專利名稱：激光雷達能見度儀及其收發同軸光學系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光設備技術領域，具體是指激光能見度儀收發光學系統。
背景技術：
激光雷達能見度儀具有體積小，測量精度高的優點，并且可以實現多角度、全天候探測，獲得水平及斜程能見度信息，對于提高航空安全具有重要意義。目前國內外常用的激光雷達能見度儀采用發射光束與接收光束非同軸設計，此種結構的發射激光束不會對信號探測器構成威脅， 但是存在著使發射光束與接收光束的光軸調平問題，在環境溫度影響下，兩軸的平行度可能發生改變，造成測量數據失真。此外，非同軸結構存在探測盲區，在測量中需考慮幾何重疊因子的影響。

發明內容
本發明的主要目的是提供一種激光能見度儀及其收發同軸光學系統，可有效避免非同軸激光雷達能見度儀發射與接收光路調平問題，不受幾何重疊因子影響，且收發同軸的結構可使激光雷達能見度儀體積小、重量輕、結構緊湊。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，其包括焦距為的透鏡、中心具有小孔的反射鏡、焦距為f2的透鏡、濾光片和焦距為f3的透鏡，其中在激光器出射光束的后續光路上依次設置有焦距為的透鏡、中心具有小孔的反射鏡，激光器出射光束經所述透鏡聚焦、穿過所述反射鏡中心小孔后耦合進所述收發光纖并導入望遠鏡系統，所述望遠鏡系統接收到的大氣回波信號再次進入所述收發光纖，然后經過所述反射鏡反射后，再通過焦距為f2的透鏡轉換為平行光束，由濾光片濾除所述平行光束的背景光后進入到焦距為f3的透鏡并耦合進接收光纖。優選地，所述中心具有小孔的反射鏡偏軸放置傾角為45°。優選地，所述收發光纖的光纖頭位于焦距為的透鏡的焦點位置。優選地，所述焦距為f2的透鏡、濾光片、焦距為f3的透鏡平行且同軸放置，三者的中心軸垂直于激光器出射光束的光軸。優選地，所述濾光片的帶寬為0. 2nm。優選地，所述接收光纖的光纖頭位于焦距為f3的透鏡的焦點位置。一種激光雷達能見度儀，其包括上述任意所述激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，所述收發同軸光學系統通過輸入光纖與激光器連接、通過收發光纖與望遠鏡系統連接、通過接收光纖與光電探測器連接，所述光電探測器連接嵌入式計算機。優選地，所述望遠鏡系統的主鏡的兩側表面鍍有增透膜。實施本發明的技術方案，具有以下有益效果本發明提供的激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，結構簡單，通過光纖直接連接外部器件，無需進行外部光路調整。有效解決了非同軸激光雷達能見度儀受幾何重疊因子影響的不足，并避免了發射與接收光路調平問題。該系統的引入可使激光雷達能見度儀體積減小、重量降低、結構更加緊湊。


圖I為本發明實施例提供 的激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統結構示意圖；圖2為本發明實施例提供的同軸激光雷達能見度儀的結構示意圖。本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明實施例提供一種激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，如圖I和圖2所示，該光學系統在輸入光纖I引入的激光器111的出射光束的后續光路上依次設置有焦距為的透鏡2、中心具有小孔的反射鏡3，激光器出射光束經透鏡2聚焦，穿過反射鏡3中心小孔后耦合進收發光纖4。反射鏡3中心小孔既要保證能夠使激光器111出射光束正常通過。同時還要足夠小，以減小反射鏡3反射大氣回波信號時因其所造成的損耗。收發光纖4將出射光束導入望遠鏡系統113后，由望遠鏡系統113的主鏡9進行擴束并發射。望遠鏡系統113接收到的大氣回波信號再次進入收發光纖4，再經過反射鏡3反射后，再通過焦距為f2的透鏡5轉換為平行光束，由濾光片6濾除該平行光束的背景光后進入到焦距為f3的透鏡7并耦合進接收光纖8，接收光纖8與光電探測器121相連，從而完成信號的采集過程。在上述實施例中，優選地,所述中心具有小孔的反射鏡3偏軸放置傾角為45°，使大氣回波信號光軸方向改變90°入射到焦距為f2的透鏡5。在上述實施例中，優選地，所述收發光纖4的光纖頭位于焦距為的透鏡2的焦點位置。在上述實施例中，優選地，所述焦距為f2的透鏡5、濾光片6、焦距為f3的透鏡7平行放置，其中心軸垂直于激光器111的出射光束的光軸。在上述實施例中，優選地，所述濾光片6帶寬為0. 2nm,以有效濾除背景光。