TW201823675A - 一種鐳射發射接收裝置以及鐳射探測與測量系統 - Google Patents

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Abstract

一種鐳射發射接收裝置，其包括：一鐳射發射模組，所述鐳射發射模組包括一鐳射發射器以及一第一聚焦透鏡；以及一鐳射接收模組，所述鐳射接收模組包括一鐳射接收器以及一第二聚焦透鏡；其中，所述鐳射發射模組和鐳射接收模組中的至少一個進一步包括一平面光波導，且所述平面光波導包括一基底和一設置於該基底一表面上的折射元件。本發明涉及一種採用該鐳射發射接收裝置的鐳射探測與測量系統。由於採用平面光波導取代先前技術的反射鏡，使得鐳射發射接收裝置的光學元件集成度高，有利於小型化。另外，由於平面光波導的折射元件的折射係數大於空氣的折射係數，故光傳輸的損耗也減小。

Description

一種鐳射發射接收裝置以及鐳射探測與測量系統
本發明涉及鐳射探測與測量（LiDAR）技術領域，尤其涉及一種鐳射發射接收裝置以及採用該裝置的鐳射探測與測量系統。
鐳射探測與測量技術是採用鐳射反射原理對建築物以及地形地貌等進行探測與測量的一種技術。
參見圖1，先前技術中的鐳射探測與測量系統10通常包括一鐳射發射模組12和一鐳射接收模組14。所述鐳射發射模組12包括一個鐳射發射器120，一個第一聚焦透鏡122和兩個第一反射鏡124；所述鐳射接收模組14包括一個鐳射接收器140，一個第二聚焦透鏡142，兩個第二反射鏡144以及一個濾波器146。所述鐳射發射器120發出的探測鐳射128經過兩個第一反射鏡124的反射後到達所述第一聚焦透鏡122，再經過所述第一聚焦透鏡122彙聚後射出。所述探測鐳射128經過反射後形成反射鐳射148。所述反射鐳射148經過所述第二聚焦透鏡142彙聚後，再經過兩個第二反射鏡144的反射後到到達所述濾波器146，經過所述濾波器146過濾後被所述鐳射接收器140吸收。
然而，先前技術中的鐳射探測與測量系統的光學元件集成度低，體積大且光傳輸的損耗大。
有鑑於此，確有必要提供一種光學元件集成度高，體積小且光傳輸的損耗小的鐳射探測與測量系統。
一種鐳射發射接收裝置，其包括：一鐳射發射模組，所述鐳射發射模組包括一鐳射發射器以及一第一聚焦透鏡；以及一鐳射接收模組，所述鐳射接收模組包括一鐳射接收器以及一第二聚焦透鏡；其中，所述鐳射發射模組和鐳射接收模組中的至少一個進一步包括一平面光波導，且所述平面光波導包括一基底和一設置於該基底一表面上的折射元件。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述鐳射發射模組進一步包括該平面光波導，所述平面光波導設置於所述鐳射發射器的光發射端，從而使所述鐳射發射器發射的鐳射經過所述折射元件折射後，再經過所述第一聚焦透鏡彙聚後射出。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述鐳射接收模組進一步包括該平面光波導，所述平面光波導設置於所述鐳射接收器的光接收端，從而使反射回來的鐳射經過所述第二聚焦透鏡彙聚後，再經過所述折射元件折射後進入所述鐳射接收器。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述平面光波導進一步包括一設置於所述折射元件的光入射端或光出射端的濾波器。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述濾波器與所述折射元件一起集成於該基底的表面上。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述鐳射發射模組進一步包括一第一平面光波導，所述第一平面光波導設置於所述鐳射發射器的光發射端，從而使所述鐳射發射器發射的鐳射經過所述第一平面光波導的折射元件折射後，再經過所述第一聚焦透鏡彙聚後射出；所述鐳射接收模組進一步包括一第二平面光波導，所述第二平面光波導設置於所述鐳射接收器的光接收端，從而使反射回來的鐳射經過所述第二聚焦透鏡彙聚後，再經過所述第二平面光波導的折射元件折射後進入所述鐳射接收器。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述第二平面光波導進一步包括一設置於折射元件的光入射端或光出射端的濾波器。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述濾波器與所述折射元件一起集成於該基底的表面上。
如上述鐳射發射接收裝置，其中，所述基底的材料為藍寶石，Si3 N4 ，SiO2 ，GaAs，GaN，LiNbO3 或LiTaO3 ；所述折射元件的材料為Ti 擴散的LiNbO3 , Ni擴散的LiNbO3 ，Ga(1-x) Al(x) As，Alx Ga(1-x) N，In(1-x) Ga(x) As(1-y) P(y) ，Si或SiO2 。
