專利名稱：一種用于條紋管激光雷達3d多光譜探測的接收裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，屬于光電成像技術領域。
背景技術：
多光譜成像技術不同于傳統的單一波段成像技術，它將成像技術和光譜測量技術結合在一起，獲取的信息不僅包括二維空間信息，還包括隨波長分布的光譜福射信息，形成所謂的數據立方體，擴展了傳統探測技術的功能，是光電探測技術的一個質的飛躍，該技術的最大特點是能夠將工作光譜區精細劃分為多個譜端，并同時在各譜段對目標場景成像探測。由于絕大多數物質都有其獨特的輻射、反射或吸收光譜的特征，因此根據探測器上探測到的目標物光譜分別特征，可以準確的分辨像素對應的目標成分。將三維成像與多光譜相結合，形成3D多光譜主動探測技術，利用目標的三維信息和多光譜信息同時進行探測，可·以進一步提聞目標探測的準確性。波長轉換裝置是實現3D多光譜探測的關鍵技術，原理上，很多技術可以完成波長的轉換。例如可以利用非線性光學技術如拉曼散射、受激拉曼散射和諧波頻率產生實現波長轉換。然而，這些技術需要復雜的光學裝置，而且轉換效率依賴于轉換的光強。這種轉換效率對光強依賴的方法不適合于激光雷達接收端，因為接收端的信號非常弱(在皮瓦數量級)。此外，這種方法很難獲得高的波長轉換效率。在某些情況下，可以通過提高接收端的波長轉換效率來增強接收端的光增益。然而這種技術會大大提高接收端的復雜度和成本。本發明的波長轉換裝置不同于非線性光學實現的波長轉換，它沒有改變特定光的波長，只是通過光電變換方式實現波長的轉變。

發明內容
本發明是為了解決目前條紋管激光雷達3D多光譜探測中多波長轉換的問題，提出一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。本發明的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，該裝置包括接收望遠鏡、分光光柵、多波長轉換系統、準直微透鏡陣列、條紋管、耦合光錐、CCD相機、計算機。其中多波長轉換系統由光電探測器陣列、互阻放大器陣列、跨導放大器陣列、垂直腔面激光發射器陣列構成。所述的光電探測器陣列為InGaAs或PbSe等PIN光電二極管陣列。所述的互阻放大器陣列的作用是將電流轉換成放大的電壓，對信號進行一級放大，放大倍數為40-50倍；所述的跨導放大器陣列的作用是將電壓轉換為放大的電流，對信號進行二級放大，放大倍數為40-50倍。所述的垂直腔面激光器是一種出射光束方向與半導體外延片表面垂直的激光器，該垂直腔面激光器發射的激光波長與條紋管的陰極的波長響應峰值相同。工作過程為接收望遠鏡將經目標散射后的含有目標多光譜和3D信息的多波長激光束接收并匯聚至分光光柵，分光光柵將接收到的混合多波長激光束分光后形成不同波長的回波激光束，不同波長的回波激光束照射至光電探測器陣列，光電探測器陣列對不同強度的多波長回波激光束進行光電轉換，形成與入射光強成正比例的電流信號，互阻放大器陣列將電流信號轉換成放大的電壓信號，對信號進行一級放大，跨導放大器陣列將電壓信號轉換成放大的電流信號，對信號進行二級放大，經二級放大后的電流信號驅動垂直腔面激光發射器發射同一波長不同光強的激光，垂直腔面激光器出射的激光光強大小由驅動電流信號決定，從垂直腔面激光器出射的激光經過準直微透鏡陣列準直后照射到多狹縫條紋管的光電陰極的多條狹縫上并產生多束光電子束，多束光電子束通過條紋管內部的高壓掃描電路加速偏轉轟擊條紋管內部的熒光屏，并在熒光屏不同區域內形成多光譜圖像，所形成的熒光屏多光譜條紋圖像通過耦合光錐耦合成像在CCD相機上，形成含有目標多光譜和3D信息的條紋圖像，形成的條紋圖像送入計算機處理后重構出帶有待測目標多光譜信 息的三維圖像；上述的CCD相機與條紋管突光屏通過稱合光錐稱合，CCD相機的電信號輸出端與計算機相連。有益效果本發明解決了條紋管激光雷達3D多光譜探測系統的多波長轉換難題，將含有目標多光譜和3D信息的多波長激光轉換成條紋管光電陰極可以響應的波長，具有轉換效率高，轉換帶寬寬的優點，可以廣泛應用于條紋管激光雷達3D多光譜探測。


