專利名稱：基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)，屬于激光技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)脈沖體制激光探測系統(tǒng)中光學窗口采用發(fā)射光學系統(tǒng)和接收光學系統(tǒng)獨立的模式。由于安裝位置，發(fā)射光學系統(tǒng)中心和接收光學系統(tǒng)中心之間存在基線距離，在光路中不可避免的存在探測盲區(qū)，加之采用的脈沖激光二極管受管子本身特性的限制，不可能 實現(xiàn)亞納秒脈沖激光，一般產生幾十納秒的脈沖信號，導致測距精度不高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為提高激光類探測系統(tǒng)的炸點精確控制和抗云霧等干擾能力，提供一種基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在共用伽利略望遠系統(tǒng)的前提下，利用光的偏振特性，實現(xiàn)發(fā)射信號與接收信號的分離，完成對目標的探測。本發(fā)明的目的是通過下述方案實現(xiàn)的?！N基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)，包括激光光源、發(fā)射光束整形系統(tǒng)、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片、伽利略望遠系統(tǒng)、窄帶濾光片、接收光束會聚系統(tǒng)、光電探測器；其中，發(fā)射信號依次經過發(fā)射光束整形系統(tǒng)、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片和伽利略望遠系統(tǒng)。其中，激光光源、發(fā)射光束整形系統(tǒng)、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片、伽利略望遠系統(tǒng)位于系統(tǒng)主光軸的共心位置，且順次排列；1/2波片和1/4波片與主光軸垂直；窄帶濾光片、接收光束會聚系統(tǒng)、光電探測器位于偏振分光棱鏡的一側，且與系統(tǒng)主光軸垂直的方向上，并依次排列。激光光源的發(fā)光面或發(fā)光點位于發(fā)射光束整形系統(tǒng)的焦點，窄帶濾光片緊貼接收光束會聚系統(tǒng)放置，并且光電探測器的光敏面位于接收光束會聚系統(tǒng)的焦點。所述激光光源，為探測系統(tǒng)提供偏振窄脈寬的脈沖激光作為發(fā)射信號；采用亞納秒偏振激光光源，或者其他的非偏振激光光源，再將其轉換為偏振光。所述發(fā)射光束整形系統(tǒng)，對發(fā)射激光光束進行整形，使光束能夠全部通過1/2波片。所述1/2波片，調整發(fā)射信號的偏振方向，使激光光源發(fā)出的線偏光完全變成平行于入射面振動的透射線偏振光(P光)，完全通過偏振分光棱鏡，而不反射。所述偏振分光棱鏡，將通過它的光分為垂直于入射面(主截面)振動的反射線偏振光(S光)和平行于入射面振動的透射線偏振光(P光)，從而實現(xiàn)發(fā)射信號與接收信號的分離。所述1/4波片，將收發(fā)信號的相位差調整為/2。所述伽利略望遠系統(tǒng)，對光束進行準直和擴束，提高探測系統(tǒng)的探測距離。所述窄帶濾光片，起到光學濾波作用。根據所選用的激光波長進行鍍膜，僅使中心波長附近土 a nm的激光通過，從而起到抗干擾作用。所述a nm根據系統(tǒng)設計所要求的靈
