统。该系统可以包含发射电磁辐射光束的激光源。可以在连续变化的频率或线性调频下发射电磁辐射光束。在一些情况下，线性调频可以包括以周期的方式(例如，锯齿波形，三角波形，等等)扫描较低频率与较高频率之间的频率。电磁辐射光束可以被分割成目标光束和参考光束。

在常规实施例中，该系统可以包含目标干涉仪和参考干涉仪。目标干涉仪可以接收目标光束，并可以产生一个目标信号，该目标信号对应于被引导到目标并从该目标上反射的一个部分目标光束与被引导通过有已知或固定程长的光程上另一个部分目标光束之间的频率差。基于从这两个部分目标光束中导出的干涉信号，目标干涉仪可以确定这个频率差。参考干涉仪可以接收参考光束，并产生一个参考信号，该参考信号对应于两个部分参考光束之间的频率差，这两个部分参考光束是被引导通过有已知程长差的两个分开的固定光程。基于从这两个部分参考光束导出的干涉信号，参考干涉仪可以确定这个频率差。

一般地说，该系统可以包含处理器。该处理器可以接收目标信号和参考信号，并可以处理这些信号以确定目标干涉仪与目标之间的距离。基于目标信号和参考信号确定的距离信息可用于确定目标相对于目标干涉仪的距离变化率。

例如，可以按照在美国专利号5,114,226中描述的方法制作常规的系统，其标题是“3-DIMENSIONAL VISION SYSTEM UTILIZINGCOHERENT OPTICAL DETECTION”，全文合并在此供参考。

常规的系统通常在运行的各个方面受到限制。例如，这些常规的系统不能够基于目标信号和参考信号瞬时地提供距离和/或距离变化率的信息，或无歧义地确定距离和速度。这些常规的系统在其他方面也受到限制。这些限制可以因各种运行条件而加重，例如，指向或离开目标干涉仪的目标加速度，利用被激励的光学元件(例如，反射镜或透镜)以高速度扫描目标，或其他的运行条件。

在一些配置中，两个激光源产生的光束可以组合成一个电磁辐射光束，然后，把该电磁辐射光束分割成目标光束和参考光束。在这些配置中，两个激光源的频率可以是反向线性调频的，换句话说，可以按照这样的方式线性调频这两个频率，在一个激光源的频率上升到较高频率的同时，另一个激光源的频率下降到较低的频率，反之亦然。利用这种配置的系统可以遇到与单个激光源系统相关的一些或所有缺点，以及两个激光源系统独有的其他缺点。此外，常规的系统不能够充分地控制被发射电磁辐射的频率，以便合适地操作辐射的线性调频速率，或不能够以足够线性的方式线性调频被发射电磁辐射的频率，或包含其他的缺点。

发明内容

本发明的一个方面可以涉及一种用于可控地线性调频辐射源的电磁辐射的系统和方法。该系统和方法可以包含一个光谐振腔装置，它能够产生有基本线性调频速率和可配置周期的电磁辐射。通过有选择地注入电磁辐射到光谐振腔，可以产生有单个谐振模的电磁辐射，它是以基本线性的线性调频速率发生频移。产生有单个谐振模的电磁辐射可以增大电磁辐射的相干长度，当电磁辐射是在各个应用中实现时，增大电磁辐射的相干长度可能是有利的。例如，光谐振腔装置产生的电磁辐射可以提高激光雷达系统的距离，速度，准确性，和/或其他特征。