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特表2024-527366変調された信号によって制御される半導体光増幅器を有するパルス化されたLiDAR
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  • 特表-変調された信号によって制御される半導体光増幅器を有するパルス化されたLiDAR 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-24
(54)【発明の名称】変調された信号によって制御される半導体光増幅器を有するパルス化されたLiDAR
(51)【国際特許分類】
   G01S 7/484 20060101AFI20240717BHJP
   G01S 17/95 20060101ALI20240717BHJP
【FI】
G01S7/484
G01S17/95
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024500542
(86)(22)【出願日】2022-06-30
(85)【翻訳文提出日】2024-01-31
(86)【国際出願番号】 EP2022068209
(87)【国際公開番号】W WO2023275332
(87)【国際公開日】2023-01-05
(31)【優先権主張番号】2107164
(32)【優先日】2021-07-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522206685
【氏名又は名称】レオスフィア
【氏名又は名称原語表記】LEOSPHERE
(71)【出願人】
【識別番号】524007022
【氏名又は名称】オネラ
【氏名又は名称原語表記】ONERA
(74)【代理人】
【識別番号】100139594
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健次郎
(72)【発明者】
【氏名】ピュルール,ヴァンサン
(72)【発明者】
【氏名】カザーレ,マルコ
(72)【発明者】
【氏名】ミレフスキー,ボリスラフ
(72)【発明者】
【氏名】ロンバール,ローラン
(72)【発明者】
【氏名】グラー,ディディエ
【テーマコード(参考)】
5J084
【Fターム(参考)】
5J084AB08
5J084BA01
5J084BB31
5J084CA03
5J084EA01
5J084EA33
(57)【要約】
本発明は、マスタ・レーザ・ビームを放射することができるマスタレーザと、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルス中にピーク値が変化する少なくとも1つのパルスを含むポンプ信号を生成するように構成されたパルス発生器と、ポンプ信号に基づいてマスタ・レーザ・ビームを増幅および変調するように構成された半導体光増幅器(SOA)であって、増幅および変調されたレーザビームが測定レーザビームを形成する、半導体光増幅器と、を含むパルス化されたLiDARに関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パルス化されたLiDAR(1)であって、
マスタ・レーザ・ビーム(6)を放射することができるマスタレーザ(5)と、
ピーク値(14)がポンプ信号(4)の少なくとも1つのパルスの経過にわたって変化する前記少なくとも1つのパルスを含む前記ポンプ信号を生成するように構成されたパルス発生器(10)と、
前記ポンプ信号の関数として前記マスタ・レーザ・ビームを増幅および変調するように構成された半導体光増幅器(SOA)(3)であって、前記増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビーム(2)が測定レーザビームを形成する、半導体光増幅器(3)と、
を含む、パルス化されたLiDAR(1)。
【請求項2】
前記パルス発生器(10)が、
パルス信号を生成するように構成された発電機(110)と、
前記発電機によって生成された前記パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、前記ポンプ信号(4)の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値(14)を変化させるように構成された制御ユニット(15)と、
を含む、請求項1に記載のLiDAR(1)。
【請求項3】
前記ポンプ信号(4)の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値(14)が、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって単調に変化する、請求項1または2に記載のLiDAR(1)。
【請求項4】
前記ポンプ信号(4)の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値(14)が、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの持続時間全体にわたって単調に変化する、請求項1~3のいずれか一項に記載のLiDAR(1)。
【請求項5】
前記ポンプ信号(4)の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値(14)が、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加するように変化し、かつ/または前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少するように変化する、請求項1~4のいずれか一項に記載のLiDAR(1)。
【請求項6】
前記ポンプ信号(4)の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値(14)が、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる平均ピーク値に等しい、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載のLiDAR(1)。
【請求項7】
前記ポンプ信号(4)の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値(14)が、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる平均ピーク値よりも小さいかまたは大きい、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載のLiDAR(1)。
【請求項8】
前記制御ユニット(15)が、前記パルス信号を制御および/または変調するように構成された少なくとも1つのスイッチ(22,221,222)を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載のLiDAR(1)。
【請求項9】
前記増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビーム(2)を増幅するように構成された光ファイバ増幅器を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載のLiDAR(1)。
【請求項10】
パルス化されたLiDARのマスタ・レーザ・ビームを増幅する方法であって、
ピーク値がポンプ信号の少なくとも1つのパルスの経過にわたって変化する前記少なくとも1つのパルスを含む前記ポンプ信号を生成するステップと、
前記生成されたポンプ信号の関数として、前記パルス化されたLiDARの半導体光増幅器(SOA)によって前記マスタ・レーザ・ビームを増幅および変調するステップであって、前記増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームが測定レーザビームを形成する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項11】
パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値を変化させるステップを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値が、
前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって単調に変化し、かつ/または、
前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加している、かつ/または前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少している、
請求項10または11に記載の方法。
【請求項13】
前記SOAによって増幅および変調された前記信号の少なくとも1つのパルスの周波数が、前記ピーク値が増加している前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記少なくとも1つの期間にわたる前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値の勾配の関数として、および/または前記ピーク値が減少している前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記少なくとも1つの期間にわたる前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値の勾配の関数として、シフトされる、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値が、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの他の期間にわたる平均ピーク値に等しい、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値を含む、請求項10~13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値が、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの他の期間にわたる平均ピーク値よりも小さいかまたは大きい、前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値を含む、請求項10~14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記SOAによって増幅および変調された前記信号の位相に関するデータの測定を含む、請求項10~15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
データに基づいて、前記パルス信号の前記少なくとも1つのパルスの前記変調および/または前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク信号の変動を決定することを含み、前記データが、
前記SOAによって増幅および変調された前記信号の前記位相に関連し、
前記マスタ・レーザ・ビームが増幅および変調される関数としての前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの前記ピーク値のものである、
請求項16に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
LiDARは、とりわけ、大気を観察し、大気特性を決定するために使用される。決定される大気特性は、特に、風速、大気中の粒子の濃度、粒子の寸法および/または形状、ならびに大気の温度であり得る。
【0002】
本発明は、特にそのようなLiDARによって使用されるパルス化された光信号の変調および増幅に関する。本発明は、特に、高いケイデンス、狭いスペクトル幅、および変調可能な周波数を有するパルス化された信号を生成することを目的とする。
【0003】
本発明は、光増幅器を有するパルス化されたLiDARに関する。本発明は、より正確には、SOAと呼ばれる半導体光増幅器を有するパルス化されたLiDAR、およびそのようなLiDARの増幅方法に関する。
【背景技術】
【0004】
SOA-LiDARと呼ばれる半導体光増幅器を有するLiDARに関する仏国特許第1461407号明細書が、最新技術から知られている。その文献には、マスタ・レーザ・ビームの強度変調の機能およびマスタ・レーザ・ビームの増幅の機能を保証するように構成されたSOAの使用が記載されている。
【0005】
最新技術のSOA-LiDARの欠点は、風速の符号を決定することができないことである。したがって、風速の符号を決定するためには、風速の符号を決定できるように音響光変調器(AOM)または位相直交光復調器を組み込むことが必要である。実際には、AOMは、局部発振器、すなわちマスタレーザからの信号に対して、増幅された信号にわたって所与の周波数シフトを導入する。この周波数シフトは、制御され、正確かつ一定でなければならない。この周波数シフトにより、ヘテロダイン検出時の風速の符号を決定することができる。
【0006】
最新技術のSOA-LiDARの別の欠点は、SOAの伝達関数の非線形性によるものであり、その結果、SOAによって増幅および変調された信号は正方形および対称ではない。これは、増幅および変調された信号のスペクトル拡散および信号対雑音比の低下を引き起こす。
【0007】
