用于平流层载具上操作的连续波激光雷达风速传感器的制作方法
【相关申请】
本申请要求2017年6月9日提交的编号为62/517804的美国临时申请的优先权，该申请通过引用合并于此。
【技术领域】
本介绍涉及激光雷达(lidar)系统，具体涉及一种被设置为探测风速的连续波(cw)lidar。
背景技术：
先前已将两种方法用于平流层风速确定：相干脉冲多普勒(doppler)lidar和非相干脉冲多普勒lidar。然而，相干脉冲多普勒lidar的根本缺点在于所需的脉冲激光，特别是对于平流层风速感测，因为所需的激光脉冲长度具有相反的准则。一方面，对于大功率、效率以及可重复性来说，短脉冲(诸如<1ns)最佳。另一方面，为了具有用于风速测量的足够频率分辨率，需要长脉冲(诸如>100ns)。激光脉冲的任何选择必然将是多普勒性能、能量效率或这两者的折衷。无论选择什么脉冲长度，脉冲在时间上都将是不对称的，并且该不对称将因脉冲而异。该不对称导致对于大多数应用通常被忽略的频率边带，因为它们下降20至30db，并且位移很大一部分ghz。在平流层中，大气压力是对流层中大气压力的1/100，使得散射回lidar接收器的光子数量较小。例如，如果风速的测量分辨率为2m/s，那么这是5ghz的总全宽半最大值功率谱密度(psd)之外的分布中的10mhz移位。边带直接在测量区域中，并且大至足以歪曲结果。额外的处理也许能够考虑这一点，但在时间和功率方面付出额外的成本。
对于非相干脉冲多普勒lidar而言，灵敏度由用于频率鉴别的分析单元的透射曲线的斜率控制。无论单元是原子线滤波器、标准具还是分子吸收滤波器，滤波器的斜率都将受反向散射多普勒分布宽度的限制。斜率的线性部分必须与分布的全宽一样宽或宽于全宽。这意味着斜率不能比大约1/10ghz陡，并且对于非理想的滤波器，斜率通常约为陡峭的十分之一或大约10ps。因此，难以制造高灵敏度的非相干脉冲多普勒lidar。
参考文献s.abdelazim，d.santoro，m.f.arend，f.moshary以及s.ahmed的“developmentandoperationalanalysisofanall-fibercoherentdopplerlidarsystemforwindsensingandaerosolprofiling”(ieeetransactionsongeoscienceandremotesensing，vol.53，no.12，pp.6495-6506，dec.2015)(通过引用合并于此)公开了一种用于对流层中的风感测的1.5μm光波长cw相干lidar。由于对流层中存在的气溶胶，因此可以在这些较长的波长下测量对流层中的风速。主要的散射机制是比瑞利(rayleigh)散射强得多的米氏(mie)散射。将该波长用于平流层风感测将需要大得多的激光来克服1/λ4反向散射关系。
参考文献c.j.grund等人的“highresolutiondopplerlidarforboundarylayerandcloudresearch”(journalofatmosphericandoceanictechnology.2001，v18，p.376)(通过引用合并于此)公开了一种用于风感测的脉冲相干多普勒lidar。该方法的一个问题是信号带宽所需的非常长的激光脉冲格式(～100ns)和该格式所隐含的高速高耗电的a/d转换器。而且，该方法需要光束控制系统(较重)来指向所需的许多方向。
参考文献s.h.bloom，r.kremer，p.a.searcy，m.rivers，j.menders以及erickorevaar的“long-range,noncoherentlasersdopplervelocimeter”(opticsletters，vol.16,issue22，pp.1794-1796(1991年))(通过引用合并于此)公开了一种非相干脉冲激光多普勒系统。然而，该系统较重且高耗电，并且其散射返回具有宽带宽，这限制方法的灵敏度。该系统很适于依赖于气溶胶存在的风感测，因为来自气溶胶的未展宽的反向散射(米氏散射)允许使用锋利的滤波器，这提高灵敏度。
需要一种具有高灵敏度并且需要减少的能量的量的多普勒lidar。需要一种不需要移动零件的多普勒lidar。
技术实现要素：
本介绍的实施例提供了一种连续波(cw)外差lidar系统，该系统使用反向散射的返回信号与光本振(localoscillator，lo)信号的光混合来产生中频(if)，使得向下转变为if的返回信号的功率谱密度(psd)的中心将平均位于微波频率(3-10ghz)处。与脉冲lidar相反，cwlidar可以用小型且高效的半导体二极管激光器操作。
本介绍的实施例提供了一种连续波(cw)外差lidar系统，该系统包括单独的发射和接收孔径，以防止无意检测到杂散透射光。
本介绍的实施例提供了一种连续波(cw)外差lidar系统，该系统被设置为在离散数量的方向上探测其周围的空间。本介绍的实施例提供了一种lidar，该lidar在大约0.3*π或更小的窄立体角视场(fov)上测量风速，其中，上述探测可以通过将大功率光纤的末端放置在单个发射透镜的光轴周围但与之偏离的光发射位置处来完成。这种实施例可以包括具有单个输入透镜的对应光接收器。为了在更宽的fov上测量，可以使用多对发射和接收透镜，大功率光纤的末端再次位于距每个透镜中心相同的位置中。
本介绍的实施例提供一种包括多个cw外差lidar系统的lidar测绘装置，cw外差lidar系统各具有单个发射透镜和单个输入透镜。这种装置不包括移动部件，即，不包括万向节(gimbal)或马达，由此具有高可靠性和轻重量。
本介绍的实施例提供了一种cw外差lidar系统，该系统包括位于中心的发射光源和用于将大功率光信号分配给发射望远镜中的多个发射器点中的每个的交换光纤网络。光信号源顺序分配给每个发射点，使得在指定的时间长度内在每个方向上发射最大光功率。该中心位置还具有用于产生lo信号的另一个信号源。该lo源使用光子锁相环来维持在与信号源偏离的指定频率。lo信号使用光纤交换网络分配给多个接收器中的每个接收器，使得同时激活发射和接收望远镜的对应发射和接收方向。
根据本介绍的实施例，每个接收器包括以以下这种方式定向的光学采集点的线性阵列：从来自传感器的不同范围反向散射的光沿着线性阵列聚焦在不同的采集点处。这允许沿着特定探测方向确定粗略范围。
