一种调频连续波光源系统和调频连续波激光雷达

技术领域

本申请涉及光电子技术领域，具体而言，涉及一种调频连续波光源系统和调频连续波激光雷达。

背景技术

随着科学技术的不断发展，激光雷达技术因其具有分辨率高、方向性好、抗干扰能力强、测距精度高、响应速度快、不受地面杂波影响等优势，被广泛应用于汽车自动驾驶、机器人巡航、安防监控、高精度测绘等领域，其中调频连续波（Frequency ModulatedContinuous Wave，FMCW）激光雷达技术便是当今激光雷达技术的一项重要研究方向。在调频连续波激光雷达的实际使用过程中，通常需要对应激光雷达发射频率随时间周期性变化的调频连续波光信号，并接收经探测物体反射的回波信号，而后解析发射波（即调频连续波光信号）和接收到的反射波（即回波信号）之间的信号相干状况，来得到探测物体相对于对应激光雷达的距离、运动速度等信息。

而值得注意的是，调频连续波激光雷达的有效探测距离受限于调频连续波激光光源的光谱线宽，和对应调频连续波激光光源发射出的调频连续波光信号的光功率大小。其中，调频连续波激光光源的光谱线宽越宽，则对应连续波激光雷达的探测精准度越低，对应有效探测距离越短；调频连续波激光光源发射出的调频连续波光信号的光功率越小，则对应有效探测距离越短。因此，如何提供一种窄线宽、出射激光功率大且支持高线性调频功能的调频连续波激光光源，便是当今调频连续波激光雷达技术的一项亟需解决的重要问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种调频连续波光源系统和调频连续波激光雷达，能够利用激光器的自注入锁定效应实现光源线宽压窄功能和高线性调频功能，并通过功率分配功能确保最终输出的激光光束具备足够大的光功率，以确保对应调频连续波光源系统具备窄线宽、出射激光功率大、高线性调频等特性，便于安装有该调频连续波激光的调频连续波激光雷达具有良好的探测精准度和足够长的有效探测距离，从而方便前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能，提高设备系统的安全性能。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种调频连续波光源系统，所述光源系统包括第一耦合波导、功率分配器和自注入反馈结构；

所述功率分配器的第一光传输端与所述第一耦合波导耦合，并经所述第一耦合波导接收来自半导体单频激光器的输出光束，其中所述功率分配器用于基于所述输出光束输出第一光束和第二光束；

所述功率分配器的第二光传输端与所述自注入反馈结构光路耦合，并经所述第二光传输端向所述自注入反馈结构注入所述第一光束，所述功率分配器通过第三光传输端发射所述第二光束，其中所述自注入反馈结构用于从所述第一光束中选择调频光束，并经所述功率分配器和所述第一耦合波导向所述半导体单频激光器发送所述调频光束；所述功率分配器还用于调控所述第一光束和/或所述第二光束的光功率，使所述第一光束的光功率逐渐增大到所述半导体单频激光器在所述调频光束作用下进入自注入锁定状态为止；所述第二光束用于进行探测。

由此，本申请通过功率分配器将来自半导体单频激光器的输出光束分成需传输往自注入反馈结构的第一光束，和需作为探测光对外投射的第二光束，并通过调控第一光束和第二光束各自从前述输出光束处继承的实际光功率大小，使第一光束的光功率能够逐步增大到恰好支撑自注入反馈结构所反馈的调频光束将半导体单频激光器置为自注入锁定状态（即半导体单频激光器的输出光束的光束频率被锁定到前述调频光束的光束频率的状态）为止，以实现激光器的线宽压窄，并通过自注入反馈结构的反馈光频率可调特性实现高线性调频功能，此时第二光束的光功率将在实现光源线宽压窄效果和高线性调频效果的基础上达到最大输出状态，来确保对外投射的第二光束具备足够大的光功率大小，同时对外投射的第二光束的光束频率也将被锁定到前述调频光束的光束频率，从而确保本申请提供的调频连续波光源系统具备窄线宽、出射激光功率大、高线性调频等特性，便于安装有该调频连续波光源系统的调频连续波激光雷达具有良好的探测精准度和足够长的有效探测距离，从而确保前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能，提高设备系统的安全性能。

此外，本申请提供的调频连续波光源系统可凭借功率分配器针对自注入反馈结构的注入光功率可调特性，使所述调频连续波光源系统在面向不同种类和/或不同工作参数（例如，注入电流和/或环境温度）的半导体单频激光器时，也能通过实时调整自注入反馈结构的注入光（即前述第一光束）的光功率大小，确保所述调频连续波光源系统对外投射的探测光（即前述第二光束）属于窄线宽且激光功率大的调频连续波光信号，以保证所述调频连续波光源系统持续处于最佳工作状态，同时提升所述调频连续波光源系统的工况适用性和激光器适用性。