最新技術のSOA-LiDARの別の欠点は、SOAによって変調および増幅された信号の周波数のドリフト、および測定されたドップラーピークの広がり、ならびに二次ピークの出現をもたらすことである。周波数ドリフトにより、測定される風速の値にずれが生じる可能性がある。測定されたドップラーピークならびに二次ピークの広がりは、測定の精度および再現性を低下させる。
本発明の目的は、特に、
AOMのないLiDARを用いて風速の符号を決定すること、および/または
信号対雑音比、したがってLiDARの利用可能性を改善すること、および/または
LiDARによって実行される大気特性の測定値の信頼性を向上させること、および/または
大気特性をより正確に測定すること、である。
【発明の説明】
【0008】
この目的のために、
マスタ・レーザ・ビームを放射可能なマスタレーザと、
そのピーク値が前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの経過にわたって変化する少なくとも1つのパルスを含むポンプ信号を生成するように、および/またはSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を一定に保つように、またはそれを変化させるように構成されたパルス発生器と、
ポンプ信号の関数としてマスタ・レーザ・ビームを増幅および変調するように構成された半導体光増幅器(SOA)であって、増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームが測定レーザビームを形成する、半導体光増幅器と、を含むパルス化されたLiDARが提案される。
【0009】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、少なくとも1つのパルスの全部または一部にわたって変化し得る。SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相は、一定であり得るか、またはSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの全部または一部にわたって変化し得る。
【0010】
本出願では、それ自体で使用される「信号」という用語は、ポンプ信号ならびに/またはパルス信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号の位相を示すことができる。
【0011】
本出願において、SOAによって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームまたは測定レーザビームは、SOAによって増幅および変調された信号と言うことができる。
SOAによって増幅および変調された信号は、パルス化された信号であることが好ましい。
本出願を読むと、当業者は、パルスがピーク値ならびに立ち上がりおよび/または立ち下がりを含み得ると直接推定するであろう。
【0012】
パルス発生器は、
パルス信号を生成するように構成された発電機と、
パルス信号を変調することによって、好ましくは発電機によって生成されるパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/または立ち下がりをそれぞれ変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルス、好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/または立ち下がりをそれぞれ変化させるように構成された制御ユニットと、を含むことができる。
【0013】
好ましくは、ポンプ信号、さらに好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスは、制御ユニットによって変調されたパルス信号、好ましくは制御ユニットによって変調されたパルス信号の少なくとも1つのパルスにそれぞれ対応する。
【0014】
制御ユニットは、発電機によって生成されたパルス信号を変調することによって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させるように構成することができる。
【0015】
制御ユニットは、好ましくは、発電機によって生成されたパルス信号のパルスの1つまたは複数または各々のピーク値を変化させるように構成される。
制御ユニットは、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調するように構成することができる。
【0016】
制御ユニットは、好ましくは、パルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調するように構成される。
制御ユニットは、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調し、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調しないように、好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調し、パルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調しないように構成することができる。
【0017】
本出願では、単独で使用される「ピーク値」および/または「立ち上がり」および/または「立ち下がり」という用語は、ポンプ信号ならびに/またはパルス信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号の位相のピーク値および/または立ち上がりおよび/または立ち下がりを示すことができる。
【0018】
パルス発生器は、好ましくは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/または立ち下がりを変調することによって、さらに好ましくは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動を変調することによって、SOAによって増幅および変調された信号の位相および/または周波数を変化させるように構成される。
【0019】
制御ユニットは、好ましくは、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスの立ち上がりおよび/または立ち下がりを変調することによって、さらに好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調することによって、SOAによって増幅および変調された信号の位相および/または周波数を変化させるように構成される。
【0020】
制御ユニットは、好ましくはパルス信号を変調することによって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させるように構成することができる。
【0021】
制御ユニットは、
SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を一定に保つ、または
SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、好ましくは少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加するように、および/または好ましくはSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少するように、変化させるように構成することができる。
【0022】
制御ユニットは、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値が、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値に等しくなるように、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させるように構成することができる。
【0023】
制御ユニットは、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、SOAによって増幅および変調された信号のパルスの期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号のパルスの期間にわたる位相の平均値が、SOAによって増幅および変調された信号のパルスの別の期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているパルスの期間にわたる位相の平均値よりも小さくまたは大きくなるように変化させるように構成することができる。
【0024】
制御ユニットは、位相の値がSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの経過にわたって少なくとも1回2πを法として変化するように、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させるように構成することができる。
【0025】
制御ユニットは、好ましくは、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの経過にわたって、位相の値が数回、好ましくは周期的に2πを法として変化するように、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させるように構成することができる。制御ユニットは、パターンまたは三角形の形状に従って、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させるように構成することができる。
【0026】
本発明の第1の好ましい態様によれば、ポンプ信号ならびに/またはパルス信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号の位相の1つまたは複数の、好ましくはそれぞれのパルスは、信号の立ち上がり、ピーク信号および信号の立ち下がりを含むことができ、好ましくはそれらによって構成される。信号の立ち上がりは、好ましくは、信号の極小値であり得る、最小レベルからピーク信号まで行われる。信号の最小レベルは、好ましくは、信号の0値に対応する。信号の立ち下がりは、好ましくは、ピーク信号から、立ち上がりがもたらされるものである信号の最小レベルまで、または立ち上がりがもたらされる最小レベルとは異なる信号の極小値まで行われる。
【0027】
第1の態様によれば、パルスのピーク信号は、パルスの立ち上がりの終了とパルスの立ち下がりの開始との間に含まれるパルスの信号の部分に対応することができる。非限定的な例として、方形パルス信号の場合、ピーク信号はプラトー、すなわちパルスの立ち上がりの終わりとパルスの立ち下がりの始まりとの間に含まれる信号の一定の最大値に対応する。
【0028】
第1の態様によれば、パルスのピーク信号とは、パルスの立ち上がりの終了時の信号の値とパルスの立ち下がりの開始時の信号の値との間に含まれる信号の値の全体を意味することができる。
【0029】
本発明の第1の態様と互換性のない本発明の第2の態様によれば、ポンプ信号ならびに/またはパルス信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号の位相の1つまたは複数の、好ましくはそれぞれのパルスは、立ち上がりまたは立ち下がりおよびピーク信号を含むことができる。言い換えれば、本発明によれば、考慮中のパルスは、第1の態様によるパルスまたは第2の態様によるパルスのいずれかに対応する。
【0030】
本発明の第2の態様によれば、パルスは、
ピーク信号、または
立ち上がりとそれに続くピーク信号、または
ピーク信号とそれに続く立ち下がりを含むことができ、好ましくはそれのみを含み、さらに好ましくはそれによって構成され、より好ましくはそれのみによって構成される。
【0031】
本発明の第2の態様によれば、パルスは、立ち上がりとそれに続くピーク信号を含むことができ、好ましくはそれのみを含み、さらに好ましくはそれによって構成され、より好ましくはそれのみによって構成される。信号の立ち上がりは、好ましくは、信号の極小値とすることができる最小レベルから、信号の極大値とすることができる最大レベルまで行われる。信号の最小レベルは、好ましくは、信号の0値に対応する。パルスのピーク信号は、好ましくは、信号の最大レベルと、立ち上がりがもたらされる信号の最小レベルとの間に含まれるパルスの信号の部分、または立ち上がりがもたらされる最小レベルとは異なる信号の極小値に対応することができる。
【0032】
本発明の第2の態様によれば、パルスは、ピーク信号とそれに続く立ち下がりを含むことができ、好ましくはそれのみを含み、さらに好ましくはそれによって構成され、より好ましくはそれのみによって構成される。パルスのピーク信号は、好ましくは、極小値であり得る、信号の最小レベルから、極大値であり得る、信号の最大レベルまでの間に含まれるパルスの信号の一部に対応することができる。信号の最小レベルは、好ましくは、信号の0値に対応する。信号の立ち下がりは、好ましくは、信号の最大レベルから、ピーク信号がそこから延びる信号である信号の最小レベルまで、またはピーク信号がそこから延びる最小レベルとは異なる信号の極小値まで行われる。
【0033】
本発明の第2の態様によれば、パルスは、ピーク信号を含むことができ、好ましくはそれのみを含み、さらに好ましくはそれによって構成され、より好ましくはそれのみによって構成される。この場合、ピーク信号はパルスの信号に対応することが好ましい。この場合、ピーク信号、好ましくはパルスの信号は、
信号の極小値とすることができ、好ましくは、ピーク信号がそこから延びるレベルである信号の最小レベルから、信号の極大値とすることができる信号の最大レベルまでの間に含まれるパルスの信号の一部を含むことができ、かつ/または、好ましくは、それに続いてもしくはそれに先行して、さらに好ましくはそれに続いて、
