[发明专利]一种小角度分光光机装置及快速装调方法

说明书

本发明公开了一种小角度分光光机装置及快速装调方法，小角度分光光机装置由光机装置和标定装置组成，所述光机装置包括分光光路盒和光束引导元件，光束引导元件设置于分光光路盒内，组合实现目标输入复色光信号的高效分离与输出；所述标定装置包括外螺纹接口、消色差透镜和CMOS相机，用以辅助快速调整光机装置中各光束引导元件至预定工作状态。本发明中光机装置采用一体化设计，具备体积小、光机结构简练、连接方便等优点，对频谱上靠近(nm量级)的复色光信号的分离非常有效，可在转动拉曼激光雷达系统的研制过程中得到应用。

技术领域

本发明属于激光雷达领域，具体涉及一种采用小工作角度分光器件分离目标光信号的光机装置，以及装置的快速装调方法。

背景技术

转动拉曼激光雷达是遥感中低空大气温度的有效探测手段。转动拉曼激光雷达的测温原理是，在局地热平衡条件下，大气分子布局数满足Boltzmann分布(玻尔兹曼分布)，进而由大气分子(主要为N₂和O₂分子)产生的转动拉曼谱线强度与温度相关。提取两路具有相反温度依赖关系的拉曼回波信号作比，建立拉曼信号比与温度之间的关联即可直接反演温度。对中低空大气，由于大气分子数密度足够大，分子碰撞足够频繁，局地热平衡条件极易满足，进而转动拉曼激光雷达具有极高的理论测温精度，且整体技术要求并不苛刻。当前，转动拉曼激光雷达系统在技术已较为成熟，并在大气温度遥感探测领域表现优异。

在研制转动拉曼激光雷达光学接收系统时，关键是有效分离并提取两路具有相反温度依赖关系的拉曼谱线信号。通常，待提取的两路目标拉曼谱线信号在频域上距离发射激光波长很近(仅为数个nm)。为尽量提升光学接收系统传输效率以增强目标拉曼回波信号强度，相比而言目前最为合适的光学分光方案是采用小角度工作(例如，～5-7°)的分色器件(例如，分色镜)分离两路拉曼信号。小工作角度分色镜能同时提供优秀的反射率和透射率，进而将各路目标拉曼信号高效分离开来。但小角度分色镜中心工作波长与工作角度相关，这要求在系统装调时，采取有效措施保障装调后分色镜工作角度确实为既定工作角。当前，采用分立的高精度组合机械调节机构，可以精细调整分色镜工作角度进而到达预定工作状态。但分立的光学布局方案，以及精细的机械调节机构，常导致整体光路占用空间较大(例如，长度可达米量级)；最大缺陷是装调过程较为麻烦，需要额外引入各种辅助调节装置及专业检测工具，且辅助设施接入时不方便。因此，使用现有技术不利于提升整体系统长期工作的稳定性(尤其是在移动式外场实验应用条件下)，也不利于系统的小型化、模块化设计与集成，这对系统的推广应用带来不便。

发明内容

本发明的目的是提出了一种小角度分光光机装置及快速装调方法，采用一体化、模块化设计，将光学设计和机械设计有机结合起来，极大程度地降低了分光系统的整体占用空间，且在标定装置的辅助下，能够直观地将光学元件快速调整至目标工作状态，具备体积小、结构简练、装调方便等优点。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案是一种小角度分光光机装置，由光机装置和标定装置组成，

所述光机装置包括分光光路盒和光束引导元件，光束引导元件设置于分光光路盒内，组合实现目标输入复色光信号的高效分离与输出；

所述标定装置包括外螺纹接口、消色差透镜和CMOS相机，用以辅助快速调整光机装置中各光束引导元件至预定工作状态；

所述分光光路盒包括输入孔，光通道1、光通道2和光通道3，以及输出孔EX1、EX2、EX3a和EX3b；输入孔为来射准平行光提供输入通道；光通道1、光通道2和光通道3采用“Z”型结构布局，为反射后光信号提供机械传播通道；输出孔为各路分离后光信号提供输出接口；