在可选的实施方式中，所述自注入反馈结构包括微环谐振器、光发散器和光传输波导结构；

所述光传输波导结构的光注入端与所述功率分配器的第二光传输端光路耦合，用于传输所述功率分配器注入的所述第一光束；

所述微环谐振器用于从所述光传输波导结构传输的所述第一光束中耦合出满足所述微环谐振器的可调谐振频率的所述调频光束后，将所述调频光束耦合入所述光传输波导结构，使所述光传输波导结构将所述调频光束传输往所述功率分配器；

所述光发散器与所述光传输波导结构的光出射端光路耦合，用于对所述光传输波导结构传输的不满足所述可调谐振频率的激光光束进行发散。

由此，本申请可通过上述实施方式所对应的自注入反馈结构组成内容，确保该自注入反馈结构能够向半导体单频激光器反馈与可调谐振频率适配的调频光束，以利用激光器的自注入锁定效应对半导体单频激光器进行线宽压窄，并利用该自注入反馈结构所包括的微环谐振器的谐振频率线性调节性能强的特点，确保对应调频连续波光源系统具备高线性调频功能。

在可选的实施方式中，所述微环谐振器包括第一光耦合部位和第二光耦合部位；

所述第一光耦合部位用于从所述光传输波导结构传输的所述第一光束中耦合出所述调频光束；

所述第二光耦合部位用于将所述调频光束耦合入所述光传输波导结构。

由此，本申请可通过上述实施方式所对应的微环谐振器组成内容，确保该微环谐振器具备光束选择能力，并可将选择出的激光光束反馈给激光器。

在可选的实施方式中，所述第一耦合波导的远离所述功率分配器的一端形成有第一模斑转换器，其中所述第一模斑转换器用于将所述半导体单频激光器的光斑尺寸和所述第一耦合波导的光斑尺寸进行匹配。

由此，本申请可通过上述实施方式，提升半导体单频激光器与功率分配器之间的光耦合效率。

在可选的实施方式中，所述光源系统还包括单通道放大器件；

所述单通道放大器件通过激光传输波导与所述功率分配器的第三光传输端耦合，所述单通道放大器件用于对所述第二光束进行光功率放大处理，并输出光功率放大处理得到的激光光束。

由此，本申请可通过上述实施方式，确保经功率分配器对外投射出的调频连续波激光光束能够被放大到期望光功率后进行输出，以确保对应调频连续波光源系统所在的调频连续波激光雷达的有效探测距离能够达到期望探测距离的状态。

在可选的实施方式中，所述光源系统还包括分光单元和多个第二耦合波导；

所述分光单元的光输入端通过激光传输波导与所述功率分配器的第三光传输端耦合，用于对所述第二光束进行分光处理，得到多个分光光束，其中每个所述分光光束对应所述分光单元的一个光输出端；

所述分光单元的每个光输出端与一个第二耦合波导光路耦合，并通过对应第二耦合波导对该光输出端所对应的分光光束进行投射。

由此，本申请可通过上述实施方式，将对应调频连续波光源系统从单通道输出模式拓展为多通道输出模式，提高该调频连续波光源系统所在激光雷达的雷达点频数。

在可选的实施方式中，所述光源系统还包括多通道放大器件，其中所述多通道放大器件的通道总数目与所述分光单元的光输出端总数目保持一致；

每个第二耦合波导与所述多通道放大器件的一个波导通道光路耦合，以通过对应波导通道对该第二耦合波导投射的激光光束进行光功率放大处理，并输出光功率放大处理得到的激光光束。

由此，本申请可通过上述实施方式，确保多通道输出模式的调频连续波光源系统对外投射出的多个激光光束均能够被放大到期望光功率，以确保对应调频连续波光源系统所在的调频连续波激光雷达的有效探测距离能够达到期望探测距离的状态。

在可选的实施方式中，每个第二耦合波导的靠近所述多通道放大器件的一端形成有第二模斑转换器，其中每个所述第二模斑转换器用于将对应连接的第二耦合波导和波导通道各自的光斑尺寸进行匹配。

由此，本申请可通过上述实施方式，提高多通道输出模式的调频连续波光源系统所涉及到的分光单元和多通道放大器件之间的光耦合效率。

在可选的实施方式中，所述光源系统还包括所述半导体单频激光器，所述半导体单频激光器包括激光器出光端和与所述激光器出光端相对的非出光端，所述非出光端上形成有反射膜层，所述激光器出光端上形成有增透膜层；

所述半导体单频激光器的所述激光器出光端经所述第一耦合波导与所述功率分配器的第一光传输端光路耦合，其中所述半导体单频激光器用于经所述第一耦合波导向所述功率分配器的第一光传输端注入所述输出光束。