信号の極大値とすることができる信号の最大レベルから、好ましくはピーク信号がそこから延びる信号である信号の極小値とすることができるポンプ信号の最小レベルまでの間に、またはピーク信号がそこから延びる最小レベルとは異なるポンプ信号の極小値までの間に含まれるパルスの信号の一部を含むことができる。
【0034】
本発明によれば、ポンプ信号ならびに/またはパルス信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号ならびに/またはSOAによって増幅および変調された信号の位相は、
本発明の第1の態様による少なくとも1つのパルス、および/または
本発明の第2の態様による少なくとも1つのパルスを含む。
【0035】
本開示の残りの部分は、同様に、第1の態様およびその代替形態、すなわち本発明の第2の態様に関する。
【0036】
本発明によれば、信号および/またはピーク値および/または立ち上がりおよび/または立ち下がりは、数学関数および/または周期関数によって定義され得るか、または数学関数および/または周期関数に従って変化し得るか、または数学関数および/または周期関数に従って変調され得る。
「信号」とは、問題の信号の値全体を意味し得る。
【0037】
本出願の枠組み内で使用される「ピーク信号」という用語は、ピークパワーに関連することができるが、関連するだけではない。特に、本出願の枠組み内で使用される「ピーク信号」という用語は、測定信号のピークパワーに関連することができるが、関連するだけではない。
パルスのピーク信号は、考慮中のパルスのピーク値の全体に対応することができる。
本発明によれば、信号は、互いに同一または異なる連続パルスを含むことができる。
信号の1つまたは複数、好ましくはそれぞれのパルスは、好ましくは周期的である。
パルス発生器は、任意の信号発生器であることが好ましい。
【0038】
制御ユニットは、パルス信号の各パルスを変調することによってポンプ信号の各パルスのピーク値を変化させるように構成されることが好ましい。制御ユニットは、パルス信号の各パルスのピーク値を変調することによってポンプ信号の各パルスのピーク値を変化させるように構成されることが好ましい。
【0039】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動とは、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク信号の少なくとも一部、好ましくは全体の変動、または
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク信号が、一定ではない少なくとも一部を含み、好ましくは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク信号の全体が一定ではない、特徴を意味し得る。
【0040】
パルスに関連する特徴の非限定的な例として、本出願に記載されるポンプ信号に関する特徴のすべてまたは一部は、SOAによって増幅および変調された信号のパルスの位相に置き換えることができる。SOAによって増幅および変調された信号のパルスの位相は、好ましくは、本発明によるポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク信号の位相と同じ特徴を有することができる。
【0041】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって単調に変化することができる。
【0042】
制御ユニットは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくは発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたってポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を単調に変化させるように構成することができる。
【0043】
制御ユニットは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の全部または一部を直線的に変化させるように構成することができる。
【0044】
制御ユニットは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの一連のピーク値、例えば一連のピーク値セグメントを直線的に変化させるように構成することができる。
【0045】
制御ユニットは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数を生成するように構成することができる。
パルスの期間とは、パルスの持続時間内に含まれる期間を意味し得る。
【0046】
制御ユニットは、好ましくは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク信号の全部または一部を単調に変化させるように構成することができる。
【0047】
制御ユニットは、好ましくは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを、ポンプ信号の所与のパルスの別の期間のピーク信号とは無関係に変調することによって、ポンプ信号の所与のパルスの期間のピーク信号を変化させるように構成することができる。
【0048】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの全持続時間にわたって単調に変化することができる。
制御ユニットは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの全持続時間にわたってポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を単調に変化させるように構成することができる。
パルスの全持続時間とは、パルスの全体またはパルスの持続時間全体を意味し得る。
【0049】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加するように変化することができ、および/またはポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少するように変化することができる。
【0050】
制御ユニットは、発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくは発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調することによって、および/または発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくは発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加するように、および/またはポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少するように、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変化させるように構成することができる。
【0051】
制御ユニットは、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の少なくとも1つの増加および少なくとも1つの減少、またはその逆を生成するように構成することができる。
【0052】
少なくとも1つの増加のうちの最初の増加の前のポンプ信号のピーク値は、パルスの立ち上がりの終わりにおけるポンプ信号の値に等しいことが好ましい。少なくとも1つの増加の最後の増加後のポンプ信号のピーク値は、パルスの立ち下がり開始時のポンプ信号の値に等しいことが好ましい。
【0053】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、好ましくは、交互にまたは連続的に増加してから減少して、またはその逆に変化する。言い換えれば、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ピーク値が増加している期間とピーク値が減少している期間との間、またはその逆の交互または連続を形成するように変化することができる。
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、好ましくは、三角関数に従って変化する。
【0054】
信号の立ち上がり速度および/または立ち下がり速度と、
信号のピーク値の増加率、すなわち信号のピーク値が増加または増加する速度、および/または信号のピーク値の減少率、すなわち信号のピーク値が減少または減少する速度と、
の比は、
2以上、好ましくは5、より好ましくは10、さらにより好ましくは100、最も好ましくは1000であり得る。
信号のピーク値の増加率は、信号のピーク値の減少率とは異なり得る。
【0055】
信号のピーク値の少なくとも1つの減少の速度と信号のピーク値の少なくとも1つの増加の速度との比は、好ましくは1以上、好ましくは2、さらに好ましくは5、より好ましくは10、さらにより好ましくは100、最も好ましくは1000である。
信号のピーク値の少なくとも1つの減少の速度は、好ましくは信号の立ち下がり速度に等しくすることができる。
【0056】
立ち上がり速度、立ち下がり速度、増加の速度および減少の速度は、1秒当たりの信号の変動として定義することができる。非限定的な例として、ポンプ信号は、電圧、強度、または光束であり得る。したがって、ポンプ信号のピーク値は、ボルト(V)、アンペア(A)、またはワット(W)、またはワット/秒(W/s)、または任意の単位で表すことができる。非限定的な例として、立ち上がり速度、立ち下がり速度、増加の速度または減少の速度は、ボルト/秒またはアンペア/秒またはワット/秒で定義することができる。
【0057】
非限定的な例として、立ち上がり速度(または立ち上がり)および/または立ち下がり速度(または立ち下がり)は、絶対値で、好ましくは厳密に1.10アンペア/秒(A/s)以上、より好ましくは1.10A/s以上であり得る。
【0058】
非限定的な例として、増加の速度(または増加)および/または減少の速度(または減少)は、絶対値で2.10A/s以下、好ましくは厳密に以下、好ましくは1.10A/s、より好ましくは1.10A/sであり得る。非限定的な例として、増加の速度(または増加)および/または減少の速度(または減少)は、絶対値で1.10A/sより大きく、および/または絶対値で1.10アンペア/秒(A/s)より大きくすることができる。
【0059】
信号のピーク値の変動は、少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる立ち上がり速度および/または少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる立ち下がり速度および/または少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる立ち上がり速度および/または少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる立ち下がり速度で達成することができる。
【0060】
立ち上がり速度および/または立ち下がり速度におけるポンプ信号のピーク値の変動は、好ましくは、SOAによって増幅および変調された信号の位相Pの非ゼロ変動をもたらす。
増加および/または減少の速度におけるポンプ信号のピーク値の変動は、好ましくは、SOAによって増幅および変調された信号の位相Pのゼロ変動、すなわち一定の位相をもたらす。
【0061】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値を含むことができ、これは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加または減少しているポンプ信号のパルスの期間にわたる平均ピーク値に等しい。
【0062】
制御ユニットは、好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、さらに好ましくは発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値が、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加またはそれぞれ減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値に等しくなるように変化させるように構成することができる。
【0063】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加している少なくとも1つのパルスの間隔は、好ましくは、1つの同じ平均ピーク値を有する。
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が減少している少なくとも1つのパルスの間隔は、好ましくは、1つの同じ平均ピーク値を有する。
【0064】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加している少なくとも1つのパルスの間隔と、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が減少しているパルスの間隔とは、同一の平均ピーク値を有することが好ましい。言い換えれば、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少している少なくとも1つのパルスの間隔の各々は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少している少なくとも1つのパルスの他の間隔のピーク値の各々と同一の平均ピーク値を有することができる。