一種鐳射探測與測量系統，其包括：一鐳射發射接收裝置，一控制模組和一資料處理模組；其中，所述鐳射發射接收裝置為如權上述鐳射發射接收裝置中任意一種鐳射發射接收裝置。
相較於先前技術，本發明的鐳射發射接收裝置中，由於採用平面光波導取代先前技術的反射鏡，使得鐳射發射接收裝置的光學元件集成度高，有利於小型化。另外，由於平面光波導的折射元件的折射係數大於空氣的折射係數，故光傳輸的損耗也減小。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖2，本發明實施例提供一種鐳射探測與測量系統20，其包括一鐳射發射模組22和一鐳射接收模組24。所述鐳射發射模組22包括一鐳射發射器220，一第一聚焦透鏡222以及一第一平面光波導227；所述鐳射接收模組24包括一鐳射接收器240，一第二聚焦透鏡242以及一第二平面光波導247。所述鐳射發射模組22和鐳射接收模組24封裝設置於一個殼體（圖未示）內，從而形成一鐳射發射接收裝置。所述鐳射探測與測量系統20還包括一與所述鐳射發射模組22和鐳射接收模組24連接的控制模組26，以及一與所述控制模組26連接的資料處理模組28。
所述第一平面光波導227包括一第一基底223和一設置於該第一基底223一表面的第一折射元件225。所述第一平面光波導227設置於所述鐳射發射器220的光發射端，從而使所述鐳射發射器220發射的探測鐳射228經過所述第一折射元件225折射後照射在所述第一聚焦透鏡222，再經過所述第一聚焦透鏡222彙聚後射出。
所述第二平面光波導247包括一第二基底243和一設置於該第二基底243一表面的第二折射元件245。所述第二平面光波導247設置於所述鐳射接收器240的光接收端，從而使反射回來的反射鐳射248經過所述第二聚焦透鏡242彙聚後照射在所述第二平面光波導247上，再經過所述第二折射元件245的折射後進入所述鐳射接收器240。
優選地，為了提高後續資料處理和計算效率，所述鐳射接收模組24還可以包括一濾波器246，用於過濾不需要的光波。參見圖3，更優選地，所述濾波器246與所述第二折射元件245一起集成於該第二基底243的表面上，從而使得所述鐳射發射接收裝置體積進一步小型化。所述濾波器246可以設置於所述第二折射元件245的光入射端或光出射端。所述濾波器246的折射係數滿足公式(1)，(1) 其中，所述n2 為第二折射元件245的折射係數，n3 為第二基底243的折射係數，ma 為光波在波導中的模態數tg 為第二折射元件245的厚度，λ0 為鐳射波長。在非對稱的光波導中(即n2 ＞ n3 ＞＞ n1 )，能傳導的光波模態數為奇數，即，ma =1，3，5，7，9 ……，其中，n1 為空氣的折射係數。
所述第一基底223和第二基底243的材料可以為藍寶石基底，Si3 N4 ，SiO2 ，GaAs，GaN，LiNbO3 或LiTaO3 。所述第一折射元件225和第二折射元件245的材料可以為矽波導層Ti 擴散的(diffused in) LiNbO3 , Ni擴散的LiNbO3 ，Ga(1-x) Al(x) As，Alx Ga(1-x) N，In(1-x) Ga(x) As(1-y) P(y) ，Si或SiO2 。
本實施例中，所述濾波器246設置於所述第二折射元件245的光出射端。所述第一基底223和第二基底243為藍寶石，折射係數n3 =1.65。所述第一折射元件225和第二折射元件245為矽波導層，折射係數n2 =1.40~1.48。空氣折射係數n1 =1。
本發明的鐳射探測與測量系統20中，由於採用平面光波導取代先前技術的反射鏡，使得鐳射發射接收裝置的光學元件集成度高，有利於小型化。另外，由於平面光波導的折射元件的折射係數大於空氣的折射係數，故光傳輸的損耗也減小。可以理解，本發明的鐳射探測與測量系統20中，只要所述鐳射發射模組22和鐳射接收模組24中的一個採用平面光波導取代先前技術的反射鏡，就可以達到上述技術功效。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10,20‧‧‧鐳射探測與測量系統
12,22‧‧‧鐳射發射模組
120,220‧‧‧鐳射發射器
122,222‧‧‧第一聚焦透鏡
124‧‧‧第一反射鏡
128,228‧‧‧探測鐳射
14,24‧‧‧鐳射接收模組
140,240‧‧‧鐳射接收器
142,242‧‧‧第二聚焦透鏡
144‧‧‧第二反射鏡
146,246‧‧‧濾波器
148,248‧‧‧反射鐳射
223‧‧‧第一基底
225‧‧‧第一折射元件
227‧‧‧第一平面光波導
243‧‧‧第二基底
245‧‧‧第二折射元件
247‧‧‧第二平面光波導
26‧‧‧控制模組
28‧‧‧資料處理模組
圖1為先前技術中的鐳射探測與測量系統的結構示意圖。
圖2為本發明實施例提供的鐳射探測與測量系統的結構示意圖。
圖3為本發明實施例的第二平面光波導的立體結構示意圖。
無
無