根据本介绍的实施例，每个接收器包括光子集成电路，该光子集成电路采集从预定探测方向散射回的光，并将其与lo信号混合，例如，使用光耦合器在一个输入上接收所采集的光并在另一个输入上接收lo信号。当使用这种光耦合器时，可以将光耦合器的两个输出设置为各照射一对平衡光电二极管中的一个(以消除激光噪声)。光电二极管的输出是if信号，该if信号可以发送到信号处理电路，该电路包括互阻抗放大器、带通滤波器、模数转换器(adc)以及集成和存储电路。
本介绍的实施例还涉及一种算法，该算法通过测量在由一个方向上的反向散射光形成的外差的高斯(gaussian)psd均值的每一侧的两个或更多个边带处的光子来确定平均多普勒移频。实施例提供了从若干风速样本创建三维风速分布图。
本介绍的实施例涉及一种cwlidar风速传感器系统，该系统包括：第一发光结构，设置为在空间中的第一方向上发送信号光；第二发光结构，设置为产生本振光，本振光的波长与信号光的波长相差预定波长；接收器，设置为接收来自空间中的所述第一方向的光；以及第一光混合器，用于将所接收的光与所述本振光混合。
根据本介绍的实施例，光源包括单模蓝色激光器，并且所述预定波长对应于预定微波频率。
根据本介绍的实施例，发光结构设置为在空间的第二方向上发送所述信号光；并且接收器设置为接收来自空间中的所述第二方向的光；系统包括第二光混合器，该第二光混合器设置为将从所述第二方向接收的光与所述本振光混合。
根据本介绍的实施例，cwlidar风速传感器系统包括指向所述第一方向的第一输出和指向所述第二方向的第二输出；信号光开关，该信号光开关将所述信号光可控地导向第一输出或第二输出；以及本振光开关，该本振光开关用于同步地将所述本振光导向第一光混合器或第二光混合器。
根据本介绍的实施例，cwlidar风速传感器系统包括：第一大功率输出光纤，设置为通过发射透镜沿所述第一方向输出光；和第二大功率输出光纤，设置为通过所述发射透镜沿所述第二方向输出光。
根据本介绍的实施例，cwlidar风速传感器系统包括：第一输出镜，设置为将由所述第一大功率输出光纤输出的光导向发射透镜；和第二输出镜，设置为将由所述第二大功率输出光纤输出的光导向发射透镜。
根据本介绍的实施例，发射透镜是菲涅耳透镜。
根据本介绍的实施例，cwlidar风速传感器系统包括：输入透镜；第一输入镜，设置为将从所述第一方向打到输入透镜的光导向所述第一光混合器的输入；以及第二输入镜，设置为将从所述第二方向打到输入透镜的光导向所述第二光混合器的输入。
根据本介绍的实施例，输入透镜是菲涅耳透镜。
根据本介绍的实施例，输入透镜和发射透镜是共面且不同的。
根据本介绍的实施例，由第二发光结构产生的本振光的波长受光子锁相环控制，该光子锁相环包括：环光混合器，用于将所述信号光的一部分与所述本振光的一部分混合；以及光电二极管，用于测量信号光和本振光的波长差的外差。
根据本介绍的实施例，混合器包括至少第一采集区域和第二采集区域，它们被设置为从接收器分别接收沿空间中的所述第一方向从第一距离和第二距离反向散射的光。
根据本介绍的实施例，接收器包括：光栅输入耦合器，该光栅输入耦合器被设置为从空间中的所述第一方向接收所述光，并且设置为将所接收到的光导入第一波导中；光混合器包括：耦合到所述第一波导的第二波导，第二波导被设置为接收所述本振光；以及第一光栅输出耦合器和第二光栅输出耦合器，它们用于在所述耦合的下游发射由第一波导和第二波导输出的第一光信号和第二光信号。
根据本介绍的实施例，第一和第二波导以及光栅形成在sin层中，sin层本身形成在sio2层上。
根据本介绍的实施例，cwlidar风速传感器系统还包括：第一和第二平衡光电检测器，它们被设置为分别接收由所述第一光栅输出耦合器和所述第二光栅输出耦合器发射的第一光信号和第二光信号；以及放大器，该放大器用于减去第一光电检测器和第二光电检测器的输出。
根据本介绍的实施例，cwlidar风速传感器系统还包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，设置为仅使由所述放大器输出的信号在对称地设置在所述预定微波频率之上和之下的两个预定带宽中通过。
根据本介绍的实施例，cwlidar风速传感器系统还包括：积分器，该积分器用于随时间对由所述第一带通滤波器和第二带通滤波器输出的信号进行积分；和处理器，该处理器用于根据由所述第一带通滤波器和第二带通滤波器输出的积分信号之间的差确定所述第一方向上的空气速度。
本介绍的实施例还涉及一种lidar空气速度测绘装置，具有多个固定方向lidar，每个固定方向lidar设置为：在预定方向上发送光信号；从所述预定方向接收反向散射光；以及基于所接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度；其中，每个所述固定方向lidar指向不同的预定方向；lidar测绘装置被设置为基于由每个固定方向lidar确定的空气速度来生成lidar测绘装置周围的空间中的空气速度的图。
根据本介绍的实施例，每个固定方向lidar是连续波(cw)外差激光雷达(lidar)系统，该系统包括：第一光源，设置为向空间中的至少第一方向发送信号光；第二发光结构，设置为产生本振光，本振光的波长与信号光的波长相差预定波长；接收器，设置为接收来自空间中的所述第一方向的光；以及光混合器，用于将接收到的光与所述本振光混合。
本介绍的实施例还涉及一种创建风速图的方法；该方法包括以下步骤：对于多个预定方向中的每一个，从预定位置沿预定方向发送光信号；从所述预定方向接收反向散射光；以及基于所接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度；该方法还包括以下步骤：基于对于每个方向确定的空气速度，生成所述预定位置周围的空间中的空气速度的图。
根据本介绍的实施例，所述从所述预定方向接收反向散射光包括：在所述预定位置处从所述预定方向从预定数量的距离接收反向散射光；方法还包括以下步骤：使用反向散射光来确定在所述预定数量的距离中的每个距离处在所述预定方向上的空气速度。
根据本介绍的实施例，所述基于所接收的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度包括：将所接收的反向散射光与波长与信号光的波长相差预定波长的本振光混合。
根据本介绍的实施例，所述基于所接收的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度还包括：测量沿着围绕与所述预定波长对应的频率对称设置的一对窄频带的光混合的功率；对所述一对频带处的功率测量结果进行积分；以及根据所述一对频带处的积分功率测量结果之间的差计算空气速度。