【0065】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少している少なくとも1つのパルスを考慮した期間にわたる平均ピーク値は、好ましくは、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少しており、かつ、考慮中の期間に経時的に続く、少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値と同一であり、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に先行する、少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値と同一である。
【0066】
本発明によれば、非限定的な例として、パルスの位相もしくはパルスの強度、またはパルスのピーク値もしくはパルスの位相の値もしくはパルスの位相のピーク値の量の期間にわたる平均値は、当該の量によって期間にわたって得られる値の全体の算術平均に等しいと定義することができる。
【0067】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値を含むことができ、これは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値よりも小さいかまたは大きい。
【0068】
制御ユニットは、好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、さらに好ましくは発電機によって生成されたパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変化させるように構成することができ、その結果、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、平均ピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、平均ピーク値よりも小さいかまたは大きい。
【0069】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加している少なくとも1つのパルスの間隔は、好ましくは、それぞれ異なる平均ピーク値、すなわちより大きいまたはより小さい平均ピーク値を有する。
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が減少している少なくとも1つのパルスの間隔は、それぞれ異なる平均ピーク値を有することが好ましい。
【0070】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加している少なくとも1つのパルスの間隔は、好ましくは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が減少している少なくとも1つのパルスの間隔の平均ピーク値とは異なる平均ピーク値を有する。
【0071】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加しているか、またはそれぞれ減少している少なくとも1つのパルスを考慮した期間にわたる平均ピーク値は、好ましくは、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加しているか、またはそれぞれ減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に続く、少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値よりも大きく、または好ましくは小さく、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加しているか、またはそれぞれ減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に先行する、少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値よりも小さく、または好ましくは大きい。
【0072】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加または減少している少なくとも1つのパルスを考慮した期間にわたる平均ピーク値は、好ましくは、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に続く、少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値よりも大きく、または好ましくは小さく、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に先行する、少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値よりも小さく、または好ましくは大きい。
【0073】
制御ユニットは、パルス信号を制御および/または変調するように構成された少なくとも1つのスイッチを含むことができる。
少なくとも1つのスイッチはトランジスタとすることができる。トランジスタは、MOSと示される金属酸化物半導体電界効果トランジスタとすることができる。トランジスタは、n型、すなわちnMOSトランジスタ、またはp型、すなわちpMOSトランジスタであり得る。
少なくとも1つのスイッチは、発電機によって放出されるパルス信号を変調および/またはスイッチングすることによってポンプ信号を変化させるように構成することができる。
【0074】
LiDARは、SOAによって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームを増幅するように構成された光ファイバ増幅器を含むことができる。
【0075】
LiDAR、またはLiDARもしくはSOAの制御ユニットは、SOAによって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームのピーク値を、好ましくは線形増減方式で変化させるように構成することができる。
【0076】
LiDAR、またはLiDARもしくはSOAの制御ユニットは、好ましくは、光ファイバ増幅器によって増幅されたレーザビームの信号、または平均信号、またはパワーもしくは平均パワー、すなわち、その後光ファイバ増幅器によって増幅されたSOAによって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームが少なくとも1つのパルスにわたって一定であるように、SOAによって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームのピーク値を、好ましくは線形増加または減少方式で変化させるように構成することができる。
【0077】
本発明によれば、パルス化されたLiDARのマスタ・レーザ・ビームを増幅する方法も提案され、この方法は、
前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの経過にわたってそのピーク値が変化する少なくとも1つのパルスを含むポンプ信号を、好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスの経過にわたって変化するパルス発生器によって、好ましくは前記ポンプ信号の前記少なくとも1つのパルスの経過にわたってそのピーク値、立ち上がりおよび/または立ち下がりが変化する少なくとも1つのパルスを含むポンプ信号を、好ましくはSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を一定に保つかまたはそれを変化させることによって、生成するステップと、
【0078】
生成されたポンプ信号の関数として、パルス化されたLiDARの半導体光増幅器(SOA)によってマスタ・レーザ・ビームを増幅および変調するステップであって、増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームが測定レーザビームを形成する、ステップと、を含む。
【0079】
この方法は、好ましくは制御ユニットによって、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくは発電機によって生成することができるパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/または立ち下がりを変調することによって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変化させるステップからなるステップを含むことができる。
【0080】
この方法は、好ましくは、好ましくはパルス発生器によって、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/または立ち下がりを変調することによって、さらに好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動を変調することによって、SOAによって増幅および変調された信号の位相および/または周波数を変化させるステップからなるステップを含むことができる。
【0081】
この方法は、好ましくは、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスの立ち上がりおよび/または立ち下がりを変調することによって、さらに好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値を変調することによって、好ましくは制御ユニットによって、SOAによって増幅および変調された信号の位相および/または周波数を変化させるステップからなるステップを含むことができる。
【0082】
この方法は、好ましくは制御ユニットによって、好ましくはパルス信号を変調することによって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させることからなるステップを含むことができる。
【0083】
この方法は、
好ましくは制御ユニットによって、好ましくはパルス信号を変調することによって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を一定に保つステップ、または
好ましくはパルス信号を変調することによって、好ましくは制御ユニットによって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、増加する方法で、好ましくは少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって、および/または減少する方法で、好ましくはSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって変化させるステップを含むことができる。
【0084】
この方法は、位相が増加または減少している少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相の変化勾配に比例して、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの周波数をシフトするステップからなるステップを含むことができる。
【0085】
この方法は、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値が、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値に等しくなるように、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を変化させるステップからなるステップを含むことができる。
【0086】
この方法は、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、SOAによって増幅および変調された信号のパルスの期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号のパルスの期間にわたる位相の平均値が、SOAによって増幅および変調された信号のパルスの別の期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているパルスの期間にわたる位相の平均値よりも小さくまたは大きくなるように変化させるステップからなるステップを含むことができる。
【0087】
この方法は、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、考慮中の少なくとも1つのパルスについて、SOAによって増幅および変調された信号を考慮して少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって位相の値が2πモジュロだけ変化するように、すなわち、SOAによって増幅および変調された信号を考慮して少なくとも1回少なくとも1つのパルスの経過にわたって位相の値が2πモジュロだけ変化するように変化させるステップからなるステップを含むことができる。
【0088】