Claims (10)

  1. 一種鐳射發射接收裝置，其包括： 一鐳射發射模組，所述鐳射發射模組包括一鐳射發射器以及一第一聚焦透鏡；以及 一鐳射接收模組，所述鐳射接收模組包括一鐳射接收器以及一第二聚焦透鏡； 其改良在於，所述鐳射發射模組和鐳射接收模組中的至少一個進一步包括一平面光波導，且所述平面光波導包括一基底和一設置於該基底一表面上的折射元件。
  2. 如請求項1所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述鐳射發射模組進一步包括該平面光波導，所述平面光波導設置於所述鐳射發射器的光發射端，從而使所述鐳射發射器發射的鐳射經過所述折射元件折射後，再經過所述第一聚焦透鏡彙聚後射出。
  3. 如請求項1所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述鐳射接收模組進一步包括該平面光波導，所述平面光波導設置於所述鐳射接收器的光接收端，從而使反射回來的鐳射經過所述第二聚焦透鏡彙聚後，再經過所述折射元件折射後進入所述鐳射接收器。
  4. 如請求項3所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述平面光波導進一步包括一設置於所述折射元件的光入射端或光出射端的濾波器。
  5. 如請求項4所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述濾波器與所述折射元件一起集成於該基底的表面上。
  6. 如請求項1所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述鐳射發射模組進一步包括一第一平面光波導，所述第一平面光波導設置於所述鐳射發射器的光發射端，從而使所述鐳射發射器發射的鐳射經過所述第一平面光波導的折射元件折射後，再經過所述第一聚焦透鏡彙聚後射出；所述鐳射接收模組進一步包括一第二平面光波導，所述第二平面光波導設置於所述鐳射接收器的光接收端，從而使反射回來的鐳射經過所述第二聚焦透鏡彙聚後，再經過所述第二平面光波導的折射元件折射後進入所述鐳射接收器。
  7. 如請求項6所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述第二平面光波導進一步包括一設置於折射元件的光入射端或光出射端的濾波器。
  8. 如請求項7所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述濾波器與所述折射元件一起集成於該基底的表面上。
  9. 如請求項1所述的鐳射發射接收裝置，其中，所述基底的材料為藍寶石，Si3 N4 ，SiO2 ，GaAs，GaN，LiNbO3 或LiTaO3 ；所述折射元件的材料為Ti 擴散的LiNbO3 , Ni擴散的LiNbO3 ，Ga(1-x) Al(x) As，Alx Ga(1-x) N，In(1-x) Ga(x) As(1-y) P(y) ，Si或SiO2 。
  10. 一種鐳射探測與測量系統，其包括：一鐳射發射接收裝置，一控制模組和一資料處理模組；其改良在於，所述鐳射發射接收裝置為如請求項1至9中任意一項所述的鐳射發射接收裝置。
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