这些和其他特征以及优点将从下面的详细描述和附图变得更显而易见。在附图和说明书中，附图标记指示各种特征；同样的附图标记贯穿附图和说明书这两者指代同样的特征。
【附图说明】
图1示意性地例示了根据本介绍的实施例的cw外差lidar系统。
图2示意性地例示了图1的lidar的发光结构的实施例。
图3是图1的lidar的光混合器的实施例的立视图。
图4是示出图3的光混合器的横截面。
图5示出了来自平流层中的瑞利反向散射的谱密度的示例。
图6例示了散射谱密度的多普勒变化。
图7示意性地例示了根据本介绍的实施例的cw外差lidar的一部分。
图8示意性地例示了根据本介绍的实施例的cw外差lidar的光源或接收器的细节。
图9示意性地例示了根据本介绍的实施例的cw外差lidar的接收器的细节。
图10是根据本介绍的实施例的cw外差lidar的一部分的横截面。
图11示出了根据本介绍的实施例的lidar测绘装置。
图12例示了根据本介绍的实施例的计算风图表的方法。
图13示意性地例示了根据本介绍的实施例的lidar的热调节。
图14是表格，该表格将根据本介绍的实施例的lidar与已知lidar的特征进行比较。
【具体实施方式】
在以下描述中，阐述了大量具体细节，以清楚地描述本文公开的各种具体实施例。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有下面讨论的所有具体细节的情况下实践当前要求保护的发明。在其他情况下，未描述众所周知的特征，以免使本发明不清楚。
本介绍的实施例涉及一种lidar传感器系统，该系统被设计为探测在紧密接近传感器的范围内，直到距传感器约5km处的风速。传感器系统重量轻，并且能够在有限的功率预算内操作，并且可以由例如气球或其他平流层载具携带。平流层中的风速感测通过测量光学探测光束向后散射到传感器时的多普勒频移来进行。在平流层中，多普勒频移由瑞利散射控制，瑞利散射随着λ-4变化，其中，λ是光束发射波长。由此，较小波长光提供了较强的反向散射，并且本介绍的实施例优选地使用从可见到紫外范围的光波长。由于空气分子的正常热速度，反向散射光在频率上扩展约5-6ghz。然而，扩展的psd是已知的(高斯的)，使得psd的平均频率的变化是风速的度量。传感器接收器处的相干外差检测允许消除风向标志的模糊性；并且根据传感器周围体积中的多个点处的测量结果，可以确定风向。
在对流层中，来自气溶胶的散射最强(米氏散射)。然而，来自米氏散射的psd具有非常窄的线宽，由此，本介绍的实施例允许避免对米氏散射的检测，但仍然允许使用瑞利散射来测量多普勒风速分布。
本介绍的实施例包括cwlidar传感器，该传感器被设置为检测在距传感器预定距离处的预定方向上的风速。实施例包括具有多个这些传感器的测绘装置，该测绘装置被设置为产生在平流层以及对流层中的、传感器本地的风速分布。
图1示意性地例示了根据本介绍的实施例的cw外差lidar系统10，该系统包括：第一发光结构(12、14、14'、16)，该第一发光结构被设置为向空间中的至少第一方向20发送信号光18；和第二发光结构(22)，该第二发光结构被设置为产生波长与信号光18的波长相差预定波长的本振光24。优选地，第一发光结构(12、14、14'、16)包括单模蓝色激光源12，并且本振光包括第二单模蓝色激光源22，使得激光12与22之间的所述预定波长差对应于预定的微波频率；例如包括在3ghz至10ghz之间。lidar系统10还包括具有接收路径的接收器，该接收路径具有被设置为接收来自空间中的所述第一方向20的光的元件26、28、28'；和光混合器30，该光混合器用于将接收到的光与所述本振光混合。第一发光结构12、14、14'、16优选地使用在物理上与接收器26、28、28'的元件不同的元件，来防止无意检测到杂散透射光。单模蓝色激光源可以各将其输出连接到单模保偏光纤。
根据本介绍的实施例，第一发光结构12、14、14'、16包括第一输出镜14，该第一输出镜被设置为通过发射透镜16将信号光18导向所述第一方向20。
根据本介绍的实施例，第一发光结构12、14、14'、16还被设置为将所述信号光18可控地发送到空间中的至少第二方向32；其中，第一发光结构包括第二输出镜14′，该第二输出镜被设置为通过发射透镜16将信号光18导向所述第二方向32。第一镜14和输出透镜16形成lidar10的第一输出的部分；并且第二镜14'和输出透镜16形成lidar10的第二输出的部分。根据本介绍的实施例，信号光开关34设置在激光源12的输出中，以将信号光18可控地导向第一输出14、16或第二输出14'、16。
如下文中详细说明的，第一输出14、16可以包括第一大功率输出光纤(图1中未示出)，该第一大功率输出光纤被设置在光开关34的输出中，在第一光放大器(图1中未示出)之后，并且第二输出14'、16可以包括第二大功率输出光纤(图1中未示出)，该第二大功率输出光纤被设置在光开关34的输出中，在第二光放大器之后。根据本介绍的实施例，可以省略镜14、14'，并且第一和第二输出可以仅包括第一和第二大功率输出光纤，它们被设置为通过发射透镜16在所述第一方向20和第二方向32上输出光。
根据本介绍的实施例，接收器26、28、28'包括输入透镜26和第一输入镜28，设置为将从所述第一方向20打到输入透镜26的光36导向所述光混合器30。输入透镜26和第一输入镜28形成接收器的第一输入。根据本介绍的实施例，接收器26、28、28'还被设置为接收从空间中的所述第二方向32打到输入透镜26的光38；其中，它包括第二输入镜28'，该第二输入镜被设置为将接收到的光38导向第二光混合器30'，该第二光混合器被设置为将从所述第二方向32接收的光38与本振光24混合。输入透镜26和第二输入镜28'形成接收器26、28、28'的第二输入。然后，系统10包括本振光开关40，该本振光开关用于将本振光24可控地导向第一混合器30或第二混合器30'，与信号光开关34将信号光18可控地导向第一输出14、16或第二输出14'、16同步。
如下文中详细说明的，接收器的包括第一输入透镜26和输入镜28的第一输入可以包括设置在第一混合器30的输入中的第一光栅输入耦合器，并且接收器的包括透镜26和输入镜28’的第二输入可以包括设置在第二混合器30'的输入中的第二光栅输入耦合器。根据本介绍的实施例，可以省略镜28、28'，并且第一和第二输入可以仅包括第一和第二光栅输入耦合器，它们被设置为通过输入透镜26分别接收光36和38。光栅然后可以放置在透镜的焦平面处。如下文中详细说明的，发射透镜16和输入透镜26中的至少一个是菲涅耳透镜。优选地，输入透镜16和发射透镜26不同且以共面的方式设置。菲涅耳透镜不是必须要使用的。它们是优选的，因为它们比标准透镜薄得多，由此重量更轻。