この方法は、好ましくは、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、考慮中の少なくとも1つのパルスについて、SOAによって増幅および変調された信号を考慮して少なくとも1つのパルスのいくつかの期間にわたって位相の値が2πモジュロだけ変化するように、すなわち、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの経過にわたって位相の値が2πモジュロだけ数回変化するように変化させるステップからなるステップを含むことができる。
【0089】
この方法は、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、位相が増加しているか、またはそれぞれ減少している少なくとも1つのパルスを考慮した期間にわたる位相Pの平均値が、
考慮中の期間に経時的に続く少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値と同一であり、
考慮中の期間に経時的に先行する少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値と同一であるように、変化させるステップを含むことができる。
【0090】
この方法は、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの位相を、位相が増加しているか、またはそれぞれ減少している少なくとも1つのパルスを考慮した期間にわたる位相Pの平均値が、
位相が増加しているか、またはそれぞれ減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に続く、少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相Pの平均値よりも小さいか、または大きく、
位相が増加しているか、またはそれぞれ減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に先行する、少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相Pの平均値よりも大きいか、または小さくなるように、変化させるステップを含むことができる。
【0091】
ポンプ信号のピーク値は、好ましくはパルス信号を変調することによって、好ましくは制御ユニットによって、SOAによって増幅および変調された信号のパルスの経過にわたって、SOAによって増幅および変調された信号の位相が、
一定であるか、もしくは一定に保たれる、または
パルスの少なくとも1つの期間にわたって増加しており、パルスの少なくとも1つの期間にわたって減少しているように、変化することができる。
【0092】
ポンプ信号のピーク値は、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの経過にわたって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値が、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値に等しくなるように変化することができる。
【0093】
ポンプ信号のピーク値は、SOAによって増幅および変調された信号のパルスの経過にわたって、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値が、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくは位相が増加またはそれぞれ減少しているSOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる位相の平均値よりも小さいまたは大きいように変化することができる。
【0094】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって単調に変化することができ、かつ/または
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加している、および/またはポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少していることができる。
【0095】
ピーク値が単調に変化するポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間および/またはピーク値が増加しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間および/またはピーク値が減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの総持続時間の全部または一部であり得る。
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動は、三角形信号を含むか、三角形信号であるか、三角形信号からなることができる。
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの全持続時間にわたって単調に変化することができる。
【0096】
SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの周波数は、ピーク値が増加しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたるポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の勾配の関数として、および/またはピーク値が減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたるポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の勾配の関数としてシフト、調整、または変調することができる。
【0097】
SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの周波数は、好ましくは、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/または立ち下がりを変化させることによって、および/または
好ましくは制御ユニットによって、発電機によって生成され得る、パルス信号の少なくとも1つのパルス、さらに好ましくはピーク値、パルス信号の少なくとも1つのパルスの立ち上がりおよび/または立ち下がりを変調することによって、シフトされる。
【0098】
「ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の勾配」は、関数が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の先行係数とすることができる。
ポンプ信号のピーク値の勾配は、ピーク値が増加または減少しているパルスの各期間にわたって同一であることが好ましい。
【0099】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、好ましくは、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの周波数がポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数としてシフト、調整、または変調されるように、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加し、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少する。
【0100】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの周波数が、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動速度の関数として、好ましくはそれに比例してシフト、調整または変調されるように、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加し、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少することが好ましい。
【0101】
好ましくは、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値が、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加しており、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少しており、
ピーク信号が増加しているか、またはそれぞれ減少している少なくとも1つの期間にわたるピーク信号の変動が、絶対値で1.10アンペア/秒(A/s)より大きく、より好ましくは1.10A/sより大きく、または1.1010A/sより大きく、
ピーク信号が減少しているか、またはそれぞれ増加している少なくとも1つの期間にわたるピーク信号の変動が、絶対値で1.10アンペア/秒(A/s)よりも小さく、より好ましくは1.10A/s以下であり、好ましくは、絶対値で1.10アンペア/秒(A/s)より大きく、好ましくは1.10アンペア/秒(A/s)より大きく、および/または好ましくは1.10A/s以下、より好ましくは1.10A/s以下、さらにより好ましくは1.10A/s未満である、ピーク値の変動速度と呼ばれる速度で、ピーク信号が減少またはそれぞれ増加している少なくとも1つの期間にわたるピーク信号の変動であり、
そのようにして、SOAによって増幅および変調された信号の少なくとも1つのパルスの周波数が、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動速度の関数としてシフト、調整、もしくは変調され、または、好ましくは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動速度に比例してシフト、調整、もしくは変調されるか、または、シフト、調整、もしくは変調される傾向がある。
【0102】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値を含むことができ、これは、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの他の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値に等しい。
【0103】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、好ましくは、好ましくは制御ユニットによって、パルス信号の少なくとも1つのパルスを変調することによって、さらに好ましくは、ピーク値を変調することによって、発電機によって生成され得る、パルス信号の少なくとも1つのパルスの立ち上がりおよび/または立ち下がりを変化させることができ、それにより、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値が、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの他の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値に等しくなる。
【0104】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値を含むことができ、平均ピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの他の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値よりも小さいかまたは大きい。
【0105】
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値は、好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルス、さらに好ましくはピーク値、パルス信号の少なくとも1つのパルスの立ち上がりおよび/または立ち下がりを、発電機によって生成することができるように、好ましくは制御ユニットによって変調することによって変化することができ、それにより、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値は、ポンプ信号の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの他の期間にわたる、好ましくはピーク値が増加している少なくとも1つの期間にわたる、またはピーク値が減少している少なくとも1つの期間にわたる平均ピーク値よりも小さいまたは大きい。
【0106】
この方法は、SOAによって増幅および変調された信号の位相に関するデータの測定を含むことができる。
SOAによって増幅および変調された信号の位相のデータの測定は、位相直交検出器、コヒーレント検出器または位相直交光復調器によって実行することができる。
【0107】
本方法は、
SOAによって増幅および変調された信号の位相に関連し、
マスタ・レーザ・ビームが増幅および変調される関数としてのポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値のデータに基づいて、パルス信号の少なくとも1つのパルスの変調および/またはポンプ信号の少なくとも1つのパルスの変動を決定するステップを含むことができる。
【0108】
この方法は、ピーク値を較正するステップ、すなわちパルス信号の少なくとも1つのパルスの変調および/またはポンプ信号の少なくとも1つのパルスの変動を決定するステップなしで、すなわち場合によっては含まずに実施することができる。
