[實用新型]多方位掃描激光雷達光學系統

有效

• 申請號: 201420241399.8
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN203930053U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 單坤玲;卜令兵;丘祖京;黃興友;高愛臻;袁靜
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S7/483
• 分類號: G01S7/483;G01S17/95
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域：

本實用新型涉及一種非機械性旋轉的掃描激光雷達光學系統，屬激光雷達、激光探測技術領域。

背景技術：

激光雷達在大氣探測方面的應用已越來越重要了，目前，我國一些單位、科研院所以及高校研制出了用于觀測云高、云量、大氣氣溶膠的激光雷達，比如激光云高儀，對于取代地面臺站的人工觀測業務具有良好的應用前景，也符合氣象觀測自動化的發展步伐，但這些儀器都局限于觀測其中的一個或兩個要素，而旋轉式激光云自動觀測儀，解決了常規的云高的單點連續觀測，增加了對天空云的取樣，且能在原有云高測量的基礎上增加對云量的測量。在測風激光雷達系統中，需要向不同方向發射激光，測量不同方向上的視線風速進而得到三維風場。

目前激光掃描的方式主要是基于機械式的掃描，如望遠鏡前面安裝掃描板、光楔掃描、多望遠鏡接收等。但是機械傳動存在著工作不太穩定，儀器旋轉時要不斷的進行旋轉角度和仰角的校正，制造精度不高時振動和噪聲大、長期工作易磨損造成旋轉精度不準確等缺點，不能很好的滿足對長期連續觀測的要求。而非機械掃描激光雷達系統具有掃描探測能力，又避免了機械掃描過程中其存在的問題，易于實現長期連續探測。

發明內容：

本實用新型設計了一種多方位掃描激光雷達光學系統，該系統使用偏振分束鏡和電光晶體相結合的方式控制發射激光的方向，依次向不同的方向發射激光。在接收望遠鏡的焦點處和以焦點為圓心的圓上均布四個光纖，接收來自相對應的五個不同方向的大氣后向散射信號。

本實用新型的技術解決方案如下：

多方位掃描激光雷達光學系統，包括激光發射單元和激光接收單元，所述激光發射單元包括激光器、激光電源、擴束鏡、四組電光晶體管、四組偏振分束鏡和六組全反鏡，所述激光接收單元包括望遠鏡、光纖、探測單元和計算機單元；

其中，擴束鏡、第一電光晶體A1、第一偏振分束鏡B1和第一全反鏡C1依 次設于同一水平面光路上；第二偏振分束鏡B2與第二全反鏡C2，第三偏振分束鏡B3與第三全反鏡C3、第四全反鏡C4，第四偏振分束鏡B4與第五全反鏡C5，第六全反鏡C6均位于同一水平面上；第一偏振分束鏡B1、第二電光晶體A2、第二偏振分束鏡B2、第三電光晶體A3、第三偏振分束鏡B3、第四電光晶體A4、第四偏振分束鏡B4、第五全反鏡C5依次由上至下垂直設置；第一全反鏡C1、第二全反鏡C2、第三全反鏡C3、第四全反鏡C4、第六全反鏡C6依次由上至下垂直設置；第一偏振分束鏡B1、第二偏振分束鏡B2、第三偏振分束鏡B3、第三全反鏡C3、第四偏振分束鏡B4均垂直于平板放置且與激光光軸夾角為45°；第一全反鏡C1與平板夾角為45°向北傾斜放置且與光軸夾角為45°；第二全反鏡C2與平板夾角為42.5°向北傾斜放置且與光軸夾角為42.5°；第四全反鏡C4與平板夾角為42.5°向西傾斜放置且與光軸夾角為42.5°；第五全反鏡C5與平板夾角為42.5°向南傾斜放置且與光軸夾角為42.5°；第六全反鏡C6與平板夾角為42.5°向東傾斜放置且與光軸夾角為42.5°；

所述光纖設有五根，一根連接在望遠鏡焦點處，另四根均布安裝在以焦點為圓心的圓周上，五根光纖的另一端分別連接各自的探測單元，各探測單元分別與計算機單元連接。

所述探測單元包括凸透鏡、窄帶濾光片、光電倍增管和光電探測器。

一種多方位掃描激光雷達光學系統探測方法，該方法包括以下步驟：

1)激光器2發射一束波長為532nm的光束，光束經擴束鏡3擴大準直，送入第一電光晶體A1；

2)第一電光晶體A1、第二電光晶體A2、第三電光晶體A3、第四電光晶體A4不施加電壓，擴束后的激光經第一電光晶體A1輸出，輸出的激光經第一偏振分束鏡B1透射后，再經45度傾斜的第一全反鏡C1反射，通過第一輸出窗口垂直向上出射；

3)接著，給第一電光晶體A1施加脈沖電壓，同時第二電光晶體A2、第三電光晶體A3、第四電光晶體A4不施加電壓，激光經第一電光晶體A1輸出，輸出的激光經第一偏振分束鏡B1反射，激光再由第二電光晶體A2輸出，輸出的激光經第二偏振分束鏡B2反射后，進入42.5度傾斜的第二全反鏡反射C2反射后，通過第二輸出窗口與垂直方向夾角為5度偏北向出射；