[发明专利]一种激光脉冲调制装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光调制领域，特别是涉及一种激光脉冲调制装置。

背景技术

激光雷达按照探测原理的不同，可以分为直接探测激光雷达和相干激光雷达。直接探测激光雷达的回波信号接收部分探测返回光的强度，通过比较返回光与反射光的时间差，计算目标物体的距离。这种方法容易受到背景光的影响，在进行弱信号探测时性能不理想。相干激光雷达是将回波光信号与发射激光混频，得到差频信号，实现目标探测。相比而言，相干激光雷达具有更高的探测灵敏度。

直接探测激光雷达和相干激光雷达的发射激光，都需要进行脉冲调制。目前激光雷达系统中激光脉冲调制的技术方案有以下几种：

第一种，脉冲调制激光驱动器。利用脉冲信号，调制激光器的电流源，可以实现输出激光的脉冲调制。这种方案简单直接，可应用于直接探测激光雷达系统。然而，脉冲调制电流源，也会改变输出激光的频率，因此，这种方案不适用于相干激光雷达系统。

第二种，激光器外部脉冲调制。利用声光调制器或者电光调制器，当调制器的驱动信号为脉冲时，输出激光也会变成脉冲激光。这种方案即可应用于直接探测激光雷达系统，也可应用于相干激光雷达系统。与第一种方案相比，这种方案的缺点在需要外加调制部件，尤其是对多路发射激光而言，增加了系统成本，不利于集成化。

发明内容

为了克服上述现有激光器外部脉冲调制技术的不足，本发明提供一种在发射激光内部采用脉冲调制电磁线圈，不会改变出射激光的频率；另一方面，当实现脉冲激光输出时，激光的频率已稳定在原子谱线上，因此，非常适用于相干激光雷达系统。不需要额外外加调制部件，为集成化设计方案，针对多路发射激光器而言，降低系统成本。

本发明的原理是：在电磁线圈的电流驱动器加上脉冲信号，可以形成脉冲磁场，从而控制原子滤光部分的开关，实现脉冲激光的输出。

为达到上述目的，本发明提供了一种技术方案：

一种激光脉冲调制装置，包括半导体激光管、第一偏振光元件、电磁线圈、碱金属原子泡、第二偏振光元件、输出反射镜、温度控制系统，所述半导体激光管用于产生脉冲激光，所述电磁线圈用于对所述碱金属原子泡产生一均匀磁场，所述均匀磁场的磁场方向平行或垂直于光传播方向，所述电磁线圈中心设置通孔，实现可以透过激光，所述碱金属原子泡内部充有惰性气体，所述第一偏振光元件与第二偏振光元件分别位于所述碱金属原子泡两侧且正对所述碱金属原子泡，所述第一偏振光元件与第二偏振光元件的偏振方向互相垂直，所述第一偏振光元件与第二偏振光元件上镀有激光增透膜，所述温度控制系统用于对碱金属原子泡进行温度控制，所述输出反射镜用于实现脉冲激光输出。

进一步地，所述碱金属原子泡的材质为玻璃或石英。

进一步地，所述碱金属原子泡的金属为钠、铷、铯、钾中任意一种。

进一步地，所述温度控制系统包括加热部分和测温部分。利用温度控制系统，对充了惰性气体的碱金属原子泡进行恒温控制，提高了系统稳定性。

进一步地，所述加热部分是加热丝或加热芯片，加热丝或加热芯片，它们都是本技术领域里通常使用的加热元件。这个加热部分对碱金属原子泡的两端进行加热，多余热量通过碱金属原子泡的中间部分散开，保证没有碱金属原子凝结到碱金属原子泡的玻璃壁上。

进一步地，所述测温部分是热敏电阻或热电阻。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，热敏电阻是最灵敏的温度传感器，热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应非常快；热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，它的主要特点是测量精度高，性能稳定；热敏电阻或热电阻都是本技术领域里非常普遍使用的热敏元件；所述测温部分紧贴碱金属原子泡进行温度测量，以保证能够准确、及时测量温度。

进一步地，所述温度控制系统使所述碱金属原子泡的温度控制在30至120摄氏度。如果温度控制系统不能够将碱金属原子泡的温度控制在其温度范围内，则会造成透射率太低，达不到激光稳频所需的要求。

进一步地，所述激光增透膜为单层氟化镁增透膜，激光增透膜对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％。

优选地，还包括一外壳，用于固定所述第一偏振光元件、电磁线圈、碱金属原子泡、第二偏振光元件、温度控制系统和电流驱动器，用于屏蔽外界电磁干扰。外壳通过严格的尺寸、公差设计使各元件处于准确的相互位置，该外壳还能够屏蔽外界电磁干扰。

进一步地，所述电磁线圈产生的均匀磁场的强度为40高斯至1000高斯。