根据本介绍的实施例并且参照图1，由第二发光结构22产生的本振光24的波长是受光子锁相环42控制的激光源，所述环42包括：环光混合器44，该环光混合器被设置为将信号光18的一部分与本振光24的一部分混合；和光电二极管46，该光电二极管用于信号光的外差检测，使得信号48是与信号光18和本振光24的波长差对应的微波中频。
图1例示了具有与空间中的2个不同方向关联的2对输出/输入的lidar10，但lidar10可以具有任意数量对的输出/输入，每对对应于空间中的不同方向。
如上所述，图1所例示的所有光学部件可以与单模保偏光纤连接。用于将光纤连接到光学装置的方法在本领域中众所周知，诸如在参考文献h.m.presby和c.a.edwards的“efficientcouplingofpolarization-maintainingfibertolaserdiodes”(ieeephotonicstechnologyletters，vol.4，no.8，pp.897-899，aug.1992)中，通过引用合并于此。根据本介绍的实施例，激光源12和22是标称波长为450nm的蓝光激光源，但也可以使用其他波长的激光源(450-495nm或其他波长)。而且，激光源12和22可以是半导体二极管激光器，诸如例如在参考文献h.zhu等人的“ultralow-thresholdlaserrealizedinzincoxide”(advancedmaterial，2009，21，1613-1617)(通过引用合并于此)以及m.chi，o.jensen，j.holm，c.pedersen，p.andersen，g.erbert，b.sumpf以及p.petersen的“tunablehigh-powernarrow-linewidthsemiconductorlaserbasedonanexternal-cavitytaperedamplifier”(opt.express13，10589-10596(2005))(通过引用合并于此)中描述的，但也可以使用其他激光器类型(光纤、固态)。两个激光源12和22可以位于紧密接近lidar10中的中心位置处。一个激光器是信号种子激光器，并且另一个激光器是本振(lo)激光器。这些激光器必须以单一光学模式操作。
图2更详细地例示了图1的lidar10的部分，特别示出了激光源12和22以及锁相环42。根据本介绍的实施例，激光源12可以是：半导体蓝色激光器，该半导体蓝色激光器在输出中耦合到单模保偏光纤50；光耦合器52，诸如光纤耦合器，该光耦合器被设置为将光信号18的一部分18'转移到耦合器52的光纤输出52'。根据本介绍的实施例，激光源22可以是：半导体蓝色激光器，该半导体蓝色激光器在输出中耦合到单模保偏光纤54；光耦合器56，诸如光纤耦合器，该光耦合器被设置为将光信号24的一部分24'转移到耦合器56的光纤输出56'。
根据本介绍的实施例，光纤输出52'、56’设置在光耦合器44的输入中，光耦合器44本身被设置为组合信号24'和18'，并且将环光信号输出到单个输出光纤48中。根据本介绍的实施例，光电二极管46被设置为响应于在光纤48中接收所述环光信号而将电信号58输出到所述第二激光源22的控制电路60，该电信号的频率为光信号24'和18'的频率之间的差。
根据本介绍的实施例，激光源12和22中的每一个是标称450nm波长的小功率(<100mw)cw单模激光器。两个激光器之间的频率差由环42维持在5ghz(±10khz)的偏离量，该环操作为频率监测电路和源22的泵电流的有源控制。
如上面详细说明的，本振光24的波长受光子锁相环42控制，该光子锁相环42包含：用来将信号光18的一部分与本振光24的一部分组合的光纤耦合器52、56、44；以及光电二极管46，在该光电二极管中，信号光18和本振光24相乘，以在光电检测过程中形成rf混合产物。来自光电二极管的那些产物之一是信号光18与本振光24之间的差频：fs-flo。其他混合产物用rf滤波器过滤掉。根据本介绍的实施例，期望在微波频率(例如4或5ghz)下保持该差频率恒定。频率差应足够大，使得来自瑞利散射的多普勒频率的整个谱密度扩展大于0hz。例如在参考文献l.n.langley等人的“packagedsemiconductorlaseropticalphase-lockedloop(opll)forphotonicgeneration,processingandtransmissionofmicrowavesignals”(ieeetransactionsonmicrowavetheoryandtechniques，vol.47，no.7，pp.1257-1264，jul1999)(通过引用合并于此)中描述了光子锁相环。
如图2例示，由源22输出的光24被输入到光开关40，光开关40被设置为将n根光纤(70、70')上的光24导向lidar10的n个光混合器之一(n在图1中＝2，其中，例示了两个光混合器：30和30')。类似地，由源12输出的光18被输入到光开关34，该光开关34被设置为将光18可控地导向lidar10的n个输出62、62'之一。根据本介绍的实施例，lidar10的每个输出62、62'包括大功率输出光纤64、64'，该大功率输出光纤被设置在光开关34的输出中，在第一光放大器66、66'之后。放大器66、66’可以是2w半导体光放大器。如下文中详细说明的，大功率输出光纤64、64’的末端是发射点，该发射点是发射望远镜在特定光束方向上的焦点。
光开关34(以及光开关40)可以是定制部件，或者可以由多个1xm开关(m是输出端口的指定数量)制成。这种开关可容易地从商业来源获得。每个放大器(66、66')可以是具有防反射涂层而不是高反射率涂层的同源激光器。每个大功率光纤(64、64')例如是大模场面积光子晶体光纤。每根光纤的抛光端可以与透镜连通，以用与镜14、14’和透镜16互连的方式将光从光纤耦合到自由空间，使得光沿期望的方向准直并发射到期望的传输点。顺序操作光开关，使得基本上所有光信号一次仅切换到一个传输点。切换的周期可以由需要反向散射到lidar10的光子的期望数量来确定。另选地，值得注意的是，例如光纤信号开关34可以用光纤分路器代替，使得所有放大器同时操作。这将需要更多的功率来保持放大器全部同时开启。
