[发明专利]收发一体激光雷达装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光雷达装置，具体涉及一种能够保证激光能量完全发射的收发一体结构激光雷达装置。

背景技术

大气信息，如风速，温度，湿度，气溶胶，云等信息对具有十分重要的作用。无论对天气预报，机场安全高效运行，大气污染物的监测，还是在军事方面的用途，都有十分重要的作用。尤其激光雷达的测量信息时空分辨率高，能够连续测量，相比传统的大气探测方式而言优势明显。

传统的激光雷达，光路一般分为同轴模式及收发分离的非同轴模式两种。但不论同轴模式还是收发分离的非同轴模式，两者之间光路上的稳定性没有差别，发射光路或者接收光路有很小的改变，就会极大的影响信号光的探测接收。因此一般的激光雷达系统每次测量前都要进行光路的调节，将光路调节至最佳状态再开始工作。即使这样，测量时间较长的情况下回波强度也会发生比较明显的减弱，需要不时的进行光路的调节来保证测量。

而收发一体系统就很好的解决了光路稳定性的问题。因为收发光路是一体的，即使出现微小的变动，发射同接收光路向一个趋势同时改变，也不会影响回波信号的接收。在光源光束不变的情况下回波信号的聚焦位置也基本不会发生变化。因此，收发一体激光雷达系统相较传统光路的激光雷达系统，光路稳定性有本质性的提高。调节完成后再次测量基本不需要调节。

高性能激光雷达系统接收一般都使用卡塞格林式的望远镜进行回波的接收采集。由于收发光路空间上的重叠性，收发一体系统需要使用偏振的手段进行发射光及回波信号的分离。即使这样，仍然无法保证光轴及附近处光路的合理性。

由于卡塞格林式望远镜次镜为凸面反射镜，光轴中心处一小区域内的光会直接反射进入接收系统，对灵敏度极高的探测器造成损坏。光轴附近一定半径范围内的发射光经过反射后并不能照射在主镜上发射出去，又会照成激光能量的浪费。并且考虑到光束中心能量密度是最高的，这种使用卡塞格林望远镜对能量的损失占到了光源能量相当大的比例。

现有卡塞格林结构的收发一体激光雷达系统为了解决光轴光直接反射的问题，在望远镜前的光轴处增加一个很小的遮挡装置，防止直接反射的发生。但是这样依然没有解决对发射能量的浪费问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种保证光束完全出射，消除卡塞格林次镜直接反射干扰的收发一体激光雷达装置，以弥补已有技术的不足。

本发明通过对现有收发一体激光雷达系统的改进，解决现有系统中存在的问题。通过改变进入望远镜前发射光的形状，将其变为合适大小的环形，经过望远镜次镜反射后所有能量都可以发射，不会造成激光器能量的浪费，也消除了次镜直接反射的影响。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种收发一体激光雷达装置，其特征在于包括偏振激光器，所述偏振激光器发出的光经过扩束镜进行扩束，然后经过由锥透镜a和锥透镜b后由偏振分束器进行反射，再经过四分之一波片后，通过凹透镜将光束匹配进入卡塞格林望远镜平行发射进入大气；回波经过卡塞格林望远镜、凹透镜变为平行光，再经过四分之一波片，通过偏振分束器透射后由接收透镜将信号光采集送至光电探测器，数据采集系统将采集到的光电探测器的输出数据传输至数据处理计算机，由数据处理计算机反演得到相关的信息；所述的锥透镜a和锥透镜b规格相同，且两个锥透镜锥面同轴相对，由扩束镜发出的平行光束由锥透镜a的端面垂直进入，由锥透镜b的端面出射后变成截面为光圈的光束。

上述收发一体激光雷达装置还包括锥透镜距离调节装置，所述的锥透镜距离调节装置用于调节两个锥透镜的距离。该设计可以自由的调节两个锥透镜的距离，从而保证不同的需求。

本发明的另一种方案如下：一种收发一体激光雷达装置，其特征在于包括偏振激光器，所述偏振激光器发出的光经过扩束镜进行扩束，然后经过柱形玻璃，由偏振分束器进行反射，再经过四分之一波片后，通过凹透镜将光束匹配进入卡塞格林望远镜平行发射进入大气；回波经过卡塞格林望远镜、凹透镜变为平行光，再经过四分之一波片，通过偏振分束器透射后由接收透镜将信号光采集送至光电探测器，数据采集系统将采集到的光电探测器的输出数据传输至数据处理计算机，由数据处理计算机反演得到相关的信息；所述的柱形玻璃的光束入射端面为内凹锥面，出射端面为同前锥面相同倾角的外凸锥面；同轴光束经过柱形玻璃后变成截面为光圈的光束。

本发明将光束变为光圈光束后，解决了光轴一小区域范围的光上直接发射进入接收系统的问题，也使激光全部出射，显著提高了效率。

附图说明

图1是本发明使用两个锥透镜的收发一体整体系统结构示意图。