由此，本申请可通过上述实施方式，提高对应半导体单频激光器对光功率的利用效率，增大该半导体单频激光器输入到第一耦合波导中的输出光束的激光功率。

在可选的实施方式中，所述半导体单频激光器的光波导结构在所述增透膜层处的波导延伸方向相对于所述激光器出光端的表面法线方向的倾斜角度范围为5°~8°。

由此，本申请可通过上述实施方式，提高对应半导体单频激光器在激光器出光端的抗反射能力，提高对应半导体单频激光器与第一耦合波导之间的光耦合效率。

在可选的实施方式中，所述半导体单频激光器为分布式反馈DFB激光器或分布式布拉格反射DBR激光器。

由此，本申请可通过上述实施方式，拓展对应调频连续波光源系统的激光器实现方式。

第二方面，本申请提供一种调频连续波激光雷达，所述激光雷达包括前述实施方式中任意一项所述的调频连续波光源系统，其中所述调频连续波光源系统输出的激光光束的光束频率按照期望的调频连续波信号变化。

由此，本申请可通过上述实施方式，确保对应调频连续波激光雷达具有良好的探测精准度和足够长的有效探测距离，并确保前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能，提高设备系统的安全性能。

第三方面，本申请提供一种终端设备，该终端设备包括上述第一方面所对应的任意一项可能的实施方式中的激光雷达光源系统。

第四方面，本申请提供一种终端设备，该终端设备包括上述第二方面所对应的任意可能的实施方式中的频连续波激光雷达。

其中，上述终端设备可以是车辆、无人机、路边交通设备、智能手机、智能家居设备、智能制造设备或机器人等设备；上述三方面和上述第四方面各自可以达到的技术效果可以参照上文针对第一方面的有益效果描述，此处不再重复赘述。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的调频连续波光源系统的组成示意图之一；

图2为本申请实施例提供的调频连续波光源系统的组成示意图之二；

图3为本申请实施例提供的半导体单频激光器的俯视示意图；

图4为本申请实施例提供的功率分配器的组成示意图；

图5为本申请实施例提供的自注入反馈结构的组成示意图之一；

图6为本申请实施例提供的自注入反馈结构的组成示意图之二；

图7为本申请实施例提供的调频连续波光源系统的组成示意图之三；

图8为本申请实施例提供的调频连续波光源系统的组成示意图之四；

图9为本申请实施例提供的调频连续波光源系统的组成示意图之五。

图标：10-调频连续波光源系统；11-半导体单频激光器；12-第一耦合波导；13-功率分配器；14-自注入反馈结构；15-激光传输波导；16-单通道放大器件；17-分光单元；18-第二耦合波导；19-多通道放大器件；141-光传输波导结构；142-微环谐振器；143-光发散器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，可以理解的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

针对调频连续波激光雷达提供的窄线宽且高线性调频的光调频连续波激光源可采用如下几种形式实现：

（1）独立光源加外置独立调制器：该方案通过将独立光源的发光过程和独立调制器的调制过程相互分隔，使发光过程与调制过程互不干扰，其中窄线宽特性通过采用窄线宽激光器充当独立光源保证，高线性调频通过独立调制器保证。值得注意的是，该方案需要额外的独立调制器，存在价格昂贵且调频效率低下的缺陷，容易导致最终输出的激光光束的光功率出现大幅衰减现象。

（2）直接调制单片集成的激光器芯片：该方案存在的主要问题是对应激光器芯片线宽很难压窄到300KHz以下，实质不能很好的满足调频连续波激光雷达的使用需求，同时该激光器芯片在直接调制过程中还会出现线宽展宽问题，导致该激光器芯片的适用性大大降低。

（3）直接调制外腔激光器：该方案通过的外腔激光器的输出光虽然可以满足窄线宽的需求，但该方案是通过设置足够长的谐振腔来确保窄线宽特性，但正是因为谐振腔长度过长的限制，导致对应外腔激光器的输出光频率变化速度比较缓慢，极难实现快速线性调谐效果，同时对应外腔激光器在调谐过程中需要控制多个独立电极才能确保对应输出光频率达到期望连续波（例如，三角波、正弦波、方形波等波形）效果。

在此情况下，为解决上述问题，本申请实施例通过提供一种调频连续波光源系统和调频连续波激光雷达，以在利用激光器的自注入锁定效应实现光源线宽压窄功能和高线性调频功能的同时，通过功率分配功能确保最终输出的激光光束具备足够大的光功率，来确保对应调频连续波光源系统具备窄线宽、出射激光功率大、高线性调频等特性，使安装有该调频连续波光源系统的调频连续波激光雷达具有良好的探测精准度和足够长的有效探测距离，便于前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能，提高设备系统的安全性能。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，图1是本申请实施例提供的调频连续波光源系统10的组成示意图之一。在本申请实施例中，所述调频连续波光源系统10可适用于充当调频连续波激光雷达的雷达光源，以便该调频连续波激光雷达通过该调频连续波光源系统10对外投射出满足窄线宽需求和高线性调频需求且光功率大的调频连续波激光光束，从而有效提高对应调频连续波激光雷达的探测精准度和有效探测距离。其中，前述调频连续波光源系统10可利用激光器的自注入锁定效应实现光源线宽压窄功能和高线性调频功能，并通过相对于光源线宽压窄功能和高线性调频功能独立运行的功率分配功能，确保最终输出的激光光束具备足够大的光功率，来确保该调频连续波光源系统10具备窄线宽、出射激光功率大、高线性调频等特性。