【0109】
この方法は、SOAによって増幅および変調された信号の位相に関するデータを測定または決定するステップを含まない可能性がある。これらのデータは、本発明による方法の前におよび/または本発明による方法とは独立して収集することができる。SOAによって増幅および変調された信号の位相に関するデータは、本発明による方法の実施中に、例えば制御ユニットに記憶、受信または送信されるデータであり得る。例えば、SOAによって増幅および変調された信号の位相に関するデータは、コンピュータ媒体の記憶装置に記憶されたデータとすることができる。
【0110】
SOAによって増幅および変調された信号の位相に関するデータは、好ましくは本発明による方法の実施中に決定および/または測定することができる。
言い換えれば、較正するステップは、方法とは無関係に実施することができ、方法は、パルス信号の変調またはポンプ信号の変動を決定するステップなしで実施することができる。
【0111】
「パルス信号の少なくとも1つのパルスの変調および/またはポンプ信号の少なくとも1つのパルスの変動を決定する」とは、パルス信号に印加される変調の決定および/またはポンプ信号に印加される変動の決定を意味し得る。
【0112】
印加されるパルス信号の変調および/またはポンプ信号の変動の決定は、変調および/または変動を較正することを含むか、またはそれであるか、またはそれからなることができる。
【0113】
パルス信号の変調および/またはポンプ信号の変動の決定は、印加されるパルス信号の変調および/または印加されるポンプ信号の変動を調整、適合または調整することからなるステップを含むことができる。
【0114】
第1の変形例によれば、パルス信号の変調および/またはポンプ信号の変動の決定は、
パルス信号、好ましくはパルス信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/もしくは立ち下がりを変調するステップ、ならびに/またはポンプ信号の変動、好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値、立ち上がりおよび/もしくは立ち下がりの変動を変調するステップ、ならびに/あるいは
ポンプ信号の関数として、SOAによってマスタ・レーザ・ビームを増幅および変調するステップと、
印加されるパルス信号の変調および/または印加されるポンプ信号の変動の変調を調整、適合または調節するステップと、を含むことができる。
【0115】
第2の変形例によれば、ピーク値の変調の決定は、
ピーク値が好ましくは一定である基準パルス信号、さらに好ましくは方形パルス信号、さらに好ましくはピーク値、基準パルス信号の少なくとも1つのパルスの立ち上がりおよび/もしくは立ち下がりを変調すること、ならびに/またはポンプ信号の変動、好ましくはポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の変動、立ち上がりおよび/もしくは立ち下がりを変調するステップと、
印加されるパルス信号の少なくとも1つのパルスの変調および/または印加されるポンプ信号の少なくとも1つのパルスの変動を決定するステップと、を含むことができる。
【0116】
この方法は、光ファイバ増幅器によって、SOAによって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームを増幅することからなるステップを含むことができる。
【0117】
この方法は、好ましくはLiDARまたはSOAの制御ユニットによって、光ファイバ増幅器によって動作される増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームの増幅の関数として、またはそれに関連して、SOAによって動作されるマスタ・レーザ・ビームの増幅を補償または変調または適合または修正するステップからなるステップを含むことができる。
【0118】
本発明による装置は、本発明による方法を実施するのに適しており、好ましくは配置され、さらに好ましくは特別に設計される。
【0119】
本発明による方法は、好ましくは、本発明による装置によって実施されるように特別に設計され得る。
【図面の簡単な説明】
【0120】
本発明の他の利点および特徴は、決して限定的ではない実施態様および実施形態の詳細な説明を読むと、以下の添付図面から明らかになるであろう。
図1】SOAによって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビームの位相および振幅の展開を決定するために使用されるマッハツェンダ型の実験セットアップの概略図である。
図2】方形ポンプ信号に基づいて得られたSOAによって増幅および変調された信号の強度および位相の、1000パルスにわたって平均化された展開を示す図である。
図3図3aおよび図3bは、方形ポンプ信号に基づいて得られた増幅および変調された信号2の強度、位相Pおよび周波数fの1000パルスの平均にわたる展開を示す図であり、図3cおよび図3dは、方形ポンプ信号に基づいてコヒーレント検出によって得られたパワースペクトル密度(対数および線形スケール)を、パルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルの関数として示す図である。
図4図4aおよび図4bは、1000パルスの平均にわたって、パルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいて得られた増幅および変調された信号2の強度、位相Pおよび周波数の展開を示す図であり、図4cおよび図4dは、パルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいてコヒーレント検出によって得られたパワースペクトル密度を、パルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルの関数として示す図である。
図5図5aおよび図5bは、1000パルスの平均にわたって、パルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいて得られた増幅および変調された信号2の強度、位相Pおよび周波数の展開を示す図であり、図5cおよび図5dは、パルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいてコヒーレント検出によって得られたパワースペクトル密度を、パルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルの関数として示す図である。
図6】コヒーレント検出のためのパルス化されたLiDARの概略図である。
図7図7aは、SOA3に注入される方形ポンプ信号の強度の展開を表す図であり、図7bは、図7aの方形ポンプ信号に基づいて得られたSOA3によって増幅および変調された信号2のパワーのパルスの経過にわたる展開を表す図であり、図7cは、図7aの方形ポンプ信号に基づいて得られたSOA3によって増幅および変調された信号2の周波数のパルスの経過にわたる展開を表す図であり、図7dは、方形ポンプ信号に基づいてコヒーレント検出によって得られたパワースペクトル密度を、パルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルの関数として示す図である。
図8】ポンプ信号を制御するように構成された1つまたは複数のスイッチを含む制御ユニットの実施形態の概略図である。
図9図9aは、SOA3に注入されるポンプ信号の強度の展開を表す図であり、図9bは、図9aに示すようにパルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいて得られたSOA3によって増幅および変調された信号2のパワーのパルスの経過にわたる展開を表す図であり、図9cは、図9aに示すようにパルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいて得られたSOA3によって増幅および変調された信号2の周波数のパルスの経過にわたる展開を表す図であり、図9dは、図9aに示すようにパルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいてコヒーレント検出によって得られたパワースペクトル密度を、パルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルの関数として示す図である。
図10図10aは、SOA3に注入されるポンプ信号の強度の展開を表す図であり、図10bは、図10aに示すようにパルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいて得られたSOA3によって増幅および変調された信号2のパワーのパルスの経過にわたる展開を表す図であり、図10cは、図10aに示すようにパルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいて得られたSOA3によって増幅および変調された信号2の周波数のパルスの経過にわたる展開を表す図であり、図10dは、図10aに示すようにパルスのピーク値が変調されたポンプ信号に基づいてコヒーレント検出によって得られたパワースペクトル密度を、パルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルの関数として示す図である。
【実施形態の説明】
【0121】
以下に記載される実施形態は決して限定的ではないので、(この選択がこれらの他の特性を含むフレーズ内で分離されている場合でも)、特性のこの選択が技術的利点を与えるか、先行技術に関して本発明を区別するのに十分である場合には、本発明の変形例は、特に、記載された他の特性から分離して、記載された特性の選択のみを含むと考えることができる。この選択は、構造的詳細なしで、または構造的詳細の一部のみが、技術的利点を付与するか、または先行技術の状態に関して本発明を区別するのに十分な場合には、この構造的詳細の一部のみを含む、少なくとも1つの、好ましくは機能的な特徴を含む。
【0122】
図1は、SOA3によって増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビーム2の特性をポンプ信号4の関数として特徴付けるために使用される実験セットアップ1を示す。セットアップ1は、基準周波数frefと呼ばれる194THzの周波数に対応する1545nmの波長を有するマスタ・レーザ・ビームを連続的に放射する、「Ixblue」社によって販売されているレーザダイオード5「Emcore DFB-CW-FC-PM」を含む。
【0123】
使用したSOA3は、「Thorlabs」社から販売されている半導体光増幅器「BOA1004P」である。ダイオード5によって放射されたマスタ・レーザ・ビーム6は、「AFR」社によって販売されている「50/50」スプリッタ71またはカプラによって2つのビーム61、62に分割される。ビーム61は、局部発振器61として使用され、「Kylia」社によって販売されている位相直交復調器8「Kylia COH24」に注入される。ビーム62は、SOA3を飽和させないために、「AFR」社によって販売されている減衰器9、91または光ファイバ減衰器によって減衰される。
【0124】
パルス発生器10は、発電機110「BFS-VRM-03」、商標Picolas、2.5アンペア(A)、5ボルト(V)を含み、これは、図7aに示すような方形パルス信号の形態で電流を発生させる。SOA3は、変調および増幅の機能を互いに結合する。本実施形態のポンプ信号4は、パルス発生器10によって生成される。パルス発生器10によって発生されるポンプ信号4のパルスは、パルスの経過にわたって変化するピーク値を有する。本発明による制御ユニット15は、発電機110によって放出される方形パルス信号(図7aに示す)を変調することによってポンプ信号を変化させる。マスタ・レーザ・ビーム6は、SOA3によって、SOA3に注入されるポンプ信号4の関数として増幅および変調される。増幅されて変調されたビーム2は、検出器11を飽和させないように減衰器9、92によって減衰される。増幅され、変調され、減衰されたビーム21は、追加のカプラ72によって2つに分割される。増幅され、変調され、減衰されたビーム21の一部は、位相直交光復調器8に注入される。
【0125】
で示される増幅され、変調され、減衰されたビーム21の他の部分の強度は、「Thorlabs」社によって販売されている検出器11「DET01CFC」によって測定される。結果として、Iで示される増幅および変調されたビーム2の強度は、強度I21に比例する。係数kは、以下の関係に従って強度IをIに関連付ける。
=k.I 、式1
【0126】
平衡検出器23、「PDB480C-AC」、商標「Thorlabs」は、復調器8に結合され、局部発振器61の信号との位相および直交に関して増幅、変調、および減衰された信号21の帯域を測定する。したがって、Pで示される位相の展開、およびパルス中の増幅および変調された信号2の強度Iを追跡することが可能である。
【0127】
図1を参照して説明したように、検出器11によって実行される強度測定値および復調器8によって実行される位相測定値Pは、本発明による方法を実施するために必要ではない。本発明による方法は、特に風速の方向を決定するために、そのような測定を必要としないという利点を有する。記載された測定値は、最新技術のLiDARに対する本発明の技術的利益および利点を実証する目的を有する。しかしながら、この方法がそのような手段を含むことは排除されない。
【0128】