根据本介绍的实施例，将光24分配给光混合器(图1中的30、30')的光电路以及将光18分配给输出(62、62')的光电路都是保偏电路。如上所述，每个光混合器(30、30')与接收器输入之一关联，该接收器输入与lidar10的输出之一形成定向对。由此，每个光混合器(30、30')与lidar10的输出(62、62')之一关联。
根据本介绍的实施例，光开关34操作为以依次启动lidar10的每个输出(62、62')。以类似的方式，使用保偏光纤开关40来经由光纤(70、70')将本振光24分配给关联的光混合器(30、30')，该光混合器对应于发射光信号18的方向。另选地，也可以使用光纤分路器来为所有接收器同时提供lo功率，但这也将需要大得多的lo激光功率。
图3是图1的lidar10的光混合器30的部分的实施例的立体图。光混合器30例如经由集成光斑尺寸转换器(ssc)72从光纤70接收本振光24，该ssc例如具有在文献y.maegami，r.takei，e.omoda，t.amano，m.okano，m.mori，t.kamei以及y.sakakibara的“spot-sizeconverterwithasio2spacerlayerbetweentaperedsiandsionwaveguidesforfiber-to-chipcoupling”(opt.express23，21287-21295(2015))(通过引用合并于此)中描述的类型。本振光24然后发送到波导73。
根据本介绍的实施例，由lidar10接收的光，例如，从第一方向20接收的用于光混合器30的光36，由光栅输入耦合器74的阵列采集。根据本介绍的实施例，光使用微透镜(如图7例示的75-1到75-n)聚焦到光栅耦合器74上，然后发送到波导76，波导76在耦合部分78耦合到波导73，使得波导73和76这两者在耦合部分78的下游承载组合的信号。设置光电二极管(未例示)，以在耦合部分78下游的波导73和76上接收信号，并且有效地混合被提供给波导73和76的光。值得注意的是，波导73和76中的信号具有接近相同的外差信号功率，但是180度异相。这意味着，通过简单地减去由在波导73和76中接收光的光电二极管输出的外差信号，可以减小由于具有30db量级的共模抑制比的本振光24引起的强度噪声。例如，这通过将在耦合部分78下游的波导73和76耦合到类似于光栅输入耦合器74的光栅输出耦合器80、82来实现，光栅输出耦合器将波导73和76的信号输出到平衡的光电检测器/光电二极管(84，图4例示)，在那里，使它们产生外差。例如，用于减少激光噪声的平衡光电检测器从参考文献a.beling等人的“high-speedbalancedphotodetectormodulewith20dbbroadbandcommon-moderejectionratio”(ofc2003opticalfibercommunicationsconference，2003.，2003，pp.339-340，vol.1)(通过引用合并于此)已知。
根据本介绍的实施例，光混合器30的光栅、波导以及波导耦合器可以由绝缘体上的sin制造在si衬底上。已知这种波导具有非常低的传输损耗，并且适合可见光集成电路，如例如在参考文献pieterneutens等人的“developmentofacmoscompatiblebiophotonicsplatformbasedonsinnanophotonicwaveguides”(doi:10.1364/cleo_at.2014.jth2a.31conference:cleo:applicationsandtechnology)(通过引用合并于此)中概述的。
而且，光栅输入/输出耦合器74、80、82可以诸如在参考文献l.hoffman等人的“lowlosscmos-compatiblepecvdsiliconnitridewaveguidesandgratingcouplersforbluelightoptogeneticapplications”(ieeephotonicsjournal，vol.8，no.5，pp.1-11，oct.2016)(通过引用合并于此)中描述的。
图4是示出图3的光混合器30的一部分的横截面，包括由光斑尺寸转换器72耦合到波导73的光纤70，波导73本身耦合到光栅输出耦合器80。光混合器30被例示为形成在衬底88的绝缘体层86上。如图4例示，光电二极管84可以附接到与光混合器30的衬底88不同的电子板90，板90被设置为使得光电二极管84接收由光栅输出耦合器80输出的、要产生外差的光。根据本介绍的实施例，光栅输出耦合器可以对于感兴趣的波长设计有固定的间距和刻蚀深度。例如，对于450nm波长的光，光栅可以具有最小维数约为4μm的输出耦合模态结构。这对应于瑞利长度：
假设高斯光束传播，可以估计，在距芯片1mm的距离处，输出耦合模式将发散到大约142μm，这对应于8度的发散半角和0.14的数值孔径。
根据本介绍的实施例，对于发射450nm的光的激光源，si衬底88可以具有形成在sio2层86上的200nm厚的sin层89，其中，混合器30的无源部件(光栅和波导80、73)可以单片地制造在200nm的sin层中。sio2提供了sin波导和光栅的下包层，以防止泄漏到硅衬底。
混合器30的第一制造步骤是在200nm的sin层中进行无源部件的图案化。由于输出耦合器光栅比波导浅，因此在保护光栅区域的同时，对sin进行部分刻蚀后将进行最终的波导刻蚀。在对光栅和波导进行图案化之后，可以沉积厚的(～3微米)sion膜。由于sion具有比氧化物高的折射率，因此它将把光纤耦合光限制在光斑尺寸转换器波导中。为了在光斑尺寸转换器(ssc)的较深脊刻蚀期间维持选择性，可以使用aln硬掩模。硬掩模使用光刻机来图案化，然后干刻蚀，然后干刻蚀sionscc脊。然后，可以在深反应离子刻蚀机中使用波希(bosch)法在硅衬底中图案化和刻蚀100μm沟槽。为了低损耗耦合，需要深沟槽来将光纤带到片上ssc的微米内。在沟槽刻蚀之后，将锯切晶片，并且可以组装接收器管芯与电子器件。
值得注意的是，混合器30可以另选地不包括光栅输出耦合器，在这种情况下，在耦合部分78下游的波导73和76被设置为直接照射光电二极管的有源区域。
图5例示了来自平流层中的瑞利反向散射的谱密度的示例。谱密度依据在80000英尺海拔和30秒积分时间每1mhz带宽在检测器处接收到的光子的预期数量来示出。假设在450nm波长下的2w的发射光功率。该光子密度大约是60000英尺处预期的光子密度的一半，并且比150000英尺处大大约20倍。用于该计算的温度、压力以及范围分别为220k、27.6毫巴和5km。
