[发明专利]一种激光雷达发射装置和方法

说明书

本发明涉及一种激光雷达发射装置和方法，属于激光技术领域，解决由于系统尺寸与功耗等限制，激光器器件的标称发射功率可选范围有限，导致发射端出光功率不足的问题。激光雷达发射装置包括电路板，电路板的正面包括限流电阻器、储能电容器、场效应晶体管和激光芯片，场效应晶体管设置在电路板的中部并邻近储能电容器和限流电阻器；激光芯片用于在场效应晶体管的控制下发出激光信号并设置在电路板的右边缘的中部；限流电阻器在电路板上设置为远离激光芯片的左上角或左下角处，以控制电路板的温度；以及储能电容器在电路板上位于激光芯片和场效应晶体管之间，电路板的尺寸不变。通过控制电路板的发热器件的温度来提升激光器工作时的峰值功率。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光雷达发射装置和方法。

背景技术

TOF(Time-of-Flight，飞行时间法)激光雷达发射端为脉冲激光器部分。对于任何有提升PCB板上激光器系统平均/峰值功率需求的场景，均可以推广适用，如连续波激光雷达发射端的连续波激光器，甚至大功率激光笔等。

目前激光雷达的方案架构很多，但不管使用何种架构，光源是脉冲光源还是连续波光源，最终都会有提升极限测距距离的需求，因而由雷达方程可知，激光雷达的极限测距能力与激光器峰值功率的平方根成正比：

P_r表示激光雷达接收端的接收功率，P_T表示发射端发射功率，R表示测量目标的距离，其他参数为测量环境以及光斑面积、镜头口径等。激光雷达测距过程中，需要接收端接收到大于一定值的信号功率，因而计算极限距离时P_r为一定值，此时可以看出，极限距离R_max与激光器发射功率P_T的平方根成正比。因此，高峰值功率的激光器是激光雷达设计中最基础而重要的一环。

现有发射端器件(如半导体激光器、驱动场效应晶体管以及对应的电阻电容等)，受限于系统尺寸与功耗等的限制，导致激光器器件的标称发射功率可选范围有限，导致发射端出光功率不足，且现有的方案由于设计和工艺没有优化，无法充分发挥器件的能力。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种激光雷达发射装置和方法，用以解决由于系统尺寸与功耗等限制，激光器器件的标称发射功率可选范围有限，导致发射端出光功率不足的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达发射装置，包括电路板，其中，所述电路板的正面包括限流电阻器、储能电容器、场效应晶体管和激光芯片，所述场效应晶体管，设置在所述电路板的中部并邻近所述储能电容器和所述限流电阻器；所述激光芯片，用于在所述场效应晶体管的控制下发出激光信号并设置在所述电路板的右边缘的中部；所述限流电阻器，在所述电路板上设置为远离所述激光芯片的左上角或左下角处，以控制所述电路板的温度；以及所述储能电容器，在所述电路板上位于所述激光芯片和所述场效应晶体管之间，其中，所述电路板的尺寸不变。

上述技术方案的有益效果如下：根据本发明实施例的激光雷达发射装置中，激光芯片设置在电路板的右边缘的中部，以便于发出激光信号；限流电阻器设置为远离激光芯片的左上角或左下角，使得发热的限流电阻器设置为尽可能远离发热的激光芯片，以便于电路板散热，从而避免了邻近的激光芯片和限流电阻器而导致电路板上的热量累积。进而通过控制电路板的发热器件的温度来提升激光器工作时的峰值功率。

基于上述装置的进一步改进，所述场效应晶体管，栅极接收脉冲控制信号，源极接地以及漏极电连接至所述激光芯片，用于基于所述脉冲控制信号控制所述场效应晶体管进行脉冲放电；所述限流电阻器的一端连接外部电源，另一端连接所述储能电容器的一端和所述激光芯片；以及所述储能电容器的另一端经由接地。

基于上述装置的进一步改进，所述电路板的基材的导热系数类似于所述激光芯片的基材的导热系数，以避免所述电路板与所述激光芯片的基材变形之间的差异而导致的翘曲。