[其他]宽视角水下激光能量接收器

说明书

本发明属于水下激光观察装置。

已有技术中，例如，激光在海洋学上的应用，《国外激光》1972年第四期：海下激光探测装置，《CceanAge》Vol.36No.51972。以及上海交通大学研制的扫描氦氖水下激光电视和山东海洋学院研制的自准扫描式氢激光水下电视等国内外水下激光观察技术都是以减小激光在水下传输时的后向散射来提高观察距离，目前水下激光观察可达1～2倍圆盘透明度（3.5～7个衰减长度），视角小于30°。减小观察视角到2°的距离选通电视可以达到三倍以上圆盘透明度距离，是一般水下电视的2～6倍。尽管如此，水下激光观察设备仍未得到广泛应用，其原因是长期以来单纯追求观察距离，使视角和景深太小，这样在水下使用时观察范围太小，对目标的搜索和识别都很困难，对运动目标更甚。此外，已有技术使绝大部分水下激光观察设备的体积、重量以及耗电量都较大，这样无论是装艇还是潜水员使用都非常不便。另外，一般进口的水下电视，在我国沿海使用时，因水质混浊，观察距离太近，景深也很小，观察范围更小，水下搜索和观察运动目标时，难以根据运动目标的远近随时调节景深，所以对水下目标不易识别，某些场合甚至无法使用。

因而，本发明的目的是提供一种宽视角、全景深、视场均匀、体积小、重量轻、成本低的扫描式水下激光观察装置的能量接收器。

为了便于理解本发明的构思，简要的说明一下水下观察、识别物体的情况是适宜的。由于水的强吸收和散射观察距离较近而在水下观察时，绝大多数场合观察设备可以尽量接近目标，又根据我国沿海水域水质较混的具体情况，一般观察距离很小，而且，在水下观察作业时，往往目标和观察设备是相对运动的。为此，水下激光观察应着眼于解决在一定观察距离上尽量扩大观察范围（视角×距离）即往宽视角、全景深方向发展。激光水下观察装置的宽视角、全景深的关键技术是宽视角、全景深激光能量接收器。

附图说明：图示为本发明的结构光路图。

如图所示，本发明所述的宽视角水下激光能量接收器主要是由下列五个主要部件组合而成：一只高量子效率，低噪声的光电转换器件〔4〕，置于电磁屏蔽盒（图中未画出）内，并可沿光轴00′移动;由两组物镜构成接收物镜〔2〕〔3〕，其光轴有一定夹角，当激光照明目标，0点左侧目标光能由物镜组〔2〕接收，右侧目标光能由物镜组〔3〕接收，目标中间0点附近光能由物镜〔2〕〔3〕各接收光能的一半。接收物镜〔2〕〔3〕与光电转换器件之间有一个可变光栏〔5〕;接收物镜的前面有光学玻璃窗口〔1〕，以保护和密封其内的部件;光学玻璃窗口的前方，根据需要可以嵌上和取下与激光波长相匹配的滤光片（图中未画），以分别适于白天和夜间观测。

下面是本发明的具体实施例：

参见本实施例的结构光路图。

该激光能量接收器的接收物镜是由光轴夹角ω小于90°的两组透镜〔2〕〔3〕构成，每组透镜均由两只参数相同的透镜组成。两组透镜的光轴夹角ω的大小直接决定激光能量接收器的接收视角的大小，若光学玻璃窗口〔1〕内外均为水或空气的相同介质，则视角为2ω;若接收器在大气中工作，光学玻璃窗口〔1〕和透镜组〔2〕〔3〕之间充满水（可以灌注蒸馏水），则接收视角大于2ω;若接收器在水中工作，光学玻璃窗口〔1〕和透镜组〔2〕〔3〕之间为空气，则接收视角小于2ω。本发明取光轴夹角ω为60°，物镜组的通光孔径选φ40，则透镜组的焦距为27.6毫米，获得水下水平视角为70°～120°。光电转换器件选用光电倍增管作为激光能量接收和光电转换器件，可变光栏〔5〕和光电倍增管〔4〕固定在光电倍增管的屏蔽盒上（图中未画），并且光栏〔5〕贴近光电倍增管〔4〕的阴极面。阴极面调整范围在主焦点和透镜组〔2〕〔3〕之间，调节光电倍增管〔4〕和可变光栏〔5〕，可以改善宽视场内各点被接收光能量的均匀性以保证水下宽视角观察时中心和边缘图象的均匀，上述的接收物镜〔2〕〔3〕，也可以由四组结构相同透镜组构成，得到水平和垂直的宽视角结构。

通过以上叙述，本发明的特点是显而易见的，该激光能量接收器可以在具有小阴极接收面时得到大口径、宽视角、全景深和视场均匀，可以与低功率激光（5～10毫瓦）相配合，组成观察距离为一倍圆盘透明度，水下视角为70°～120°的扫荡式水下电视。由于结构简单，体积小、重量轻、使水下激光电视耗电省、使用方便，使之不仅在水下得以广泛使用，并且，该能量接收器还可以作为大气中激光测量和观察装置的能量接收器。

目前用该方案制得的宽视角能量接收器的观察范围明显地优于国内外的水下激光观察设备和水下电视的观察范围。