此外，安装有前述调频连续波光源系统10的调频连续波激光雷达可被安装在车辆、无人机、路边交通设备、智能手机、智能家居设备、智能制造设备或机器人等设备上。例如，该调频连续波激光雷达可被安装在车辆上，用于在该车辆的行驶/停车过程中进行雷达探测，以辅助该车辆实现无人驾驶、自动驾驶、辅助驾驶和智能停车等功能。可以理解的是，上述应用场景仅为举例示意，本申请所提供的调频连续波激光雷达还可以应用在各种类型的其他应用场景下，并不限于上述示例出的应用场景。

在本申请实施例中，上述调频连续波光源系统10可以包括第一耦合波导12、功率分配器13和自注入反馈结构14。

在本实施例中，第一耦合波导12设置在半导体单频激光器与功率分配器13的第一光传输端（即图1中的T1端）之间，并同时与半导体单频激光器和功率分配器13的第一光传输端光路耦合，以使半导体单频激光器经第一耦合波导12向功率分配器13的第一光传输端注入该半导体单频激光器11的输出光束（如图1中的带箭头粗实线所示）。其中，前述半导体单频激光器用于产生单频激光光束，前述半导体单频激光器的原始线宽范围可为500KHz~5MHz；前述第一耦合波导12用于尽可能地将半导体单频激光器的输出光束耦合到功率分配器13的第一光传输端处；前述功率分配器13用于将来自半导体单频激光器的输出光束分成第一光束和第二光束，以通过该功率分配器13的第二光传输端（即图1中的T2端）对外传输第一光束（如图1中的带斜向上箭头的细实线所示），并通过该功率分配器13的第三光传输端（即图1中的T3端）对外传输第二光束（如图1中的带斜向下箭头的细实线所示），同时前述功率分配器13在分出第一光束和第二光束后，可通过第一光束和/或第二光束的光功率，以调节两个激光光束各自从前述半导体单频激光器的输出光束处继承的实际光功率大小，以确保从第二光传输端和第三光传输端分别对外传输的激光光束均获取到合适的光功率大小。

在本实施例中，上述功率分配器13的第二光传输端与自注入反馈结构14光路耦合，并通过第二光传输端向该自注入反馈结构14注入第一光束，以使该自注入反馈结构14在接收到的第一光束的实际光功率作用下，从第一光束中选择出与该自注入反馈结构14的可调谐振频率匹配的调频光束，并将耦合出的调频光束（如图1中的带斜向下箭头的虚线所示）反馈给功率分配器13，由功率分配器13经第一耦合波导12将前述调频光束（如图1中的带水平箭头的虚线所示）传递给半导体单频激光器。而当该半导体单频激光器接收到前述调频光束后，会针对接收到的反馈光（即上述调频光束）产生受激辐射放大现象，消耗掉该半导体单频激光器因电流注入操作产生的载流子，削弱该半导体单频激光器原本的输出光的能量，使该半导体单频激光器的输出光束频率不断地往反馈光的实际光束频率偏移，并在反馈光的实际光功率达到一定大小时，该半导体单频激光器内部的载流子几乎都被反馈光消耗，此时该半导体单频激光器的输出光束的光束频率将取决于反馈光的光束频率，达到自注入锁定状态（即半导体单频激光器的输出光束的光束频率被锁定到前述调频光束的光束频率的状态），从而得以利用激光器的自注入锁定效应将该半导体单频激光器的输出光束频率锁定到前述反馈光（即前述调频光束）的实际光束频率的状态，来将该半导体单频激光器的激光输出线宽压窄到300KHz以下，并利用自注入反馈结构14的谐振频率线性调节性能强的特点，配合半导体单频激光器实现高线性调频功能。

其中，前述功率分配器13在将接收到的输出光束分成第一光束和第二光束时，会为与第二光传输端对应的第一光束分配一个数值较低的初始光功率，而后逐步调大与第二光传输端对应的第二光束的光功率大小，直至与第二光传输端对应的第一光束的光功率大小恰好能够支撑前述自注入反馈结构14所反馈的调频光束将半导体单频激光器置为自注入锁定状态为止，此时与第三光传输端对应的第二光束的光束频率会相应地继承所述输出光束的实际光束频率（即与第三光传输端对应的第二光束的光束频率与前述调频光束的光束频率保持一致），并且第二光束的实际光功率会在实现光源线宽压窄效果和高线性调频效果的基础上达到最大输出状态，来确保第二光束具备足够大的光功率大小。

