[發明專利]基于衍射光學元件與光纖陣列的多波長激光雷達

在審

• 申請號: 202010573444.X
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111650602A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）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）人: 西南技術物理研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉二格

本發明公開了一種基于衍射光學元件DOE與光纖陣列的多波長激光雷達系統，包括多波長激光器組、發射光學系統、多波長DOE模塊、多波長合束模塊、光束掃描模塊、接收光學系統、光纖陣列、多波長面陣探測器組、多波長回波信號處理、多波長三維圖像處理模塊。本發明采用DOE衍射分束，實現激光束陣列照明，通過調節不同波長激光束陣列空間的分布，實現高密度激光點陣照明；多波長激光點陣與接收端光纖陣列在空間分布上形成一一對應關系，利用不同波長的空間分布，光纖陣列取代傳統的色散元件，避免多級色散元件帶來系統體積增加，同時也解決面陣探測器占空比低的問題，提高面陣探測系統能量利用率。

技術領域

本發明屬于機載光電成像技術領域，涉及一種基于衍射光學元件與光纖陣列的多波長激光雷達。

背景技術

多波長激光雷達是一種主動式傳感器，它以有、無人機為工作平臺，通過發射不同波長的激光照射目標，接收回波信號獲取主動多光譜數據和三維空間數據。在高點密度地形測繪、無縫銜接的水陸一體化探測、環境建模、精細的都市繪圖以及植被分類上有著廣泛的應用。

在機載激光雷達成像體制中，相對于單點掃描，小規模陣列探測器和光學掃描裝置結合，可以兼顧探測距離、成像速度、成像覆蓋范圍等綜合要求；但是常規泛光照明的方式，相對占空比較低的面陣探測器來說，能量損失較大。

多波長激光雷達接收端一般采用大口徑光學天線共孔徑接收，在接收后端對波長進行空間分離，空間色散元件一般采用二向色鏡或者薄膜濾波片，多塊空間色散元件對多波長進行空間分離，同時結合一些反射鏡完成接收后端系統的布局。整個后端系統較復雜，體積固定且較大，裝調也繁瑣；隨著波長數目增加復雜度進一步增加。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是：克服上述現有技術的不足，提出一種基于衍射光學元件與光纖陣列的多波長激光雷達系統，以應用于機載光電成像技術領域。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于衍射光學元件與光纖陣列的多波長激光雷達系統，其包括多波長激光器組1、發射光學系統2、多波長DOE模塊3、多波長合束模塊4、光束掃描模塊5、接收光學系統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的激光束通過發射光學系統2進行擴散、準直后，分別通過各自波長對應的多波長DOE模塊3中的DOE器件，完成單束激光到多束陣列的轉變；多波長激光陣列通過多波長合束模塊4實現對多波長激光點陣空間位置的調控；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；接收光學系統6將多波長激光回波聚焦并耦合進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，對應波長的光纖分別連接到與之對應的面陣探測器8上；面陣探測器8輸出的原始信號經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，獲取目標的幾何信息和光譜信息。

其中，所述的多波長激光器組1由多臺或單臺激光器構成，發射多個激光波長，各波長激光束在空間上獨立且分離，構成對目標的主動光譜探測光源。

其中，所述的發射光學系統2對激光束進行擴散和準直，達到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，根據各個波長激光束空間分布要求，獨立設計DOE相位分布，多塊DOE組合實現多波長激光點陣照明；所述的多波長合束模塊4根據各個波長DOE器件出射光束的空間分布特點，調整其點陣空間位置，實現聚焦光斑與光纖位置一一對應。