[發(fā)明專利]一種用于激光雷達(dá)的收發(fā)波長匹配的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011331816.4
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112485802B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉博;范偉;廖勝;蔣赟
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S7/484;G01S7/4861
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

本發(fā)明公開一種用于激光雷達(dá)的收發(fā)波長匹配的方法，包括窄線寬脈沖激光器、光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)、分束棱鏡、反射鏡、反射式體布拉格光柵、光學(xué)接收系統(tǒng)、體光柵旋轉(zhuǎn)控制模塊、光電二極管、光電二極管旋轉(zhuǎn)控制模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、探測器。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的中心波長的匹配。分別利用體布拉格光柵的兩個面的布拉格衍射角度特性，將分束后的參考光和接收系統(tǒng)接收到的信號光分別入射于這兩個面，使其在相同角度下同時發(fā)生布拉格衍射，進(jìn)而達(dá)到發(fā)射信號和接收信號中心波長匹配的效果。該方法特別適用于長時間工作或者使用可調(diào)諧激光器的激光雷達(dá)系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遠(yuǎn)距離強(qiáng)背景光下的激光雷達(dá)探測，特別涉及一種用于激光雷達(dá)的發(fā)射與接收波長匹配的方法。

背景技術(shù)

在強(qiáng)背景光條件下工作時，激光雷達(dá)系統(tǒng)需要進(jìn)行光譜濾波，因此要尋找與激光器發(fā)射中心波長相匹配的窄帶濾波片，而實際中窄帶濾波片工藝難度較高，大大增加了激光雷達(dá)系統(tǒng)收發(fā)的波長匹配的難度。

反射式體光柵具有極窄的濾波帶寬，在滿足其布拉格衍射條件時，能夠慮掉大部分中心波長以外的光。

反射式體光柵的穩(wěn)定性好，具有極高的激光損傷閾值，并且其衍射具有一定的角度特性，可以實現(xiàn)可調(diào)諧濾波，因此可以通過改變其入射角度，尋找發(fā)射激光的布拉格衍射角，從而達(dá)到激光雷達(dá)的收發(fā)波長匹配的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了提升白天強(qiáng)背景光條件下應(yīng)用的激光雷達(dá)系統(tǒng)的探測性能。本發(fā)明所述方法利用一塊反射式體布拉格光柵實現(xiàn)激光雷達(dá)的收發(fā)波長的實時自動匹配，進(jìn)而提高激光雷達(dá)系統(tǒng)的實用性，避免了在傳統(tǒng)上利用干涉濾波片進(jìn)行光譜濾波時實現(xiàn)波長匹配的工藝的復(fù)雜性。

為了解決該技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于激光雷達(dá)的收發(fā)波長匹配的方法，包括窄線寬脈沖激光器、光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)、分束棱鏡、反射鏡、反射式體布拉格光柵、光學(xué)接收系統(tǒng)、反射式體布拉格光柵旋轉(zhuǎn)控制模塊、光電二極管、光電二極管旋轉(zhuǎn)控制模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、探測器。所述窄線寬脈沖激光器發(fā)出窄線寬、高重復(fù)頻率激光通過所述光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)輸入到所述分束棱鏡中一分為二：少部分進(jìn)入到所述反射鏡，經(jīng)反射鏡反射后的光輸入到反射式體布拉格光柵的第一面，利用所述的反射式體布拉格光柵旋轉(zhuǎn)控制模塊旋轉(zhuǎn)反射式體布拉格光柵使得反射鏡反射到反射式體布拉格光柵的上的光的衍射強(qiáng)度達(dá)到最高，衍射光由所述光電二極管接收，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入到所述的信號采集模塊和信號處理模塊，信號處理模塊通過處理接收的光信號得到最大衍射效率時，將這一信息反饋給所述的反射式體布拉格光柵旋轉(zhuǎn)控制模塊，從而獲得使該光束衍射效率達(dá)到最大的角度；大部分的光出射到目標(biāo)上，目標(biāo)散射回波進(jìn)入所述光學(xué)接收系統(tǒng)，經(jīng)過光學(xué)接收系統(tǒng)后通過所述反射式體布拉格光柵，由反射式體布拉格光柵衍射后被所述探測器所接收。此時，入射到反射式體布拉格光柵上的角度為具有最大衍射效率時的入射角，從而達(dá)到激光雷達(dá)收發(fā)波長匹配的效果。

進(jìn)一步地，所述窄線寬脈沖激光器的光譜寬度小于體布拉格光柵的光譜寬度。

進(jìn)一步地，所述的反射式體布拉格光柵兩個面均鍍有相應(yīng)波段的增透膜，進(jìn)一步提高背景光的抑制性能。

進(jìn)一步地，所述的反射式體布拉格光柵的光譜帶寬小于100nm，能夠?qū)崿F(xiàn)和所述激光器光譜帶寬的完美匹配。

進(jìn)一步地，所述的反射式體布拉格光柵的衍射效率大于百分之九十五，進(jìn)一步減少信號光強(qiáng)度的衰減，提高接收信號的信噪比。

進(jìn)一步地，所述的反射式體布拉格光柵的衍射中心波長按一定關(guān)系隨入射角度的改變而改變，可以實現(xiàn)可調(diào)諧激光器條件下的激光雷達(dá)的收發(fā)波長匹配。

進(jìn)一步地，所述的反射式體布拉格光柵的兩個面均具有上述相同的衍射角度特性，可以提高體光柵的利用率，降低系統(tǒng)的體積與復(fù)雜性。

進(jìn)一步地，波長匹配時的精度取決于所用的旋轉(zhuǎn)控制模塊的角度分辨率的大小。