図2図4に示す増幅および変調された信号2は、マスタ・レーザ・ビーム6を変調および増幅するためにSOA3に注入された400ナノ秒(ns)の方形ポンプ信号4および0.6Aの強度を使用して得られた。最新技術で使用される「従来の」または「標準的な」方形ポンプ信号4のピーク値14は、パルスの全持続時間にわたって一定である。ポンプ信号4の各パルスは、信号の立ち上がり12、信号のピーク信号14、および信号の立ち下がり13を含む。
【0129】
図2は、1000パルスにわたって平均化された増幅および変調された信号2の任意単位(a.u.)での強度Iおよびラジアン(rad)単位での位相Pの展開を示す。実際、位相Pは最初の数十ナノ秒の信号の強度Iに従うことに留意されたい。そして、位相Pは、増幅および変調された信号2の強度Iからずれる。図2bは、図2aのパルスの最初の80ナノ秒にズームインされている。ラジアン(rad)でのパルスの位相Pをy軸にプロットし、秒(s)での時間をx軸にプロットする。
なお、強度Iが0のときの位相Pの値は方向を持たない。この観察は、説明の全体にわたって有効である。
【0130】
1000パルスにわたって平均化された増幅および変調された信号2の強度Iおよび位相Pの展開が、図3aに示されている。SOA3に注入され、マスタ・レーザ・ビーム6を増幅および変調するポンプ信号4は、方形信号である。位相Pの展開は、図2の展開と同じ傾向に従う。さらに、ここで、増幅および変調された信号2の強度Iは、パルスの前半においてわずかな変動を受けないことに留意されたい。パルスの位相P(ラジアン)をy軸にプロットし、時間(秒)をx軸にプロットする。増幅および変調された信号2の強度Iは任意単位である。
【0131】
1000パルスにわたって平均化された増幅および変調された信号2の強度Iおよび周波数fの瞬間的な展開が、図3bに示されている。増幅および変調された信号2の周波数fは、図3の位相データに基づいて、以下の式に従って計算された。
【0132】
【0133】
パルスの周波数f(メガヘルツ(MHz))をy軸にプロットし、時間(秒)をx軸にプロットしている。増幅および変調された信号2の強度Iは任意単位である。
【0134】
立ち上がり12および立ち下がり13の間の増幅および変調された信号2の周波数fの結果として生じる変動が注目される。また、増幅および変調された信号2の周波数fは、パルス全体で不安定である。
【0135】
ポンプ信号4のピーク値14を線形に変化させることによって得られた増幅および変調されたパルス信号2と局部発振器61とに基づいてコヒーレント検出によって得られたパルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルは、図3cおよび図3dに表されている。パワースペクトル密度は、相対振幅に関して、y軸上では、図3cの対数スケールとして、図3dの線形スケールとして、x軸上では、MHz単位の周波数の関数として示されている。SOAによって誘起されるシフトは、マスタ・レーザ・ビーム6、すなわち局部発振器61の基準周波数frefと増幅および変調された信号2の周波数fとの間のシフトに対応する。図4cおよび図4dを参照すると、パルス中の増幅および変調された信号2の位相の変動から生じる2.2MHzのSOAによって誘導されるシフトが観察される。この位相変動は頻繁であるが、系統的ではない。さらに、これは制御不能であり、増幅および変調された信号2の位相のドリフトに依存する。増幅および変調された信号2のこの位相変動はまた、観察される周波数ピークの広がり、このピークの基部における1つまたは複数のローブの出現、またはより一般的にはこのピークの変形を引き起こす(図3d参照)。
【0136】
上記の異なる問題を克服するために、特にパルス中に増幅および変調された信号2の位相のドリフトによって誘発されるピークの周波数シフトを緩和するために、本発明によって提供される解決策は、パルス中にSOA3によって増幅および変調された信号2の位相Pを一定に、または可能な限り一定に保つことである。これを行うために、例えば、本発明によるパルス発生器10およびパルス化されたLiDAR1を用いてポンプ信号4のパルスのピーク値14を変化させることが可能であり、その特定の実施形態を図8に示し、以下に説明する。
【0137】
特定の実施形態によれば、ピーク値14の変調は、パルスの持続時間全体にわたる単調関数に従ってポンプ信号4のピーク値14を変化させることからなる。図4に示す増幅および変調された信号2は、マスタ・レーザ・ビーム6を変調および増幅するためにSOA3に注入された400ナノ秒(ns)のポンプ信号4および0.6Aの強度を使用して得られ、ピーク値14はパルスの持続時間全体にわたって増加するように直線的に変化する。この場合、ポンプ信号4のピーク値14を定義する関数は、パルスの期間にわたって増加し、単調である。
【0138】
時間の関数としての位相Pの展開が図4aに示されている。復調器8で測定されたSOA3で増幅および変調されたパルス信号2の任意単位の強度Iも示されている。
【0139】
例えばポンプ信号4のピーク値14として増加する線形電流ランプをSOA3に注入することにより、ほぼ一定の増幅および変調されたパルス信号2の位相Pを得ることができることが観察される。図3aに示すような方形ポンプ信号の場合のパルスの持続時間にわたる6ラジアンの変動とは対照的に、位相Pは、パルスの持続時間にわたって0.3ラジアンよりも小さい変動を有する。
【0140】
図4bは、パルスの経過にわたる、式2による図5aの位相データに基づいて計算された、増幅および変調されたパルス信号2の周波数fの展開を表す。パルスの周波数f(メガヘルツ(MHz))をy軸にプロットし、時間(秒)をx軸にプロットしている。
【0141】
ポンプ信号4のピーク値14を線形に変化させることによって得られた増幅および変調されたパルス信号2と局部発振器61とに基づいてコヒーレント検出によって得られたパルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルは、図4cおよび図4dに表されている。パワースペクトル密度は、相対振幅に関して、y軸上では図4cの対数スケールとして、x軸上ではMHz単位の周波数の関数として図4dの線形スケールとして示されている。図4cおよび図4dを参照すると、方形ポンプ信号4と比較して、そのピーク値が線形電流ランプであるポンプ信号を使用することにより、周波数0を中心とするピーク、すなわちSOAによって誘導されるシフトなしで、マスタ・レーザ・ビーム6の周波数にわたってピークを得ることが可能になる。さらに、これはまた、測定されたピークの広がりを低減し、その基部でローブを減衰させることを可能にする。
【0142】
上記の異なる問題を克服するために、特にAOMまたは位相直交復調器などの追加の装置を使用する必要なく風速の符号を決定できるようにするために、本発明によって提供される解決策は、パルスの少なくとも1つの期間にわたって増加し、パルスの少なくとも1つの期間にわたって減少する関数に従って、SOA3によって増幅および変調された信号2のパルスの位相Pを変化させることである。実施形態によれば、位相Pは、三角形信号を形成するように増減する。これを行うために、例えば、パルス化されたLiDAR1のパルス発生器10によってポンプ信号4のパルスのピーク値14を変調することが可能である。
【0143】
特定の実施形態によれば、ピーク値14の変調は、パルスの少なくとも1つの期間にわたって増加し、パルスの少なくとも1つの期間にわたって減少する関数に従って、ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスのピーク値14を変化させることからなる。
【0144】
実際には、ポンプ信号4のピーク値14は、三角形信号14に似ている。図5に示す増幅および変調された信号2は、SOA3に注入された400ナノ秒(ns)のポンプ信号4および0.6Aの強度を使用して取得され、マスタ・レーザ・ビーム6を変調および増幅し、ピーク値14は三角形信号を形成する。ポンプ信号4の三角形ピーク値14は、80nsの期間にわたって0.4Aから0.6Aまでの強度の線形増加と、20nsの期間にわたって0.6Aから0.4Aまでの強度の線形減少と,を含む。実際には、三角形ポンプ信号4は、パルスの経過にわたって4つの三角形を含む。さらに、考慮中の三角形の立ち上がり12の終わりのピーク値14は、考慮中の三角形に経時的に先行する三角形の立ち上がり12の終わりのピーク値14と等しい。さらに、考慮中の三角形の立ち下がり13の終わりのピーク値14は、経時的に考慮中の三角形に先行する三角形の立ち下がり13の終わりのピーク値14に等しい。
【0145】
時間の関数としての位相の展開を図5aに示す。復調器8で測定されたSOA3で増幅および変調されたパルス信号2の任意単位の強度Iも示されている。図5bは、パルスの経過にわたる、式2による図5aの位相データに基づいて計算された、増幅および変調されたパルス信号2の周波数fの展開を表す。パルスの周波数f(メガヘルツ(MHz))をy軸にプロットし、時間(秒)をx軸にプロットしている。
【0146】
ポンプ信号4のパルスのピーク値14の変調は、ピーク値14の変動を含む。このピーク値14の変動は、関数が増加または減少しているパルスの期間にわたる平均ピーク値14が、関数が増加または減少しているパルスの他の期間のそれぞれの他の平均ピーク値14のそれぞれと等しくなるようなものである。ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少しているパルスを考慮した間隔にわたる平均ピーク値14は、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に続く、パルスの期間にわたって平均ピーク値14と同一であり、
ポンプ信号の少なくとも1つのパルスのピーク値の関数が増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に先行する、パルスの期間にわたって平均ピーク値14と同一である。
【0147】
SOA3によって増幅および変調された信号2の位相Pは、三角形信号となるように変調される。さらに、位相Pが増加または減少しているパルスを考慮した期間にわたる位相Pの平均値は、
位相Pが増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に続く期間にわたる位相Pの平均値よりも大きく、
位相Pが増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に先行する期間にわたる位相Pの平均値よりも小さい。
【0148】
特に、ポンプ信号4のピーク値14は、考慮中のまったく同じパルスの経過にわたって連続的に増減している。これは、ポンプ信号4を考慮してSOA3によってパルスの関数として増幅および変調された信号2のパルスの位相Pが、SOA3によって増幅および変調された信号2のパルスの経過にわたって数倍のモジュロ2πだけ変化する位相値Pを有するという効果を有する。SOA3によって増幅および変調された信号2のパルスの経過にわたる位相の2πの各変動は、好ましくは、1.10rad/s程度の中程度の速度での位相の値の増加と、可能な限り速い、典型的には1.1010rad/s程度の速度での、位相ジャンプと呼ばれる急激な減少と、を含む。実施形態によれば、ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスのピーク値14は、ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加するように変化し、ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少するように変化する。この場合、好ましくは、非限定的な例として、増大している部分にわたるポンプ信号4のピーク値14の変動、または提示された実施形態による場合のように、考慮中のまったく同じパルスの経過にわたって減少する変動は、絶対値で、1.10アンペア/秒(A/s)より大きく、より好ましくは1.10A/sより大きく、または1.1010A/sより大きい。
【0149】
図5aでは、SOA3によって増幅および変調された信号2の位相Pは、パルスの全持続時間にわたるポンプ信号4のピーク値の単調な増加が一定の位相を暗示した図4aとは対照的に、ポンプ信号4と同様に展開する。したがって、ポンプ信号4のピーク値の迅速な変動(典型的には1.10A/sを超える変動率)は、SOA3によって増幅および変調された信号2の位相Pの非ゼロ変動を得る効果を有する。ポンプ信号4のピーク値の緩やかな変化(典型的には1.10A/s未満の変化率)は、SOA3によって増幅および変調された信号2の位相Pのゼロ変化、すなわち一定の位相を得る効果を有する。
【0150】
三角形信号の形態のポンプ信号4のピーク値14および局部発振器61によって得られた増幅および変調されたパルス信号2に基づいてコヒーレント検出によって得られたパルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルは、図5cおよび図5dに表されている。パワースペクトル密度は、相対振幅に関して、y軸上に図5dの対数スケールとして、およびx軸上にMHz単位の周波数の関数として図5cの線形スケールとして示されている。図5cおよび図5dを参照すると、方形ポンプ信号4と比較して、三角形ポンプ信号4のピーク値14を使用することにより、ここでは19.1MHzの制御値のSOAによって誘導される周波数シフトを得ることが可能になる。実際には、SOAによって導入される周波数シフトは、ポンプ信号4のピーク値14の増加の勾配の関数である。図5aおよび図5bを参照すると、図5dに示すように、SOAによって導入される周波数シフトは、三角形ピーク信号14の減少部分にわたるポンプ信号4のピーク値14の変動が1.10アンペア/秒(A/s)より大きく、より好ましくは1.10A/sより大きいか、または1.1010A/sより大きい場合、三角形ピーク信号14の増加部分の先行係数に比例するか、または比例する傾向がある。代替的に(図示せず)、SOAによって導入される周波数シフトは、三角形ピーク信号14の増加部分に対するポンプ信号4のピーク値14の変動が1.10アンペア/秒(A/s)より大きく、より好ましくは1.10A/sまたは1.1010A/sより大きい場合、三角形ピーク信号14の減少部分の先行係数に比例するか、または比例する傾向がある。さらに、図3dと比較して、図4dと同様に、ピークの広がりおよびピークの基部におけるローブの減衰の低減が注目される。
