[实用新型]一种基于同轴光学及单光子探测技术的新型激光雷达

说明书

本实用新型提供了一种基于同轴光学及单光子探测技术的新型激光雷达系统及检测方法，通过将一定频率的脉冲激光通过同轴激光装置发射到大气中，大气会对激光产生散射作用，后向散射激光通过同轴接收镜接收后，将光线聚焦，然后投射到探测器上；探测器可以实现自动增益调节，一旦有光信号输入，会输出脉冲信号；脉冲信号通过射频线缆进入TCSPC数据采集装置中，该装置可以实现32ps的分辨精度，因此可以准确的分辨信号的输入时间；信号采集后，后级算法会对数据进行实时处理，分析当前大气的状态，污染物的距离以及污染物的形态等。该雷达适于云高测试、团雾监测、污染物排放监测、激光测距、大气气溶胶监测、臭氧层测试、温湿度监测等等。

技术领域

本实用新型属于光学检测技术领域，尤其涉及一种基于同轴光学及单光子探测技术的新型激光雷达系统

背景技术

随着工业发展，大气污染越来越受到国家的重视，因此科研院所以及公司单位研发了一些可以监测大气状态的设备，其中一类设备为大气遥感设备，即可以测量监测远距离的大气参数状态，但是市场上该类设备存在着测量盲区大、稳定性差、测量精度不够高等现象。

实用新型内容

本实用新型基于上述问题提供了一种基于同轴光学及单光子探测技术的新型激光雷达，该雷达可以自主运行，具有稳定可靠、自动校准、盲区小、测量精度高、空间分辨率高等有点，为大气的研究分析提供一定的数据支持。

本实用提供的一种基于同轴光学及单光子探测技术的新型激光雷达，包括：

同轴激光装置、3D振镜调节装置、单光子探测器、TCSPC数据采集装置，其中，

所述同轴激光装置包括接收单元、发送单元、折射镜、偏振脉冲激光器，所述偏振脉冲激光器用于输出频率可控的脉冲激光信号，所述脉冲激光信号经过折射镜以及发送单元发射到大气中，所述接收单元用于接收大气对所述脉冲激光信号产生散射作用后的后向散射激光信号；

所述3D振镜调节装置，用于在接收到所述后向散射激光信号后，进行动态多维度角度调整光信号方向以及强度，自动校正光学偏差，实现光路的修正；

所述单光子探测器，用于在接收到修正后的所述散射激光信号后将光信号转换为电脉冲信号，并且通过动态调整工作电压实现自动增益控制，过滤无用光信号；

所述TCSPC数据采集装置，用于对接收到的经过过滤后的电脉冲信号进行分析处理，实现高端经度的距离测量以及高空间分辨率的大气数据分析。

优选的，所述同轴激光装置还包括加热装置，用于当环境温度低于激光器工作最佳温度时，对所述偏振脉冲激光器进行加热。

优选的，所述激光器最佳温度范围为15℃～35℃。

优选的，所述还包括制冷装置，所述制冷装置采用水冷模式，通过水泵推动液体流动，及时带走所述偏振脉冲激光器以及所述单光子探测器的热量，使得雷达工作在最佳的温度状态。

优选的，所述同轴激光装置的接收单元采用卡塞格林光学结构，所述发送单元与所述接收单元采用共轴设计，通过调节两级折射的发射角度，实现光路发射路径与卡塞林接收视场角处于同一个轴线上。

优选的，所述3D振镜调节装置通过所述TCSPC数据采集装置来控制，当所述单光子探测器输出信号过大时，趋于饱和状态时，微调所述3D振镜调节装置，使得进入所述单光子探测器的光信号减少，当所述单光子探测器输出信号偏弱时，趋于饱和状态时，微调所述3D振镜调节装置，使得进入所述单光子探测器的光信号增强。

优选的，所述单光子探测器采用工作在盖格模式的PMT或者APD来接收光子信号，通过动态调整工作电压来实现自动增益控制，所述单光子探测器的监测范围为10^-9W—10^-18W，通过所述单光子探测器中的门控电路过滤掉无用的光信号。