敏度確定。所述接收光束會聚系統(tǒng)，對接收的光束進行會聚，使接收回波激光最大化地會聚到光電探測器的光敏面上。所述光電探測器，實現(xiàn)對所選用波長的激光的光電轉換。本系統(tǒng)的具體工作過為激光光源發(fā)射線偏光，經1/2波片的調整，使其完全透射過偏振分光棱鏡，再調整1/4波片,使其快軸與線偏光的偏振方向成45° ,使線偏光經過它后成為圓偏光。圓偏光通過伽利略望遠系統(tǒng)，遇到目標后反射回來，第二次經過1/4波片，變回線偏光，此時的偏振方向與原來的偏振方向發(fā)生90°的偏轉。因此，反射回來的線偏光、通過偏振分光棱鏡完全反射，而不透射，并經窄帶濾光片、接收光束會聚系統(tǒng)后，在接收探測器上得到回波信號。從而，實現(xiàn)了在共用一套收發(fā)一體化的光學探測系統(tǒng)的前提下發(fā)射信號與接收信號的分離，并實現(xiàn)了探測功能。有益效果本發(fā)明與傳統(tǒng)的光學窗口分離的光學系統(tǒng)的優(yōu)勢在于第一，無盲區(qū)工作。由于本發(fā)明采用了收發(fā)合一的模式，可實現(xiàn)激光探測的無盲區(qū)工作。第二，提高探測精度。采用亞納秒激光作為光源，相比于幾十納秒的激光光源，可大大提高測距精度。第三，采用超窄脈沖，可提高抗懸浮粒子和抗云霧的干擾能力。本發(fā)明采用了 LD泵浦的被動調Q Nd3+: YAG/Cr4+: YAG微腔激光器作為激光光源，輸出峰值功率高，光束發(fā)散角小，尤其適用于中近程激光測距，具有良好的應用前景。


圖I為本發(fā)明的基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)組成示意圖；圖2為現(xiàn)有技術的激光收發(fā)光學系統(tǒng)的結構示意圖。標號說明I-激光光源，2-發(fā)射光束整形系統(tǒng)，3-1/2波片，4-偏振分光棱鏡，5-1/4波片，6-伽利略望遠系統(tǒng)，7-目標,8-窄帶濾光片,9-接收光束會聚系統(tǒng),10-光電探測器。
具體實施例方式為了更好地說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)組成如圖I所示，包括激光光源I、發(fā)射光束整形系統(tǒng)2、1/2波片3、偏振分光棱鏡4、1/4波片5、伽利略望遠系統(tǒng)
6、窄帶濾光片8、接收光束會聚系統(tǒng)9和光電探測器10。目標7為被測試樣品。本實施例中，激光光源I采用LD泵浦的被動調Q Nd3+:YAG/Cr4+: YAG微腔激光器；發(fā)射光束整形系統(tǒng)2采用平凸透鏡0LB10-040 ；1/2波片3采用GCL-060616 ;偏振分光棱鏡4采用GCC-402052 ；1/4波片5采用GCL-060606 ;伽利略望遠系統(tǒng)6采用激光擴束鏡LBE1064-5 ;窄帶濾光片8根據需要定制，可使中心波長附近±2nm的激光通過；接收光束會聚系統(tǒng)9采用平凸透鏡0LB40-050 ;光電探測器10采用GTlOl光電二極管，光敏面尺寸00. 2mm。
LD泵浦的被動調Q Nd3+: YAG/Cr4+: YAG微腔激光器的發(fā)射功率千瓦量級，激光發(fā)散角小，脈沖寬度可以做到幾個納秒量級，甚至亞納秒量級，從而使得本實例的系統(tǒng)測距精度大大提聞?，F(xiàn)有技術的激光收發(fā)光學系統(tǒng)的結構如圖2所示，由于發(fā)射、接收光學裝置安裝位置分離，因此存在一定范圍的盲區(qū)。本發(fā)明基于偏振方式，采用一個伽利略望遠系統(tǒng)實現(xiàn)發(fā)射和接收，探測視場不存在盲區(qū)。本實施例的基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)的搭建過程為第一步在光學平臺上，將所有的器件的中心都調整到位于同一高度的平面上；第二步將激光光源的發(fā)光面或發(fā)光點調整到發(fā)射光束整形系統(tǒng)的焦點處，固定激光光源和發(fā)射光束整形系統(tǒng)，并使發(fā)射光完全通過發(fā)射光束整形系統(tǒng)；
第三步依次固定好1/2波片和偏振分光棱鏡，并調節(jié)1/2波片，使發(fā)射光完全通過偏振分光棱鏡；第四步依次固定好1/4波片和伽利略望遠系統(tǒng)，調節(jié)并使發(fā)射光完全通過；第五步在偏振分光棱鏡的一側依次固定好窄帶濾光片、接收光束會聚系統(tǒng)和光電探測器，并調節(jié)到共軸位置；將窄帶濾光片緊貼接收光束會聚系統(tǒng)放置，并且光電探測器的光敏面位于接收光束會聚系統(tǒng)的焦點處；第六步試驗表明，目標由近至遠移動，則探測器收到的回波信號的幅值由大變小。由此證明本發(fā)明的基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)可以實現(xiàn)在共用一套光學系統(tǒng)的前提下完成發(fā)射信號和接收信號的分離，最終完成對目標的探測任務。