圖I是實施例中用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置結構示意圖；其中，I-接收望遠鏡，2-分光光柵,3-多波長轉換系統,4-準直微透鏡陣列,5-條紋管，6-耦合光錐，7-CXD相機，8-計算機，9-光電探測器陣列，10-互阻放大器陣列，11-跨導放大器陣列，12-垂直腔面激光發射器陣列。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。實施例一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，如圖I所示，該裝置包括接收望遠鏡I、分光光柵2、多波長轉換系統3、準直微透鏡陣列4、條紋管5、稱合光錐6, CCD相機7和計算機8，其中多波長轉換系統3由光電探測器陣列9、互阻放大器陣列10、跨導放大器陣列11和垂直腔面激光發射器陣列12構成。所述的光電探測器陣列9由波長響應峰值分別為λ l=1064nm、λ 2=532nm、λ 3=355nm的InGaAs或PbSe PIN光電二極管構成。所述的互阻放大器陣列10的作用是將電流轉換成放大的電壓，對信號進行一級放大，放大倍數為50倍所述的跨導放大器陣列11的作用是將一級放大后的電壓轉換成放大的電流，對信號進行二級放大，放大倍數為50倍所述的垂直腔面激光發射器陣列12發射的激光波長為λ 4=650nm ；所述的條紋管5的光電陰極面響應峰值為λ 4=650nm ；工作過程為接收望遠鏡I將含有目標多光譜和3D信息的混合多波長激光束λ I、λ 2、λ 3接收并匯聚至分光光柵2，分光光柵2將接收到的混合多波長激光束分光后形成波長分別為λ I、λ 2、λ 3的回波激光束，波長為λ I、λ 2、λ 3的回波激光束分別照射至光電探測器陣列9，光電探測器陣列9對波長為λ 、λ2、λ 3的回波激光束分別進行光電轉換，形成與入射光強成正比例的電流信號，互阻放大器陣列10將電流信號轉換成放大的電壓信號，對信號進行一級放大，跨導放大器陣列11將一級放大后的電壓信號轉換 成放大的電流信號，對信號進行二級放大，經過二級放大后的電流信號驅動垂直腔面激光器陣列12發射同一波長為λ 4不同光強的激光，垂直腔面激光發射器出射的波長為λ 4的激光光強大小由對應的驅動電流大小決定，從垂直腔面激光發射器出射的波長為λ 4的激光經過準直微透鏡陣列4準直后照射到光電陰極波長響應峰值為λ 4的多狹縫條紋管5的多條狹縫上并產生多束光電子束，多束光電子束通過條紋管內部的高壓掃描電路加速偏轉轟擊條紋管內部的熒光屏，并在熒光屏不同區域內形成多光譜條紋圖像，所形成的熒光屏多光譜條紋圖像通過耦合光錐6耦合成像在CXD相機7上，形成含有目標多光譜和3D信息的條紋圖像，形成的條紋圖像送入計算機8處理后重構出帶有待測目標多光譜信息的三維圖像；上述的CXD相機7與條紋管5的熒光屏通過耦合光錐6耦合，CXD相機7的電信號輸出端與計算機8相連。工作原理所述的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置采用了由垂直腔面激光發射器陣列12為主體的技術，經目標反射的混合多波長回波激光束通過分光光柵2分光后,形成波長分別為λ I, λ 2, λ 3的回波激光束,波長分別為λ1，λ2, λ3的回波激光束通過光電探測器陣列9轉換成與入射光強度成正比例的電流信號il，i2， 3,電流信號il，i2， 3經過互阻放大器陣列10轉換成放大的電壓信號A*vl，Α*ν2，Α*ν3，其中A為互阻放大器陣列10的互阻增益，對信號進行一級放大，放大后的電壓信號經過跨導放大器陣列11轉換成放大的電流信號B*A*il，B*A*i2，B*A*i3，其中B為跨導放大器陣列11的跨導增益，對信號進行二級放大，放大后的電流信號B*A*il，B*A*i2，B*A*i3分別驅動垂直腔面激光器發射器陣列12發射波長為650nm的激光，光強度分別為II，12，13，光強度II，12，13與電流信號B*A*il，B*A*i2，B*A*i3成正比例變化，垂直腔面激光發射器12發射的激光經微透鏡陣列準直后入射至多狹縫條紋管的光電陰極，并產生多束光電子束，多束電子束在條紋管的突光屏上激發突光，并通過稱合光錐6在CCD相機7上形成含有目標多光譜和3D信息的條紋圖像，形成的條紋圖像送入計算機8處理后重構出帶有待測目標多光譜信息的三維圖像。