根据本介绍的实施例，从光电二极管84发现的外差信号具有可与图5所例示的谱密度相比较的功率谱密度；psd曲线的中心等于信号光18和本振光24的频率之差。
图6例示了诸如图5所示的散射谱密度的多普勒变化。在图6中，实线表示热展宽的激光反向散射的零速分布(类似于上面的图5)。虚线表示由于风速v而具有系统多普勒频移的相同分布。
不必测量整个反向散射的多普勒谱。这是因为分子在低压下的热运动会引起散射光子的高斯形谱密度(请参见richardbmiles，walterrlempert以及josephnforkey的“laserrayleighscattering”[meas.sci.technol.12(2001)r33–r51]，通过引用合并于此)。
由此，原则上，图5或图6所示类型的高斯谱密度可以凭借在峰值响应的每一侧上的两个频率处的光子功率的相对窄带测量来确定。图6中示出了此方法的一个示例，该示例用于以下情况：5ghz的全宽半最大值(fwhm)谱扩展以及优选位于高斯最大值的每一侧上的曲线的最陡斜率处的两个30mhz滤波器。如果相对于传感器的风速为零，那么测得的功率(在向下转换为微波频率后)在每个滤波器处将相等。然而，如果探测区域的相对风速不为零，那么高斯最大值将移动，并且每个滤波器的功率水平将不同。然后，可以将该差容易地转换为平均多普勒频率的移位，这给出所探测体积的相对风速。当然，在存在噪声的情况下，更多的测量点可能引起多普勒谱密度的更佳拟合。
图6示出了两个带通滤波器92、94(例如30mhz带通滤波器)可以相对于psd曲线的中心频率对称地设置(对称于等于信号光18与本振光24的频率之间的差的频率)，以仅在未移位曲线的肩部捕获反向散射信号；借此，在所例示的示例中，多普勒频移曲线在较低频率滤波器92中产生较低的接收功率(m-)，而在较高频率滤波器94中产生较高的接收功率(m+)。
图7示意性地例示了根据本介绍的实施例的cw外差lidar10的一部分，其中，混合器30包括多个采集区域30-1至30-n，它们被设置为分别接收从n个不同距离沿相同方向20反向散射的光36。根据本介绍的实施例，每个采集区域30-1至30-n包括光栅输入耦合器74-1至74-n。根据本介绍的实施例，每个光栅输入耦合器74-1至74-n由波导76-1至76-n耦合到定向耦合器78-1至78-n；其中，每个耦合器78-1至78-n还包括波导73-1至73-n，它们被设置为接收来自光纤70的本振光24。值得注意的是，在图7中，所有波导73-1至73-n从单根光纤70接收本振光24。然而，根据本介绍的实施例，每个波导73-1至73-n可以从本振光开关40的输出中的不同光纤70接收本振光24。根据本介绍的实施例，每个光栅输入耦合器74-1至74-n可以通过微透镜75-1至75-n接收光36。
根据本介绍的实施例，在耦合器78-1至78-n下游的每对波导73-1、76-1至73-n、76-n耦合到一对平衡的光电检测器84-1、85-1到84-n、85-n，它们被设置为在耦合器下游的波导上接收光信号。根据本介绍的实施例，放大器96-1至96-n可以被设置在每对平衡光电检测器84-1、85-1到84-n、85-n的输出中，以减去光电检测器的输出并生成诸如图5和图6所例示的模拟psd信号。
根据本介绍的实施例，一对带通滤波器98-1、100-1到98-n、100-n可以被设置为仅使由所述放大器输出的信号在对称地设置在所述预定微波频率的上方和下方的两个预定带宽中通过。根据本介绍的实施例，每个带通滤波器之后可以是功率检测器(诸如均方根功率检测器)和模数转换器，并且将信号提供给积分器102-1到102-n，它们被设置为随时间积分由所述第一和第二带通滤波器输出的信号。根据本介绍的实施例，处理器104被设置为确定在对应于混合器30的方向(图1中的20)上的每对带通滤波器98-1、100-1到98-n、100-n的一个空气速度。空气速度作为由每对带通滤波器中的每个带通滤波器输出的信号积分之间的差的函数与每对带通滤波器关联，并且是在与采集区域30-1至30-n关联的距离处在方向20上的空气速度，采集区域与该对带通滤波器关联。
如图8例示，输入透镜26和输入镜28被设置为沿着焦深分辨的光斑采集地带(图7中的106)引导沿着方向20在不同距离处发射的光36。根据本介绍的实施例，混合器30的采集区域(图7中的30-1至30-n)被设置在采集地带(图7中的106)内的离散位置处，由此，每个被设置为接收在离散距离范围处沿着方向20发射的折射光，离散距离范围与采集区域30-1至30-n在采集地带106内的位置对应。
图8示意性地例示了镜28、28′可以是相对于透镜26的轴线离轴设置的发散镜；混合器30、30’也离轴设置为与它们对应的镜相对。根据本介绍的实施例，这种结构允许实现用于lidar10的输入的紧凑形状因数。值得注意的是，例如在图10中示出的输出62、62'、镜14、14’以及透镜16可以与混合器30、30'、镜28、28’以及透镜26一致地设置，以形成lidar10的紧凑形状因数输出。
图9例示了根据本介绍的实施例如何生成光斑采集地带106。如前所述，每个接收器镜(例如镜28)可以围绕接收透镜26的光轴设置，其中，与接收器镜关联的混合器30处于透镜26的对应方向的标称焦点处。根据本介绍的实施例，可以通过利用混合器30芯片上的光栅输入耦合器30-1至30-n的小尺寸并通过使用聚焦深度沿着焦轴解析几个大距离筐(rangebine)，来实现距离分辨率。值得注意的是，离轴光学器件有助于避免若为对称光学器件则将要遭受的几个焦深的阴影效应。
对透镜制造者方程微分(参见robertd.gunther，modernoptics，johnwileyandsons，newyork，1990m，pg.183，通过引用合并于此)允许我们使对物距和像距(分别为o和i)的改变与物距和焦距有关，结果δi/δo＝(f/o)2。例如，对于o＝5km的物距和δo＝0.333km的距离分辨率，2至5米的有效焦距会导致50至500微米的δi。图像平面中的束腰的尺寸指示各种焦深的最接近的有用横向间距。束腰取决于光系统的焦点数f#，并由下式给出：wo＝2λf#/π。然后，对于直径为20cm的透镜和2至5米范围内的焦距，束腰为3μm<wo<8μm。继续该示例，焦深的扩展使得例如在聚焦区域并排存在7个范围测量结果，离轴焦点与光轴之间的浅角度相交(tanθ～0.1，在图中夸大)将要求图像分辨率为210μm<δi<560μm的光学布局。
