成像激光雷达技术概述

3.单元技术

3.1.发射机　　

扫描和非扫描激光雷达对发射机(激光器)的要求不同。扫描激光雷达要求激光器在很短的时间内照射目标上的一个较小的范围，要求激光器有较高的重复频率。二极管泵浦固体激光器可满足这些要求。灯泵和化学泵浦的激光器输出激光峰值功率很高，但是脉冲重复频率较低。闪光灯泵浦的激光器价格低，效率较低，比较适合于非扫描系统。

3.1.1.二极管激光器单个二极管激光器的输出功率很小，将多个二极管“堆积”便可产生较高功率的激光输出，但是此时激光器的输出光斑并不是圆形光斑，而是一个如10°×30°的光椎。必须很好地对输出激光进行准直而不损失能量。二极管激光器的输出激光是一个比较宽的光源，需要一个长焦距的透镜准直，将其压缩成一个窄光束。通过增加二极管激光器电源的工作电流，可以增大激光器的输出功率。但增大工作电流，就会增大损害激光器的几率，减小激光器的工作寿命，或者直接损坏激光器。

3.1.2.二极管泵浦固体激光器二极管泵浦固体激光器在增加脉冲重复频率的同时，脉冲能量会降低，而脉冲宽度会增加，会导致脉冲峰值功率下降。如美国相干公司的DPY501QⅡ型激光器，脉冲宽度会从低重复频率时的30ns增加到30kHz时的80ns。而能量会从800LJ降到200LJ(30kHz时)。

3.1.3.闪光灯泵浦固体激光器目前闪光灯泵浦的固体激光器的脉冲峰值功率最大可达到12，500kW，这要远远大于二极管泵浦固体激光器的输出功率。脉冲宽度很窄，脉冲重复频率在90Hz时的脉宽可达到6ns。激光器的体积和电源也都很小。

3.2.扫描系统

目前，可用于激光雷达的扫描器可分为三种:力学、电学和二元光学扫描器。力学扫描器如转镜、摆镜、振镜需要反射镜转动或摆动等才能达到光束偏转的目的。

力学扫描系统能够进行大角度范围扫描。转镜可以用很高的扫描速度进行扫描，但是只能以固定的扫描图样扫描。需用两个转镜才能组成一个二维扫描系统。振镜由于惯性的影响，扫描速度不会很高。力学扫描系统体积较大、笨重，耗电量大。

声光扫描系统扫描速度可以很高，光束可以指向扫描空间中的任一点。声光扫描器不包含任何机械运动部分。缺点是，扫描角度小。一般在同几十分之一毫弧度量级，而且光透过率低，光束质量差，耗电量大，光学系统还必须冷却处理。

液晶位相阵列也可以用于进行光束扫描，工作方式类似于位相阵列雷达。该扫描系统不包含运动部分，可以将光束指向扫描空间中的任意点，扫描角度一般可达±4.5°。缺点是，扫描速度很慢，不能进行连续扫描，而是将光束指向空间中的离散点，切换扫描方向一般需要几毫秒。