可以理解的是，第一光束在半导体单频激光器处于自注入锁定状态时的实际光功率大小会稍大于该半导体单频激光器在自注入锁定状态下接收到的调频光束的实际光功率大小，此时第一光束相较于调频光束多出的光功率大小可用于表征半导体单频激光器和自注入反馈结构14之间的光传输损耗总量。

在本实施例中，第二光束可用于进行探测；上述功率分配器13的第三光传输端可与激光传输波导15光路耦合，并通过该激光传输波导15对与第三光传输端对应的第二光束进行投射，以将经激光传输波导15对外输出的第二光束作为调频连续波光源系统10实际输出的探测激光，从而确保该调频连续波光源系统10最终输出的探测激光能够在功率分配功能作用下具备足够大的光功率大小，并且能够在相对于功率分配功能独立运行的光源线宽压窄功能和高线性调频功能的作用下具备窄线宽特性和高线性调频特性，以确保该调频连续波光源系统10具备窄线宽、出射激光功率大、高线性调频等特性。

由此，本申请可通过图1所示的光源系统组成，确保本申请提供的调频连续波光源系统10具备窄线宽、出射激光功率大、高线性调频等特性，便于安装有该调频连续波光源系统10的调频连续波激光雷达具有良好的探测精准度和足够长的有效探测距离，以确保前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能，提高设备系统的安全性能。

此外，本申请提供的调频连续波光源系统10可凭借功率分配器针对自注入反馈结构14的注入光功率可调特性，使所述调频连续波光源系统10在面向不同种类和/或不同工作参数（例如，注入电流和/或环境温度）的半导体单频激光器时，也能通过实时调整自注入反馈结构14的注入光（即前述第一光束）的光功率大小，确保所述调频连续波光源系统10对外投射的探测光（即前述第二光束）属于窄线宽且激光功率大的调频连续波光信号，以保证所述调频连续波光源系统10持续处于最佳工作状态，同时提升所述调频连续波光源系统10的工况适用性和激光器适用性。

示例性地，图1所示的第一耦合波导12、功率分配器13、自注入反馈结构14和激光传输波导15可部署在同一硅光芯片上，并通过电调、热调或其他调节方式来调节所述自注入反馈结构14的可调谐振频率，使图1所示的调频连续波光源系统10最终输出的探测激光的激光频率能够按照期望的调频连续波信号变化，同时也可通过电调、热调或其他调节方式来调节所述功率分配器13为第一光束和第二光束各自分配的实际光功率大小之间的功率比例，使进入前述自注入反馈结构14的第一光束的光强度能够从低到高逐步增大，直至调频连续波光源系统10的实际光源线宽被压窄到期望状态且实际激光频率达到期望频率状态为止，来确保更多的光功率能够被分配给充当雷达探测激光的第二光束。

可选地，请结合参照图2和图3，其中图2是本申请实施例提供的调频连续波光源系统10的组成示意图之二，图3是本申请实施例提供的半导体单频激光器11的俯视示意图。在本申请实施例中，与图1所示的调频连续波光源系统10相比，图2所示的调频连续波光源系统10还可以包括半导体单频激光器11，该半导体单频激光器11可以包括激光器出光端和与激光器出光端相对的非出光端，该半导体单频激光器11通过激光器出光端对外发射单频激光光束，并通过该激光器出光端与第一耦合波导12光路耦合，以使半导体单频激光器11的激光器出光端经第一耦合波导12与功率分配器13的第一光传输端光路耦合，此时半导体单频激光器11用于经第一耦合波导12向功率分配器13的第一光传输端注入输出光束。

所述半导体单频激光器11在非出光端上蒸镀形成有反射膜层，以通过该反射膜层减少该半导体单频激光器11内的激光光束在非出光端的输出，防止半导体单频激光器11内的激光光束从非出光端出射，提高该半导体单频激光器11对内部激光光束的光功率利用率。其中，该半导体单频激光器11的内部激光光束包括该半导体单频激光器11原本产生的激光光束，和经功率分配器13和第一耦合波导传输进该半导体单频激光器11的反馈光（即调频光束）；所述反射膜层的光反射率数值处于90%以上，以确保该反射膜层具备足够强的光反射能力。

所述半导体单频激光器11在激光器出光端上蒸镀形成有增透膜层，以通过增透膜层增大该半导体单频激光器11内的激光光束在激光器出光端的输出，约束半导体单频激光器11内的激光光束从激光器出光端出射，提高该半导体单频激光器11对内部激光光束的光功率利用率。其中，增透膜层的光反射率数值处于0.5%以下，以确保该增透膜层具备足够强的抗反射能力。