在上述實施例中，優選地，所述接收光纖8的光纖頭位于焦距為f3的透鏡7的焦點位置，將耦合進的大氣回波信號導入光電探測器121。在上述實施例中，優選地，所述望遠鏡系統113的主鏡9的兩側表面鍍有增透膜，以減少同主鏡9產生的雜散光對光電探測器121造成的影響。在上述實施例中，優選地，所述系統為獨立一體化結構，通過輸入光纖I與激光器111連接、通過收發光纖4與望遠鏡系統113連接、通過接收光纖8與光電探測器121連接。如圖2所示，引入收發同軸光學系統112的激光雷達能見度儀，包括激光收發單元110、信號采集與控制單元120，其中所述激光收發單元110包括激光器111、收發同軸光學系統112、望遠鏡系統113，所述信號采集與控制單元120包括光電探測器121、嵌入式計算機122。收發同軸光學系統112通過光纖分別與激光器111、望遠鏡系統113、光電探測器121相連接。
測量開始，激光器111的出射光束經過收發同軸光學系統112后，由望遠鏡系統113射入大氣，望遠鏡系統113接收到的大氣回波信號再次進入收發同軸光學系統112，而后導進光電探測器121。嵌入式計算122與激光器111和光電探測器121相連，用于控制激光器運行并對探測器接收信號進行處理，反演能見度值，完成整個測量。
上述實施例提供的激光能見度儀收發同軸光學系統結構簡單，機械加工精度要求不高，成本低；通過光纖直接連接外部器件，無需進行外部光路調整，極易進行安裝；該系統有效解決了非同軸激光雷達能見度儀受幾何重疊因子影響的不足，并避免了發射與接收光路調平問題。其引入可使激光雷達能見度儀體積減小、重量降低、結構更加緊湊。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，其特征在于，包括焦距為的透鏡、中心具有小孔的反射鏡、焦距為f2的透鏡、濾光片和焦距為f3的透鏡，其中在激光器出射光束的后續光路上依次設置有焦距為fi的透鏡、中心具有小孔的反射鏡，激光器出射光束經所述透鏡聚焦、穿過所述反射鏡中心小孔后耦合進收發光纖并導入望遠鏡系統，所述望遠鏡系統接收到的大氣回波信號再次進入所述收發光纖，然后經過所述反射鏡反射后，再通過焦距為f2的透鏡轉換為平行光束，再由濾光片濾除所述平行光束的背景光后進入到焦距為f3的透鏡并耦合進接收光纖。
2.如權利要求I所述激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，其特征在于，所述中心具有小孔的反射鏡偏軸放置傾角為45°。
3.如權利要求I或2所述激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，其特征在于，所述收發光纖的光纖頭位于焦距為的透鏡的焦點位置。
4.如權利要求I所述激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，其特征在于，所述焦距為f2的透鏡、濾光片、焦距為f3的透鏡平行且同軸放置，三者的中心軸垂直于激光器出射光束的光軸。
5.如權利要求I所述激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，其特征在于，所述濾光片的帶寬為O. 2nm。
6.如權利要求I所述激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，其特征在于，所述接收光纖的光纖頭位于焦距為f3的透鏡的焦點位置。
7.一種激光雷達能見度儀，其特征在于，包括權利要求1-6任意所述激光雷達能見度儀的收發同軸光學系統，所述收發同軸光學系統通過輸入光纖與激光器連接、通過收發光纖與望遠鏡系統連接、通過接收光纖與光電探測器連接，所述光電探測器連接嵌入式計算機。
8.如權利要求7所述激光雷達能見度儀，其特征在于，所述望遠鏡系統的主鏡的兩側表面鍍有增透膜。
全文摘要
本發明涉及一種激光雷達能見度儀及其收發同軸光學系統，在激光器出射光束的后續光路上依次設置透鏡、中心具有小孔的反射鏡，激光器出射光束經透鏡聚焦，穿過反射鏡中心小孔后耦合進收發光纖，導入望遠鏡系統進行發射，大氣回波信號通過望遠鏡系統再次進入收發光纖，光束被反射鏡反射后經過透鏡組和濾光片耦合進接收光纖，接收光纖與探測器相連，從而完成信號的采集。本發明提供的收發同軸光學系統，有效避免了非同軸激光雷達能見度儀發射與接收光路調平問題，不受幾何重疊因子影響，且收發同軸的結構可使激光雷達能見度儀體積小、重量輕、結構更加緊湊。
文檔編號G02B23/00GK102621558SQ20121000388
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月8日 優先權日2012年1月8日
發明者孫東松, 楊少辰 申請人:楊少辰