图7例示了根据本介绍的实施例的混合器芯片30，该芯片在采集地带106内具有七个采集区域30-1至30-n。七个采集区域各对应于彼此相距333米(3000至5000米之间)的七个测量范围之一。
图10是根据本介绍的实施例的使用lidar10的cw外差lidar测绘装置的一部分的立体图，其中，输出透镜16和输入透镜26共面安装在同一壳体108的顶部上。根据本介绍的实施例，壳体108可以是横向细长的圆锥的躯干的一般形状，并且可以由碳纤维(碳纤维增强聚合物(cfrp))制成，以便坚固且轻量化。透镜16、26沿着平面设置在圆锥的躯干顶部。如图8例示，相对于透镜26设置混合器30和镜28。值得注意的是，上面形成有混合器30的芯片可以附接到上面至少形成有光电二极管或光电检测器84、85的电子芯片上，由此，形成了单个混合芯片，该混合芯片在壳体108中可以设置在对于图10中的混合器30指示的位置处。
类似地，关于混合器30和镜28，如图8所示，相对于透镜16设置输出62和镜14。如图10例示，这种结构允许具有多对出口62、镜14以及仅用于一对透镜16、26的对应对的混合器30和镜28；其中，每对出口62、镜14以及对应对的混合器30和镜28被设置为沿不同方向进行空气速度测量(在与由混合器30提供的测量距离一样多的测量距离上)。根据本介绍的实施例，每个透镜16、26可以具有20厘米的直径。菲涅耳透镜可以用于节省重量。为了清楚起见，该图中未示出光纤网络。值得注意的是，在图10中，出口62被例示为包括类似于混合器30的接收器板的六边形板。然而，输出62更通常是光纤64终止的位置，这也将是来自透镜16的焦距处的一点。例如，出口62可以包括被设置为保持大功率光纤64的末端的支架或夹具。
根据本介绍的实施例，诸如图10所例示的lidar10可以由三个cfrp部件的组件制成：用于安装衍射镜并附接到圆锥结构的桁架/躯干的基板、将在其上安装发射器和接收器板的圆锥结构的桁架/躯干、以及将安装菲涅尔透镜对的盖。该三部分设计简化了制造、组装以及光对齐过程；另外，该“封闭罐”设计保护部件免受环境影响。
碳纤维增强聚合物(cfrp)基于其高的刚度重量比、低的热膨胀率以及成熟的制造工艺而成为首选材料。拉挤管和杆广泛可用，并且在需要特殊的树脂或纤维时易于获得和/或定制。
图11示出了根据本介绍的实施例的lidar测绘装置，包括5对发射和接收(tx/rx)望远镜。在碳纤维支撑单元中包含的每对tx/rx望远镜具有七个发射器和七个接收器，使得五对望远镜覆盖了前瞻体积，方位角间距为π/6弧度，并且仰角间距比π/4弧度小一点(以避免上方气球的阴影)。在关于该系统实施例的全部中，35个光束指向方向将覆盖该体积。虽然在本章节中描述了该实施例，但本领域技术人员将容易地知道如何将本发明应用于覆盖空间中的其他体积以及tx/rx结构来提供其他俯仰角。图11所示的传感器系统使用cots光纤部件来将大功率光信号从集中位置分配到五个发射器(每个发射器与接收器配对，以形成单个tx/rx单元)。单独的光纤可以将2w(或更高)的发射信号承载到在传感器圈周围的每个tx/rx对结构中的每个发射器。每个光纤终端是光源点，该光源点然后在发射到平流层中之前由发射器光学器件准直。如上所述，所例示的lidar测绘装置包括设置在多面角锥框架的侧上的如图10例示的多个壳体108。根据本介绍的实施例，用于所有lidar10的公共激光源和电子器件可以设置在角锥框架内部。
根据本介绍的实施例，每个壳体108中的每个lidar被设置为：在不同的预定方向上发送光信号；接收来自所述预定方向的反向散射光；并且基于所述接收到的反向散射光，确定所述预定方向上的空气速度。根据本介绍的实施例，lidar测绘装置被设置为基于由每个固定方向lidar确定的空气速度来生成lidar测绘装置周围的空间中的空气速度的图。
如上所述，壳体108的每个固定方向lidar可以是连续波(cw)外差激光雷达(lidar)系统，该系统包括：第一发光结构，该第一发光结构被设置为向空间中的至少第一方向可控地发送信号光；第二发光结构，该第二发光结构被设置为产生波长与信号光的波长相差预定波长的本振光；接收器，该接收器被设置为接收来自空间中的所述第一方向的光；以及光混合器，该光混合器用于将从光发送到的空间中的方向接收到的光与所述本振光混合。
图12例示了根据本介绍的实施例的计算风图表的方法，该方法包括以下步骤：
-响应于从预定位置沿预定方向发送(图12中未示出)光信号，从所述预定方向接收反向散射的光；
-基于所接收的反向散射光确定沿所述预定方向的空气速度，如图12例示；
-重复上述步骤，直到在所述预定位置周围的多个方向上(在图12中为用于7个距离筐的35个束方向上)检测到空气速度为止；以及
-生成在所述预定位置周围的空间中的空气速度的图。
根据本介绍的实施例，从所述预定方向接收反向散射光的步骤包括：在所述预定位置处沿所述预定方向从预定数量的距离接收反向散射光；方法还包括以下步骤：使用反向散射光来确定在所述预定数量的距离中的每个距离处在所述预定方向上的空气速度。
根据本介绍的实施例，到达图12的输入的信号已经被数字化并且顺序地从每个距离筐102-n和每个混合器30到达位于平流层lidar系统上的中央处理站。根据本介绍的实施例，机载计算机可以计算风速图，然后经由数据链路将该图发送到地面。这样，到地面的数据链路仅在地图准备好时才需要，由此并不需要一直打开。
根据本介绍的实施例，基于所述接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度的步骤包括：将接收到的反向散射光与波长与信号光的波长相差预定波长的本振光混合。根据本介绍的实施例，基于所述接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度的步骤还包括：测量沿着围绕与所述预定波长对应的频率对称设置的一对窄频带的光混合的功率；对所述一对频带处的功率测量结果(m+,m-)进行积分；以及根据所述一对频带处的积分功率测量结果之间的差计算空气速度
来自接收器的强度数据的这种处理例如发生在图7左侧所例示的处理器中，在该处理器中，植入从两个或多个采样光子返回确定平均多普勒移频的算法。平流层风无卷曲(低马赫(mach)数、低粘度、低雷诺(reynolds)数)且无散度(不可压缩、无源或汇)是良好的近似值。无卷曲假设意味着速度场是标量势ψ的梯度。于是，零散度意味着标量势在感兴趣区域内满足拉普拉斯(laplace)方程δψ＝0。