由此，本申请通过反射膜层和增透膜层之间的配合，提高对应半导体单频激光器11对光功率的利用效率，增大该半导体单频激光器11输入到第一耦合波导12中的输出光束的激光功率，实现半导体单频激光器11的光功率最大化利用效果。

可选地，在本实施例中，所述半导体单频激光器11包括的光波导结构在增透膜层处的波导延伸方向相对于激光器出光端的表面法线方向的倾斜角度（即图3中的角度

示例性地，本申请提供的半导体单频激光器11可以是，但不限于，分布式反馈（Distributed Feedback，DFB）激光器、分布式布拉格反射（Distributed BraggReflector，DBR）激光器或其他单频激光输出的激光器；所述半导体单频激光器11的激光输出波长范围为1490nm~1620nm。在本实施例的一种实施方式中，所述半导体单频激光器11可采用输出波长处于1490nm~1620nm之间的DFB激光器实现。

示例性地，半导体单频激光器11可与第一耦合波导12、功率分配器13、自注入反馈结构14和激光传输波导15部署在同一硅光芯片上；或者，半导体单频激光器11也可以部署在一个单独的芯片上。

可选地，在本申请实施例中，图1或图2所示的第一耦合波导12的靠近半导体单频激光器11的一端处形成有第一模斑转换器，以通过第一模斑转换器将半导体单频激光器的光斑尺寸和第一耦合波导12的光斑尺寸进行匹配，以提升半导体单频激光器与功率分配器13之间的光耦合效率，从而确保第一耦合波导12能够尽可能地将半导体单频激光器的输出光束耦合到功率分配器13的第一光传输端处。

在本实施例的一种实施方式中，形成在第一耦合波导12上的第一模斑转换器可采用倒锥形结构实现，其中第一模斑转换器在靠近半导体单频激光器处的模斑尺寸小于第一模斑转换器在靠近功率分配器13的模斑尺寸。其中，第一模斑转换器可与第一耦合波导12一体成型，第一模斑转换器在靠近半导体单频激光器的波导表面宽度处于60nm~150nm内，第一模斑转换器在靠近功率分配器13的波导表面宽度与第一耦合波导12的波导宽度保持一致。

可选地，请参照图4，图4是本申请实施例提供的功率分配器13的组成示意图。在本申请实施例中，所述功率分配器13可采用MZI（Mach-Zender interferometer，马赫曾德尔干涉仪）组件和至少一种耦合器件组合形成，其中所述至少一种耦合器件可以是图4（a）所示的MMI（Multimode Interference, 多模干涉）耦合器，也可以是图4（b）所示的Y形波导，还可以是图4（c）或图4（d）所示的定向耦合器；所述MZI组件可用于调控上述两个独立光束之间的光功率比例关系。在本实施例的一种实施方式中，所述功率分配器13采用图4（c）所示的功率分配器实现。

可选地，请结合参照图5和图6，其中图5是本申请实施例提供的自注入反馈结构14的组成示意图之一，图6是本申请实施例提供的自注入反馈结构14的组成示意图之二。在本申请实施例中，所述自注入反馈结构14可以包括光传输波导结构141、光发散器143和微环谐振器142，该微环谐振器142包括有两个靠近光传输波导结构141的光耦合部位（即图5和图6所示的光耦合部位1和光耦合部位2）。

其中，光传输波导结构141的光注入端与功率分配器13的第二光传输端光路耦合，用于传输功率分配器13经第二光传输端注入的第一光束；所述微环谐振器142通过第一光耦合部位（例如，图5中的光耦合部位1）从光传输波导结构141传输的独立光束中耦合出满足微环谐振器142的可调谐振频率的调频光束，并通过第二光耦合部位（例如，图5中的光耦合部位2）将调频光束耦合入光传输波导结构141，使光传输波导结构141得以将该调频光束传输往功率分配器13，由该功率分配器13将接收到的满足前述可调谐振频率的调频光束反馈给半导体单频激光器；光发散器143与光传输波导结构141的光出射端光路耦合，用于对光传输波导结构141传输的不满足可调谐振频率的激光光束进行发散。

在此过程中，上述光传输波导结构141可以仅包括一个光出射端，例如该光传输波导结构141在采用图5所示的类e形结构实现时仅具备单个光出射端，此时微环谐振器142可固定地将某个光耦合部位作为第一光耦合部位，以通过该第一光耦合部位来耦合满足可调谐振频率的调频光束进行存储，并将剩余的另外一个光耦合部位固定地作为第二光耦合部位，以通过该第二光耦合部位将存储的调频光束耦合到光传输波导结构141上进行激光反馈处理。

