激光雷达光源-上海瀚宇
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• LIDAR （Light Detection and 来自百度文库anging) 或者叫LADAR（Laser Detection and Ranging)激光探测和测距系统的简称。
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
控等 • 城市安全-->其它泄露监控、火灾监控
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
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
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。
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。
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
LIDAR系统参数和激光器参数的关系
激光器参数 雷达系统参数
相互关系
脉冲重复频率（PRF） 脉冲宽度 （τ）
工作距离（z)
重复频率低-->工作距离长，例如想实现1000m的探测距离，重复 频率需要<150kHz; c是光速
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
• 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
• 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
• 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
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
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
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。
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
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
可探测距离的精度（Δz) 例如：10ns脉冲宽度相当于1.6m的识别精度
光束发散角（γ）
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) 光谱线宽（Δ v)
系统的信噪比SNR 速度（V）
单脉冲能量越高，SNR越高 线宽决定了测速的精度
LIDAR用激光光源的基本信息
长度
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
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
控等 • 城市安全-->其它泄露监控、火灾监控
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
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
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。
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。
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
LIDAR系统参数和激光器参数的关系
激光器参数 雷达系统参数
相互关系
脉冲重复频率（PRF） 脉冲宽度 （τ）
工作距离（z)
重复频率低-->工作距离长，例如想实现1000m的探测距离，重复 频率需要<150kHz; c是光速
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
• 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
• 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
• 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
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
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
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。
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
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
可探测距离的精度（Δz) 例如：10ns脉冲宽度相当于1.6m的识别精度
光束发散角（γ）
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) 光谱线宽（Δ v)
系统的信噪比SNR 速度（V）
单脉冲能量越高，SNR越高 线宽决定了测速的精度
LIDAR用激光光源的基本信息
长度
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