A 4-D FMCW LiDAR With Ultra-High Velocity Sensitivity

相位噪声 激光雷达 光学 波形 本振子 灵敏度(控制系统) 雪崩光电二极管 光电二极管 物理 电子工程 计算机科学 雷达 工程类 电信 探测器
作者
Yu-Xiang Lin,Zohauddin Ahmad,Sung-Yi Ou,Wei-Chih Su,Yan-Chieh Chang,N. Naseem,Jyehong Chen,Yung‐Jr Hung,Yia‐Chung Chang,Chia-Chien Wei,Tzyy‐Sheng Horng,Jin‐Wei Shi
出处
期刊:Journal of Lightwave Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (21): 6664-6674 被引量:5
标识
DOI:10.1109/jlt.2023.3292139
摘要

This work presents a novel scheme for a 4-dimensional (D) frequency modulated continuous wave (FMCW) LiDAR, which demonstrates an unprecedentedly high velocity sensitivity. This is achieved by utilizing the driving waveform to minimize the phase noise originating from the distributed feedback (DFB) laser during the wavelength sweeping process on the transmitting side, while on the receiving end, we use a combination of a self-injection-locked oscillator (SILO) and an avalanche photodiode (APD) with a cascaded multiplication layer, to ensure excellent responsivity and saturation current performance. Comparison is made with a reference LiDAR system comprised of the traditional radio-frequency (RF) oscillator with a p-i-n PD at the receiving-end. The results show that our SILO + APD design provides much better quality 4-D images of slow-moving objects (5 μm/sec) and state-of-the-art velocity sensitivity. This can be attributed to a reduction in the phase noise of the down-converted baseband signals, which is beneficial to the resolution of a small Doppler frequency shift. Furthermore, the incorporation of a high-performance APD also improves the contrast ratio between the object and the background pixels. These improvements offer new possibilities for the development of the next generation of 4-D FMCW LiDARs capable of simultaneously providing the absolute 3-D geometric size and small vibration information.
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