可以执行包含径向分量连同球谐函数的多极展开，以将ψ表示为级数，
其中，
其中，li是沿着半径ai与bi之间的径向的长度l的线，仰角和方位角分别为θi和φi。凭借沿着多个径向和球面角的足够数量的测量，数值曲线拟合方法(诸如最小均方)确定级数展开中的系数
传感器运动将使用真数据来验证计算出的风流场。由于电势与大气压成正比，因此载具两侧之间的压力差也提供了验证标量势估计的另一点。随着平台随风漂移，观察到的半球重叠，这允许在计算标量势的当前估计时重用来自上一组测量结果中的、重叠区域中的样本，从而借助增加数量的可用样本来提高当前估计的准确度。
上面概述的方法的优点是通过标量势将维数从3降为1来将矢量场层析技术问题变换为标量层析技术问题。要求电势满足拉普拉斯方程增加了物理上逼真的约束，这些约束使所拟合风流场的搜索空间最小化。球谐函数将解决方案置于与沿径向方向采取的测量结果匹配的形式。
图13示意性地例示了根据本介绍的实施例的lidar的热调节，其中，第一冷板热交换器110热耦合112到lidar10(特别是其激光源)。流体泵114与第二冷板热交换器116交换传热液体，第二冷板热交换器本身耦合118到热沉120。例如设置在第一冷板热交换器110与第二冷板热交换器116之间的流量计122允许连同还连接到流体泵(并且可选地连接到流体储液器)的电子电路一起，来将激光源的操作温度维持在期望水平。
由于在最高预期服务海拔处的稀薄空气，因此热量管理的选择受到限制。假设有效负载模块具有可以将从激光器和其他电子器件生成的热能流出的机载热沉，那么优选的输送方法是传导和传导/对流。因此，本介绍的实施例提供了使用传导/对流热交换器设计并利用容易获得的计算机液体冷却系统。作为示例，典型的小功耗计算机可以耗散约25w的功率，而更强力的计算机cpu耗散100w以上的功率。当热设计功率(tdp)高时，在计算机热量管理中使用液体冷却热交换器。这种现成的解决方案可以在对排热部件进行修改的情况下用于本介绍中。例如，在cots解决方案中用于交换从电子封装去除的热量的散热片可以用连接到飞行器上的热沉的冷板代替。
图14是比较根据本介绍的实施例的lidar(cw多普勒lidar)与已知lidar(脉冲相干lidar和脉冲非相干lidar)的特征的表格。
对于图5所例示的反向散射光谱密度的情况，可以在下面的表2中看到lidar传感器的光功率预算的示例。平均杂散光功率为～220pw。典型的si雪崩光电二极管(apd)，诸如埃赛力达(excelitas)c30902eh的噪声等效功率(nep)为
对于更大的光电检测器带宽(～8ghz)，类似的nep也是可能的[alphalasupd-40-uvir-p数据表可以在www.alphalas.com/images/stories/products/laser_diagnostic_tools/ultrafast_photodetectors_upd_alphalas.pdf处找到，通过引用合并于此]。在暗等效噪声功率为16pw的情况下，平均信暗噪比约为14(11.5db)，这引起检测到少量反向散射光子的高概率。
表2基于图2所示的反向散射谱密度的lidar接收器的所估计光功率预算的示例
其余电子器件(诸如包括图7所示的元件98和100)包含放大、滤波并且采样由平衡光电二极管产生的光电流所需的所有电子器件。在图7的实施例中，如图6所述地获得反向散射功率谱的两个样本，但通过添加额外通道，可以获得更多的样本。宽带(8ghz)跨阻抗放大器(tia)可以将光电流转换为电压。带宽等于30mhz的两个带通滤波器可以捕获峰值任一侧上的接收功率。总功率可以由在每个滤波器的输出处的rms功率检测器来测量，然后使用低速adc(诸如模拟装置7173-8、24位31.25kspsσ-δ转换器[模拟装置7173-8adc数据表可以在以下位置处找到：http://www.analog.com/en/products/analog-to-digital-converters/ad-converters/ad7173-8.html])量化。
在所例示的实施例中，存在七个距离筐，每个距离筐具有2个adc。由此，在25秒内，获得了262.5兆比特的数据。一次仅使用一个接收器，并且由于与机载计算机的距离较短，因此可以将公共串行外设接口用于到数据存储和处理器的数据传送。
为了预热，方向扫描序列的下一行接收器的电子放大器可以有利地在激光器之前几秒钟打开。然后，就在打开激光器之前，可以测量背景光子和电子噪声，该测量可以用作从测得的反向散射光子psd减去的校准。这将在平流层中起作用，在平流层中，来自给定方向但在感兴趣体积外部的散射光子速率的变化相对恒定。在可能存在严重的湍流的对流层中，应在整个测量期间定期进行此校准步骤。通过以低占空比打开和关闭激光器和/或光放大器，可以容易地实现这一点。
现在已经根据专利法规的要求描述了本发明，本领域技术人员将理解如何对本发明进行改变和修改以满足其特定要求或条件。这种改变和修改可以在不脱离此处公开的本发明的范围和精神的情况下进行。
为了例示和公开，根据法律的要求，呈现了示例性和优选实施例的前述详细描述。不旨在穷尽也不将本发明限于所述的精确形式，而是仅使得本领域其他技术人员能够理解本发明如何适合于特定的用途或实施方案。修改例和变型例的可能性对于本领域技术人员将是明显的。
示例性实施例的描述不旨在限制，这些实施例可以已包括公差、特征维数、特定操作条件、工程规范等，并且可以在实施方案之间变化或随着现有技术的变化而变化，并且不应从其暗示任何限制。申请人已经关于当前技术水平做出了本公开，但是还预期进展，并且未来的改编可以考虑这些进展，即根据当时的当前技术水平。如果适用，预期本发明的范围由书面权利要求以及等同物来限定。对单数形式的权利要求元件的参照不旨在意指“一个且仅一个”，除非明确这样陈述。而且，不管本公开中的元件、部件、方法或过程步骤是否在权利要求中明确列举，该元件、部件或步骤都不旨在专用于公众。此处的权利要求要素都不在35u.s.c.第112章第六段的规定下解释，除非使用短语“用于…的装置”明确叙述该元件。此处的方法或过程步骤均不在这些规定下进行解释，除非步骤使用短语“包括步骤……”明确叙述。
优选地包括此处描述的所有元件、部件以及步骤。应当理解，如将对本领域技术人员明显的，这些元件、零件以及步骤中的任意一个都可以被其他元件、零件以及步骤替代或完全删除。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！