[發(fā)明專利]基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010573444.X
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111650602A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石振東;姜勇;宋昭;毛一江;冷杰;賈凱;楊赟秀;田文飛;楊振源;高建波;馮振中;咼長冬;徐詩月;張志堅;楊峰
• 申請（專利權(quán)）人: 西南技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 劉二格

1.一種基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，包括多波長激光器組(1)、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)(2)、多波長DOE模塊(3)、多波長合束模塊(4)、光束掃描模塊(5)、接收光學(xué)系統(tǒng)(6)、光纖陣列(7)、多波長面陣探測器組(8)、多波長回波信號處理模塊(9)、多波長三維圖像處理模塊(10)；多波長激光器組(1)發(fā)射空間分離的多波長激光光束；來自多波長激光器組(1)的激光束通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)(2)進(jìn)行擴散、準(zhǔn)直后，分別通過各自波長對應(yīng)的多波長DOE模塊(3)中的DOE器件，完成單束激光到多束陣列的轉(zhuǎn)變；多波長激光陣列通過多波長合束模塊(4)實現(xiàn)對多波長激光點陣空間位置的調(diào)控；合束后的多波長激光束通過光束掃描模塊(5)完成對地大角度掃描；接收光學(xué)系統(tǒng)(6)將多波長激光回波聚焦并耦合進(jìn)入位于焦平面上的光纖陣列(7)一端，在光纖陣列(7)的另一端，對應(yīng)波長的光纖分別連接到與之對應(yīng)的面陣探測器(8)上；面陣探測器(8)輸出的原始信號經(jīng)過多波長回波信號處理模塊(9)和多波長三維圖像處理模塊(10)后，獲取目標(biāo)的幾何信息和光譜信息。

2.如權(quán)利要求1所述的基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述的多波長激光器組(1)由多臺或單臺激光器構(gòu)成，發(fā)射多個激光波長，各波長激光束在空間上獨立且分離，構(gòu)成對目標(biāo)的主動光譜探測光源。

3.如權(quán)利要求2所述的基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)(2)對激光束進(jìn)行擴散和準(zhǔn)直，達(dá)到DOE器件對入射激光光束尺寸和束散角的要求；所述的多波長DOE模塊(3)，根據(jù)各個波長激光束空間分布要求，獨立設(shè)計DOE相位分布，多塊DOE組合實現(xiàn)多波長激光點陣照明；所述的多波長合束模塊(4)根據(jù)各個波長DOE器件出射光束的空間分布特點，調(diào)整其點陣空間位置，實現(xiàn)聚焦光斑與光纖位置一一對應(yīng)。

4.如權(quán)利要求3所述的基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述的接收光學(xué)系統(tǒng)(6)包括大口徑反射望遠(yuǎn)系統(tǒng)與消色差透鏡組，完成消色差處理，實現(xiàn)寬波段成像；所述的光纖陣列(7)的光纖空間排布與焦平面上多波長激光光斑空間分布一一對應(yīng)以及單光斑對應(yīng)的接收視場小于光纖端面接收角；所述的多波長面陣探測器組(8)，根據(jù)激光波長選擇探測器，不同波長對應(yīng)不同類型的面陣探測器；所述的多波長回波信號處理模塊(9)按波長獨立完成信號處理，獲取目標(biāo)的距離信息和強度信息；所述的多波長三維圖像處理模塊(10)通過目標(biāo)幾何形狀和空間位置進(jìn)行輻射強度矯正，獲取高精度目標(biāo)光譜信息，多波長數(shù)據(jù)融合，獲取高精度目標(biāo)幾何信息。

5.如權(quán)利要求4所述的基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述多波長激光器組(1)采用Nd:YAG固體激光器，產(chǎn)生基頻光λ1＝1.06μm，非線性調(diào)頻獲取λ2＝1.57μm，通過倍頻晶體，獲取倍頻光λ3＝0.53μm，三倍頻光λ4＝0.35μm，實現(xiàn)四波長激光脈沖同步輸出，輸出光窗相互獨立分離。

6.如權(quán)利要求5所述的基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)(2)針對0.35μm、0.53μm、1.06μm、1.57μm四波長激光光束質(zhì)量分別設(shè)計相對應(yīng)的擴散和準(zhǔn)直系統(tǒng)，使其達(dá)到對應(yīng)波長DOE器件對于入射光束質(zhì)量的要求；多波長DOE模塊(3)對0.35μm、0.53μm、1.06μm、1.57μm四波長激光光束都采用8×8面陣分束器，單個光斑尺寸為0.5mrad，光斑角間距為1mrad，保證四波長光斑陣列之間相互無重疊區(qū)域產(chǎn)生。

7.如權(quán)利要求6所述的基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述光束掃描模塊(5)采用雙光楔掃描鏡實現(xiàn)30°圓錐對地掃描。

8.如權(quán)利要求7所述的基于衍射光學(xué)元件與光纖陣列的多波長激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖陣列(7)采用大纖芯多模光纖，構(gòu)成16×16光纖矩形，與在焦平面上多波長激光光斑分布一致。