以图5所示的自注入反馈结构14为例，图5中的微环谐振器142可仅通过光耦合部位1（即图5所示的微环谐振器142的第一光耦合部位）从光传输波导结构141传输的第一光束（如图4中的带箭头实线所示）中耦合出满足可调谐振频率的调频光束（如图4中的微环谐振器内部的带箭头虚线所示）进行存储，而后图4中的微环谐振器142会通过光耦合部位2（即图5所示的微环谐振器142的第二光耦合部位）将存储的调频光束耦合到光传输波导结构141上，此时处于该光传输波导结构141上的调频光束（如图4中的与光传输波导结构141平行的四条带箭头虚线所示）会被光传输波导结构141从光出射端向光注入端传递，并经功率分配器13将调频光束反馈给半导体单频激光器。

同时，上述光传输波导结构141也可以同时包括两个光出射端，例如该光传输波导结构141在采用图6所示的类{形结构实现时具备两个光出射端，此时微环谐振器142可通过将任意一个光耦合部位作为第一光耦合部位，来耦合满足可调谐振频率的调频光束进行存储，并将剩余的另外一个光耦合部位作为第二光耦合部位，来将存储的调频光束耦合到光传输波导结构141上进行激光反馈处理。

以图6所示的自注入反馈结构14为例，当图6中的微环谐振器142将光耦合部位1作为第一光耦合部位地从光传输波导结构141的下波导分支（即图6中的与处于下方的光发散器143连接的波导分支）传输的第一光束（如图6中的带箭头实线所示）中耦合出满足可调谐振频率的调频光束（如图6中的微环谐振器内部外侧的带箭头虚线所示）进行存储，而后图6中的微环谐振器142会将光耦合部位2作为第二光耦合部位地将存储的调频光束耦合到光传输波导结构141的上波导分支（即图6中的与处于上方的光发散器143连接的波导分支）上，此时处于该光传输波导结构141的上波导分支上的调频光束（如图6中的处于上波导分支上的带箭头虚线所示）会被光传输波导结构141向光注入端传递，并经功率分配器13将调频光束反馈给所述半导体单频激光器；同时，当图5中的微环谐振器142将光耦合部位2作为第一光耦合部位地从光传输波导结构141的上波导分支传输的第一光束中耦合出满足可调谐振频率的调频光束（如图6中的微环谐振器内部内侧的带箭头虚线所示）进行存储，而后图6中的微环谐振器142会将光耦合部位1作为第二光耦合部位地将存储的调频光束耦合到光传输波导结构141的下波导分支上，此时处于该光传输波导结构141的下波导分支上的调频光束（如图6中的处于下波导分支上的带箭头虚线所示）会被光传输波导结构141向光注入端传递，并经功率分配器13将调频光束反馈给所述半导体单频激光器。

此外，对于上述微环谐振器142来说，该微环谐振器142利用可调谐振频率从光传输波导结构141传输的独立光束中耦合调频光束的谐振条件可采用式子“

对于上述光发散器143来说，该光发散器143用于防止不满足可调谐振频率的激光光束被反馈回半导体单频激光器11。其中，该光发散器143可采用光栅耦合器或锥形波导的形式实现。在本实施例的一种实施方式中，前述光发散器143采用锥形波导实现，该光发散器143在靠近光传输波导结构141的光出射端的波导表面尺寸大于该光发散器143的另一个波导表面尺寸，以利用光场的束缚能力随波导表面尺寸减小而减弱的特性，使不满足可调谐振频率的激光光束能够被慢慢消散掉。

由此，本申请可通过上述自注入反馈结构14的实际组成内容，确保该自注入反馈结构14能够向半导体单频激光器11反馈与可调谐振频率适配的调频光束，以利用激光器的自注入锁定效应对半导体单频激光器11进行线宽压窄，并利用该自注入反馈结构14所包括的微环谐振器142的谐振频率线性调节性能强的特点，确保对应调频连续波光源系统10具备高线性调频功能。

可选地，请参照图7，图7是本申请实施例提供的调频连续波光源系统10的组成示意图之三。在本申请实施例中，与图2所示的调频连续波光源系统10相比，图7所示的调频连续波光源系统10还可以包括单通道放大器件16，其中所述单通道放大器件16经激光传输波导15与功率分配器13的第三光传输端光路耦合，用于对功率分配器13经激光传输波导15投射的第二光束进行光功率放大处理，并输出光功率放大处理得到的激光光束，以通过单通道放大器件16确保经功率分配器13直接对外投射出的调频连续波激光光束能够被放大到期望光功率后进行输出，使对应调频连续波光源系统10所在的调频连续波激光雷达的有效探测距离能够达到期望探测距离的状态。

示例性地，上述单通道放大器件16可以是，但不限于，半导体光放大器、光纤放大器等放大器。在本实施例的一种实施方式中，该单通道放大器件16为半导体光放大器，且该单通道放大器件16的单通道输出功率可为100mW~300mW。