權利要求
1.基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)，其特征在于包括激光光源、發(fā)射光束整形系統(tǒng)、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片、伽利略望遠系統(tǒng)、窄帶濾光片、接收光束會聚系統(tǒng)、光電探測器；其中，發(fā)射信號依次經過發(fā)射光束整形系統(tǒng)、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片和伽利略望遠系統(tǒng)；其中，激光光源、發(fā)射光束整形系統(tǒng)、1/2波片、偏振分光棱鏡、1/4波片、伽利略望遠系統(tǒng)位于系統(tǒng)主光軸的共心位置，且順次排列；1/2波片和1/4波片與主光軸垂直；窄帶濾光片、接收光束會聚系統(tǒng)、光電探測器位于偏振分光棱鏡的一偵U，且與系統(tǒng)主光軸垂直的方向上，并依次排列；激光光源的發(fā)光面或發(fā)光點位于發(fā)射光束整形系統(tǒng)的焦點，窄帶濾光片緊貼接收光束會聚系統(tǒng)放置，并且光電探測器的光敏面位于接收光束會聚系統(tǒng)的焦點； 所述激光光源提供偏振窄脈寬的脈沖激光作為發(fā)射信號； 所述發(fā)射光束整形系統(tǒng)使發(fā)射激光光束全部通過1/2波片； 所述1/2波片，調整發(fā)射信號的偏振方向，使激光光源發(fā)出的線偏光完全變成平行于入射面振動的透射線偏振光，完全通過偏振分光棱鏡； 所述偏振分光棱鏡，將入射光分為垂直于入射面振動的反射線偏振光和平行于入射面振動的透射線偏振光，實現(xiàn)發(fā)射信號與接收信號的分離； 所述1/4波片，將收發(fā)信號的相位差調整為n /2 ； 所述伽利略望遠系統(tǒng)，對光束進行準直和擴束； 所述窄帶濾光片根據所選用的激光波長進行鍍膜，僅使中心波長附近土 a nm的激光通過； 所述接收光束會聚系統(tǒng)，對接收的光束進行會聚，使接收回波激光最大化地會聚到光電探測器的光敏面上。
2.根據權利要求I所述的基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)，其特征在于激光光源米用亞納秒偏振激光光源，或者非偏振激光光源以及將其轉換為偏振光的轉換裝置。
3.根據權利要求I所述的基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)，其特征在于作為一個具體實施，激光光源采用LD泵浦的被動調QNd3+:YAG/Cr4+: YAG微腔激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于偏振的收發(fā)一體化亞納秒脈沖激光探測系統(tǒng)，屬于激光技術領域。本發(fā)明是由偏振激光作為探測光源，通過旋轉同軸的1/2波片和1/4波片調整線偏振激光的偏振方向，實現(xiàn)發(fā)射信號與接收信號在偏振分光棱鏡處分離。傳統(tǒng)的光學發(fā)射、光學接收窗口分離的激光探測系統(tǒng)存在探測盲區(qū)，而本發(fā)明采用了光學系統(tǒng)收發(fā)合一的模式，并采用亞納秒脈沖激光進行探測，提高了探測過程中的抗懸浮粒子和云霧干擾能力，同時提高了探測精度。尤其適用于中近程激光測距，具有良好的應用前景。
文檔編號G01V8/12GK102707331SQ201210188888
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權日2012年6月8日
發(fā)明者才德, 程合蛟, 陳慧敏 申請人:北京理工大學