[發(fā)明專利]一種小角度分光光機裝置及快速裝調(diào)方法

有效

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• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110031851B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 柳付超;易帆;張云鵬;余長明;易洋;潘向亮
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S7/481
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發(fā)明公開了一種小角度分光光機裝置及快速裝調(diào)方法，小角度分光光機裝置由光機裝置和標定裝置組成，所述光機裝置包括分光光路盒和光束引導元件，光束引導元件設置于分光光路盒內(nèi)，組合實現(xiàn)目標輸入復色光信號的高效分離與輸出；所述標定裝置包括外螺紋接口、消色差透鏡和CMOS相機，用以輔助快速調(diào)整光機裝置中各光束引導元件至預定工作狀態(tài)。本發(fā)明中光機裝置采用一體化設計，具備體積小、光機結構簡練、連接方便等優(yōu)點，對頻譜上靠近(nm量級)的復色光信號的分離非常有效，可在轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)的研制過程中得到應用。

技術領域

本發(fā)明屬于激光雷達領域，具體涉及一種采用小工作角度分光器件分離目標光信號的光機裝置，以及裝置的快速裝調(diào)方法。

背景技術

轉動拉曼激光雷達是遙感中低空大氣溫度的有效探測手段。轉動拉曼激光雷達的測溫原理是，在局地熱平衡條件下，大氣分子布局數(shù)滿足Boltzmann分布(玻爾茲曼分布)，進而由大氣分子(主要為N₂和O₂分子)產(chǎn)生的轉動拉曼譜線強度與溫度相關。提取兩路具有相反溫度依賴關系的拉曼回波信號作比，建立拉曼信號比與溫度之間的關聯(lián)即可直接反演溫度。對中低空大氣，由于大氣分子數(shù)密度足夠大，分子碰撞足夠頻繁，局地熱平衡條件極易滿足，進而轉動拉曼激光雷達具有極高的理論測溫精度，且整體技術要求并不苛刻。當前，轉動拉曼激光雷達系統(tǒng)在技術已較為成熟，并在大氣溫度遙感探測領域表現(xiàn)優(yōu)異。

在研制轉動拉曼激光雷達光學接收系統(tǒng)時，關鍵是有效分離并提取兩路具有相反溫度依賴關系的拉曼譜線信號。通常，待提取的兩路目標拉曼譜線信號在頻域上距離發(fā)射激光波長很近(僅為數(shù)個nm)。為盡量提升光學接收系統(tǒng)傳輸效率以增強目標拉曼回波信號強度，相比而言目前最為合適的光學分光方案是采用小角度工作(例如，～5-7°)的分色器件(例如，分色鏡)分離兩路拉曼信號。小工作角度分色鏡能同時提供優(yōu)秀的反射率和透射率，進而將各路目標拉曼信號高效分離開來。但小角度分色鏡中心工作波長與工作角度相關，這要求在系統(tǒng)裝調(diào)時，采取有效措施保障裝調(diào)后分色鏡工作角度確實為既定工作角。當前，采用分立的高精度組合機械調(diào)節(jié)機構，可以精細調(diào)整分色鏡工作角度進而到達預定工作狀態(tài)。但分立的光學布局方案，以及精細的機械調(diào)節(jié)機構，常導致整體光路占用空間較大(例如，長度可達米量級)；最大缺陷是裝調(diào)過程較為麻煩，需要額外引入各種輔助調(diào)節(jié)裝置及專業(yè)檢測工具，且輔助設施接入時不方便。因此，使用現(xiàn)有技術不利于提升整體系統(tǒng)長期工作的穩(wěn)定性(尤其是在移動式外場實驗應用條件下)，也不利于系統(tǒng)的小型化、模塊化設計與集成，這對系統(tǒng)的推廣應用帶來不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出了一種小角度分光光機裝置及快速裝調(diào)方法，采用一體化、模塊化設計，將光學設計和機械設計有機結合起來，極大程度地降低了分光系統(tǒng)的整體占用空間，且在標定裝置的輔助下，能夠直觀地將光學元件快速調(diào)整至目標工作狀態(tài)，具備體積小、結構簡練、裝調(diào)方便等優(yōu)點。

本發(fā)明為解決技術問題所采用的技術方案是一種小角度分光光機裝置，由光機裝置和標定裝置組成，

所述光機裝置包括分光光路盒和光束引導元件，光束引導元件設置于分光光路盒內(nèi)，組合實現(xiàn)目標輸入復色光信號的高效分離與輸出；

所述標定裝置包括外螺紋接口、消色差透鏡和CMOS相機，用以輔助快速調(diào)整光機裝置中各光束引導元件至預定工作狀態(tài)；

所述分光光路盒包括輸入孔，光通道1、光通道2和光通道3，以及輸出孔EX1、EX2、EX3a和EX3b；輸入孔為來射準平行光提供輸入通道；光通道1、光通道2和光通道3采用“Z”型結構布局，為反射后光信號提供機械傳播通道；輸出孔為各路分離后光信號提供輸出接口；