可选地，请参照图8，图8是本申请实施例提供的调频连续波光源系统10的组成示意图之四。在本申请实施例中，与图2所示的调频连续波光源系统10相比，图8所示的调频连续波光源系统10还可以包括分光单元17和多个第二耦合波导18。

其中，该分光单元17的光输入端（即图8中的IN端）经激光传输波导15与功率分配器13的第三光传输端光路耦合，用于对功率分配器13经激光传输波导15投射的第二光束进行分光处理，得到多个分光光束，其中每个分光光束单独对应该分光单元17的一个光输出端，前述分光单元17的光输出端为至少两个（例如，图7中的1O端、2O端和3O端）。

上述分光单元17的每个光输出端与一个第二耦合波导18光路耦合，并通过对应第二耦合波导18对该光输出端所对应的分光光束进行投射。

由此，本申请可通过分光单元17和多个第二耦合波导18之间的配合，将对应调频连续波光源系统10从单通道输出模式拓展为多通道输出模式，提高该调频连续波光源系统10所在激光雷达的雷达点频数。

示例性地，上述分光单元17和多个第二耦合波导18可与上述第一耦合波导12、功率分配器13、自注入反馈结构14和激光传输波导15部署在同一硅光芯片上；前述分光单元17可采用至少一个分束器实现，该分束器的种类可以是，但不限于，Y形波导、MMI耦合器等。

可选地，请参照图9，图9是本申请实施例提供的调频连续波光源系统10的组成示意图之五。在本申请实施例中，与图8所示的调频连续波光源系统10相比，图9所示的调频连续波光源系统10还可以包括多通道放大器件19，其中多通道放大器件19的通道总数目与前述分光单元17的光输出端总数目保持一致。

其中，每个第二耦合波导18与多通道放大器件19的一个波导通道光路耦合，以通过对应波导通道对该第二耦合波导18投射的激光光束进行光功率放大处理，并输出光功率放大处理得到的激光光束，从而通过多通道放大器件19确保多通道输出模式的调频连续波光源系统10对外投射出的多个激光光束均能够被放大到期望光功率，以确保对应调频连续波光源系统10所在的调频连续波激光雷达的有效探测距离能够达到期望探测距离的状态。

示例性地，上述多通道放大器件19可以是，但不限于，半导体光放大器、光纤放大器等放大器。在本实施例的一种实施方式中，该多通道放大器件19为半导体光放大器，且该多通道放大器件19针对每个波导通道配置的单通道输出功率可为100mW~300mW。

可选地，在本申请实施例中，每个第二耦合波导18的靠近多通道放大器件19的一端处形成有第二模斑转换器，以通过第二模斑转换器将对应连接的第二耦合波导18和波导通道各自的光斑尺寸进行匹配，以提升多通道输出模式的调频连续波光源系统10所涉及到的分光单元17和多通道放大器件19之间的光耦合效率，从而确保分光单元17分出的每个激光光束都能够尽可能地耦合到对应波导通道处进行光功率放大处理。

在本实施例的一种实施方式中，形成在第二耦合波导18上的第二模斑转换器可采用倒锥形结构实现，其中第二模斑转换器在靠近第二耦合波导18处的模斑尺寸大于第二模斑转换器在靠近多通道放大器件19处的模斑尺寸。其中，第二模斑转换器可与第二耦合波导18一体成型，第一模斑转换器在靠近多通道放大器件19的波导表面宽度处于60nm~150nm内，第二模斑转换器在靠近第二耦合波导18的波导表面宽度与第二耦合波导18的波导宽度保持一致。

此外，上述任意一种调频连续波光源系统10所涉及的各种波导结构的实现材料可以是硅、氮化硅、铌酸锂中的至少一种材料，其中采用硅材料制备的波导结构的厚度可为220nm，采用硅材料制备的波导结构的宽度可为400nm~600nm；采用氮化硅材料制备的波导结构的厚度可为400nm，采用氮化硅材料制备的波导结构的宽度可为400nm~1100nm。

在本申请中，本申请实施例还提供一种调频连续波激光雷达，该调频连续波激光雷达可以包括上述任意一种调频连续波光源系统10，通过控制该调频连续波光源系统10的可调谐振频率按照期望的调频连续波信号变化，以及控制该调频连续波光源系统10的功率分配器13，使该调频连续波光源系统10最终输出的激光光束的光束频率按照期望的调频连续波信号变化且具备足够大的光功率，以确保该调频连续波激光雷达具有良好的探测精准度和足够长的有效探测距离，便于该调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能，提高设备系统的安全性能。

本申请实施例还提供一种终端设备，该终端设备包括上述任意实施例中的激光雷达光源系统。

本申请实施例还提供另一种终端设备，该终端设备包括上述任意实施例中的频连续波激光雷达。

其中，上述终端设备可以是车辆、无人机、路边交通设备、智能手机、智能家居设备、智能制造设备或机器人等设备。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。