權利要求
1.一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，其特征在于該裝置包括接收望遠鏡(I)、分光光柵(2)、多波長轉換系統(3)、準直微透鏡陣列(4)、條紋管(5)、耦合光錐(6)、C⑶相機(7)和計算機(8)，其中多波長轉換系統(3)由光電探測器陣列(9)、互阻放大器陣列(10)、跨導放大器陣列(11)和垂直腔面激光發射器陣列(12)構成； 接收望遠鏡(I)將含有目標多光譜和激光束接收并匯聚至分光光柵(2 )，分光光柵(2 )將接收到的激光束分光后形成回波激光束，回波激光束分別照射至光電探測器陣列(9)，光電探測器陣列(9)對回波激光束分別進行光電轉換，形成與入射光強成正比例的電流信號，互阻放大器陣列(10)將電流信號轉換成放大的電壓信號，對信號進行一級放大，跨導放大器陣列(11)將一級放大后的電壓信號轉換成放大的電流信號，對信號進行二級放大，經過二級放大后的電流信號驅動垂直腔面激光器陣列12發射同一波長不同光強的激光，垂直腔面激光發射器出射激光光強大小由對應的驅動電流大小決定，從垂直腔面激光發射器出射激光經過準直微透鏡陣列(4)準直后照射到多狹縫條紋管(5)的多條狹縫上并產生多束光電子束，多束光電子束通過條紋管內部的高壓掃描電路加速偏轉轟擊條紋管內部的熒光屏，并在熒光屏不同區域內形成多光譜條紋圖像，所形成的熒光屏多光譜條紋圖像通過耦合光錐(6)耦合成像在CCD相機(7)上，形成含有目標多光譜和3D信息的條紋圖像，形成的條紋圖像送入計算機(8)處理后重構出帶有待測目標多光譜信息的三維圖像； 上述的C⑶相機(7)與條紋管(5)的熒光屏通過耦合光錐(6)耦合，C⑶相機(7)的電信號輸出端與計算機(8)相連。
2.根據權利要求I所述的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，其特征在于光電探測器陣列(9)由光電二極管構成。
3.根據權利要求2所述的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，其特征在于光電探測器陣列(9)由波長響應峰值分別為λ l=1064nm、λ 2=532nm、λ 3=355nm的InGaAs或PbSe PIN光電二極管構成。
4.根據權利要求I所述的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，其特征在于互阻放大器陣列(10)對信號進行一級放大，放大倍數為40-50倍。
5.根據權利要求I所述的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，其特征在于跨導放大器陣列(11)對信號進行二級放大，放大倍數為40-50倍。
6.根據權利要求I所述的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，其特征在于垂直腔面激光發射器陣列(12)發射的激光波長為λ 4=650nm。
7.根據權利要求I所述的一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，其特征在于條紋管(5)的光電陰極面響應峰值為λ 4=650ηπι。
全文摘要
本發明涉及一種用于條紋管激光雷達3D多光譜探測的接收裝置，屬于光電成像技術領域。該裝置包括接收望遠鏡、分光光柵、多波長轉換系統、準直微透鏡陣列、條紋管、耦合光錐、CCD相機、計算機。其中多波長轉換系統由光電探測器陣列、互阻放大器陣列、跨導放大器陣列、垂直腔面激光發射器陣列構成。本發明解決了條紋管激光雷達3D多光譜探測系統的多波長轉換難題，將含有目標多光譜和3D信息的多波長激光轉換成條紋管光電陰極可以響應的波長，具有轉換效率高，轉換帶寬寬的優點，可以廣泛應用于條紋管激光雷達3D多光譜探測。
文檔編號G01S17/89GK102901957SQ201210361179
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者韓紹坤, 趙文 申請人:北京理工大學