【0151】
提示された実施形態によれば、図6を参照すると、本発明によるパルス化されたLiDAR1は、マスタ・レーザ・ビーム6を放射することができるマスタレーザ5と、パルス化されたポンプ信号4を生成することができるパルス発生器10と、ポンプ信号4の関数としてマスタ・レーザ・ビーム6を増幅および変調するように構成されたSOA3と、を含む。増幅および変調されたマスタ・レーザ・ビーム2は、測定レーザビーム2を形成する。パルス化されたLiDAR1はまた、発電機110によって放射される方形パルス信号(図7aに表されている)の少なくとも1つのパルスのピーク値14を変調するように構成された制御ユニット15を含む。実施形態によれば、パルス化されたLiDAR1は、さらに、ビームサーキュレータまたはスプリッタ16と、望遠鏡17と、光学センサ18と、構成要素を接続し、LiDAR1の一方の要素から他方の要素に信号を伝達するように配置された光ファイバ19と、を含む。測定レーザビーム2は、ターゲット、例えば粒子に到達すると、LiDAR1に向かって部分的に反射および/または後方散乱される。この反射および/または後方散乱部分は、戻りレーザビーム24と呼ばれ、望遠鏡17を通って戻り、第2の入力/出力を通ってサーキュレータ16に入り、光学センサ18に向けられるように第3の入力/出力を通って出る。図1に記載された参照符号は変更されないままである。
【0152】
図7aを参照すると、従来技術に記載されているような方形ポンプ信号4の使用が示されている。図7bは、パルス中にSOA3によって増幅および変調された信号2のパワーの展開を表す。図7cは、パルス中にSOA3によって増幅および変調された信号2の周波数fの展開を表す。局部発振器の基準周波数frefを中心とした増幅および変調された信号2の周波数の変動が観測される。増幅および変調された信号2の周波数は、基準周波数frefよりも大きい周波数fから、基準周波数frefよりも小さい周波数fにドリフトする。方形ポンプ信号4および局部発振器61によって得られた増幅および変調されたパルス信号2に基づいてコヒーレント検出によって得られたパルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルが、図7dに表されている。図7dは、x軸上の周波数(MHz)の関数としての、y軸上の相対振幅に関するパワースペクトル密度を示す。ここでは、方形信号に基づいて理論的に得られるべき理想的なピークと、方形ポンプ信号4を用いて実際に得られる実際のピークとが示されている。増幅および変調された信号2の周波数のドリフトによって引き起こされるピークの広がりおよびピークの基部におけるローブの出現を観察することができる。
【0153】
本発明による制御ユニット15の実施形態を図8に示す。制御ユニット15は、発電機110によって放出される方形パルス信号(図7aに示す)を切り替え、変調し、制御することによってポンプ信号4を変化させるように構成された1つまたは複数のスイッチ22を含む。パルス発生器10は、さらに、制御ユニット15と、電源101と、エネルギー蓄積装置20、例えばキャパシタ20と、スイッチ22の制御回路22と、を含む。制御ユニット15は、先に定義したように、ポンプ信号4のパルスのピーク値14の変動を生成するように、発電機110によって放出される方形パルス信号(図7aに示す)を変調するように構成される。
【0154】
制御ユニット15は、数アンペア、または数十アンペア、短時間でさえある数十ナノ秒のポンプ信号4のパルスを、典型的には10nsより短い急速な立ち上がり12および立ち下がり13エッジで得ることを可能にする。
図8aおよび図8bを参照すると、スイッチ22はnMOSである。図8cおよび図8dを参照すると、スイッチ22はpMOSである。
【0155】
図8bおよび図8dを参照すると、制御ユニット15は、一次スイッチ221と呼ばれるスイッチ221と、二次スイッチ222と呼ばれるスイッチ222と、を含む。二次スイッチ222は、一次スイッチ221よりも迅速に電気信号を切り替えて変調するように構成される。二次スイッチ222は、典型的には70dBを超える非常に良好な光消光を保証し、SOA3の立ち下がり時間12を改善することを可能にする。二次スイッチ222は、SOA3がマスタ・レーザ・ビーム6を増幅中である場合に、SOA3の負荷をより速やかに散逸させる機能を有する。
【0156】
図9を参照すると、発電機110によって放出される方形パルス信号(図7aに表されている)のピーク値14を直線的かつ単調に増加させることによってポンプ信号4のピーク値14を変調するための制御ユニット15の使用が示されている。
【0157】
図9aは、パルスの経過にわたって増加する単調な方法で直線的に変化するポンプ信号4のパルスを示す。図9bは、パルス中にSOA3によって増幅および変調された信号2の周波数fの展開を表す。図9cは、パルス中にSOA3によって増幅および変調された信号2のパワーの展開を表す。異なるポンプ信号4によって得られた増幅および変調されたパルス信号2、および局部発振器61からコヒーレント検出によって得られたパルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルが、図9dに表されている。図9dは、x軸上の周波数(MHz)の関数としての、y軸上の相対振幅に関するパワースペクトル密度を示す。図9aに記載されているように、LiDARの要件のために求められる理想的なピーク、方形ポンプ信号4に基づいて得られる補償なしのピーク、およびポンプ信号4に基づいて得られる補償のあるピークがそこに示されている。方形ポンプ信号4に基づいて得られる補償のないピークはブロードであり、その基部にローブを有することが観察される。これは、増幅および変調された信号2の周波数のドリフトによって引き起こされる。図9aに記載されているようにポンプ信号4に基づいて得られる補償付きピークは、Δf=0でマスタ・レーザ・ビーム6の基準周波数に中心付けられ、ここでΔfは、SOA3によって増幅および変調された信号2の周波数とマスタ・レーザ・ビーム(または局部発振器)61の周波数(fref)との間の差に等しい。さらに、補償のないピークと比較して、図4dのように、ピークの広がりおよびピークの基部におけるローブの減衰の低減が注目される。
【0158】
図10を参照すると、発電機110によって放出される方形パルス信号(図7aに表されている)を変調することによってポンプ信号4のピーク値14を変化させるための制御ユニット15の使用が、
-ポンプ信号4のピーク値14を連続的に増減することによって、および
パルスの持続時間にわたってポンプ信号4のピーク値14を非線形かつ非単調に増加させることによって、示されている。より正確には、制御ユニット15は、発電機110によって放出される方形パルス信号(図7aに示す)を変調することによって、ポンプ信号4のパルスのピーク値14を変化させるように構成され、それにより、関数が増加またはそれぞれ減少しているパルスの期間にわたる平均ピーク値14は、関数が増加またはそれぞれ減少しているパルスの別の期間にわたる平均ピーク値14よりも小さくまたは大きくなる。さらにより正確には、関数が増加または減少しているパルスを考慮した期間にわたる平均ピーク値14は、
関数が増加または減少しており、考慮中の期間に経時的に続くパルスの間隔にわたる平均ピーク値14よりも小さく、
-関数が増加または減少しており、かつ考慮中の期間に経時的に先行するパルスの間隔にわたる平均ピーク値14より大きい。
【0159】
実際には、パルス発生器10は、三角形ポンプ信号4を発生するように構成される。ポンプ信号4は、パルスの経過にわたって5つの三角形を含む。さらに、考慮中の三角形の立ち上がり12の終わりのピーク値14は、考慮中の三角形に経時的に先行する三角形の立ち上がり12の終わりのピーク値14よりも大きい。さらに、考慮中の三角形の立ち下がり13の終わりのピーク値14は、考慮中の三角形に経時的に先行する三角形の立ち下がり13の終わりのピーク値14よりも小さい。言い換えれば、パルス発生器10は、パルスの経過にわたって、ポンプ信号4の平均ピーク値14を非線形かつ非単調に増加または減少させるように構成される。
【0160】
図10aは、非単調に増加する三角形ポンプ信号4のパルスを示す。図10bは、パルス中にSOA3によって増幅および変調された信号2の周波数の展開を表す。図10cは、パルス中にSOA3によって増幅および変調された信号2のパワーの展開を表す。異なるポンプ信号4によって得られた増幅および変調されたパルス信号2と局部発振器61とに基づくコヒーレント検出によって得られたパルスの持続時間にわたって積分された周波数のスペクトルが、図10dに表されている。図10dは、x軸上の周波数(MHz)の関数としての、y軸上の相対振幅に関するパワースペクトル密度を示す。LiDAR用途のために求められる理想的なピーク、方形ポンプ信号4に基づいて実際に得られる補償なしのピーク、および図10aに示されている非単調に増加する三角形のポンプ信号4に基づいて得られる補償および周波数制御ありのピークがそこに示されている。方形ポンプ信号4に基づいて得られる補償のないピークはブロードであり、その基部にローブを有することが観察される。これは、増幅および変調された信号2の周波数のドリフトによって引き起こされる。三角形ポンプ信号4に基づいて得られる補償・周波数制御付きピークは、制御された値でピークの周波数シフトを有する。シフトは、ポンプ信号4のピーク値14の平均増加の勾配の関数である。さらに、方形ポンプ信号4に基づいて実際に得られる補償なしのピークと比較して、図4dに関して、ピークの広がりおよびピークの基部におけるローブの減衰の低減が注目される。
【0161】
もちろん、本発明は今説明した例に限定されるものではなく、本発明の範囲を超えることなくこれらの例に多くの修正を加えることができる。
したがって、上記の実施形態の組み合わせが可能な変形例では、
ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスのピーク値14は、ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの期間にわたる、好ましくはピーク値14が増加または減少しているポンプ信号の少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値14を含み、これは、ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの別の期間にわたる、好ましくはピーク値14が増加または減少しているポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの期間にわたる平均ピーク値14よりも小さいかまたは大きい、および/または
SOA3によって増幅および変調された信号2の少なくとも1つのパルスの周波数は、ピーク値14が増加しているポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたるポンプ信号4の少なくとも1つのパルスのピーク値14の勾配の関数として、および/またはピーク値14が減少しているポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたるポンプ信号4の少なくとも1つのパルスのピーク値14の勾配の関数としてシフト、調整、または変調される。
【0162】
ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスのピーク値14は、
・ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって単調に変化し、かつ/または
・ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって増加している、および/またはポンプ信号4の少なくとも1つのパルスの少なくとも1つの期間にわたって減少しており、および/または
本方法は、
・SOA3によって増幅および変調された信号2の位相、および
・マスタ・レーザ・ビーム2がその関数として増幅および変調される、ポンプ信号4の少なくとも1つのパルスのピーク値14のデータに基づいて、適用されるべきピーク値14の変調を決定するステップを含み、および/または
SOA3によって増幅および変調された信号2のパルスの位相は、位相が増加またはそれぞれ減少しているパルスを考慮した期間にわたる位相Pの平均値が、
・考慮中の期間に経時的に続くパルスの期間にわたる平均ピーク値と同一であり、
・対象の期間に経時的に先行するパルスの期間にわたる平均ピーク値と同一である、
さらに、本発明の様々な特徴、形態、変形および実施形態は、それらが互換性または相互排他的でない限り、様々な組み合わせで一緒に組み合わせることができる。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
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【国際調査報告】