一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统，该系统采用单模激光环行器作为发射和接收端口，通过消色差变焦系统，使激光在目标处汇聚，同时收集目标返回的带有轴向速度信息的回波信号。该系统可以把激光聚焦在5米至200米处的某一固定位置，获取该处目标的轴向速度信息，尤其适合道路汽车速度测量应用和河流或管道的液体测量，以及对特定距离上的气体流速测量应用。

A laser radar optical path system based on optical fiber circulator

The invention discloses a laser radar optical system based on optical fiber circulator, the system uses single-mode laser circulator as transmitting and receiving port, through the achromatic zoom system, the laser focused on the target, with the axial velocity information of the echo signal and collect target return. The system can focus the laser on a fixed position from 5 meters to 200 meters, get the axial velocity information of the target, especially for road vehicle speed measurement applications, liquid measurement of rivers or pipes, and the application of gas velocity measurement on specific distances.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统
本专利技术涉及激光雷达光路系统，尤其涉及一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统。
技术介绍
当物质波或电磁波到达物体表面被反射时，如果物体相对于波源在波的传播方向移动，物体接收到的频率和反射波的频率会与出现差异，这就是多普勒效应。利用多普勒效应，通过检查波源与反射波的频率差值，结合波的传播速度、频率等信息，可以计算得到目标物体相对于波源的移动速度。随着激光技术和光纤技术的迅猛发展，多普勒激光雷达得以在测速领域大显身手。光纤环行器是一种广泛应用于光通讯领域的基础元器件，具有稳定可靠体积小的特点，具有一定的耐候性，可以适应较大的温度变化、湿度变化等，同时经过防护的光纤环行器具有很长的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述问题，提供一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统，具有低成本特性、结构简单、光路系统装调简单易行等特点，可以满足道路汽车车速测量和大气风速的测量。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统，包括光纤激光器、光纤环行器、激光聚焦镜和探测器；所述光纤环行器为单模光纤环行器，单模光纤环行器具有三个端口分别为第一端口、第二端口和第三端口；所述第一端口与光纤激光器相连接，第二端口与激光聚焦镜相连接，所述第三端口与探测器相连接；所述光纤激光器发出激光信号从第一端口进入光纤环行器到达第二端口；第二端口接收从第一端口传输过来的激光信号和探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号；与第三端口连接的探测器接收从第二端口表面反射回来的探测激光的本征信号，并将探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号也从光纤环行器的第二端口输入与本征信号一起从第三端口输出，被探测器接收用于频率分析，并将频率差值以电信号形式输出。作为优选，所述光纤激光器为窄线宽稳频红外光纤激光器，光纤激光器所发出的探测激光为光通讯用的S波段或C波段或L波段的激光。作为优选，光纤激光器所发出的稳频探测激光通过FC/APC端口耦合或者熔接的方式与光纤环行器的第一端口相连。作为优选，所述光纤环行器的三个端口采用不同的接口形式；第一关口端口和第三端口采用可降低噪声水平的FC/APC接口，第二端口采用FC/PC接口进行连接。作为优选，所有光纤的连接端口的端面均镀增透膜。作为优选，在所述激光聚焦镜上与第二端口连接处的圆周面上设有导轨，所述光纤环行器第二端口通过移动法兰与激光聚焦镜相连接，移动法兰安装到导轨上，实现在光轴方向前后移动。作为优选，所述移动法兰内安装有光纤连接器，光纤环行器第二端口通过移动法兰内光纤连接器与激光聚焦镜相连接。作为优选，激光聚焦镜与光纤环行器相连接的另一端安装有消色差聚焦镜，消色差聚焦镜通过镜头压圈压接到激光聚焦镜的镜头上。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术所述的基于光纤环行器的激光雷达光路系统所采用的元器件主要为光通讯用元器件，具有低成本特性，本专利技术采用的双点消色差聚焦镜设计，充分考虑聚焦性能的前提下，只考虑对探测用激光波长和指示用激光波长作消色差优化，使两个波长的聚焦性能相当，具有结构简单的特点，同时使得光路系统装调简单易行。2、本专利技术设计基于光纤环行器的激光雷达光路系统，其发射与接收利用同一组光学镜片，可以获得目标物相对于雷达系统轴向速度，适合对特定区域目标的速度测量，尤其适合道路汽车速度测量应用和河流或管道的液体测量，以及对特定距离上的气体流速测量应用。3、本专利技术带有变焦功能，可以探测不同距离目标的速度信息。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术基于光纤环行器的激光雷达光路系统的光路原理图；图2是本专利技术光纤环形器的具体接口配置图；图3是本专利技术激光学瞄准变焦系统的结构示意图；图中所示：1、光纤激光器，2、光纤环行器，2.1、第一端口，2.2、第二端口，2.3、第三端口，3、激光聚焦镜，4、导轨，5、移动法兰，6、光纤连接器，7、变焦固定压圈，8、变焦环，9、转接法兰，10、消色差聚焦镜，11、镜头压圈，12、探测器。具体实施方式为了使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。如图1至3所示，本专利技术实施例提供一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统，具体包括光纤激光器1、光纤环行器2、激光聚焦镜3和探测器12，其中，光纤环行器2为单模光纤环行器，单模光纤环行器具有三个端口分别为第一端口2.1、第二端口2.2和第三端口2.3；所述第一端口2.1与光纤激光器1相连接，第二端口2.2与激光聚焦镜3相连接，所述第三端口2.3与探测器13相连接；当光纤激光器1发出激光信号从第一端口2.1进入光纤环行器2到达第二端口2.2；第二端口2.2接收从第一端口2.1传输过来的激光信号和探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号；与第三端口2.3连接的探测器13接收从第二端口2.2表面反射回来的探测激光的本征信号，并将探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号也从第二端口2.2输入与本征信号一起从第三端口输出，被探测器13接收用于频率分析，并将频率差值以电信号形式输出。通过激光聚焦镜3将探测激光光束对准目标区域，当目标相对激光雷达(即当探测目标相对于激光聚焦镜3)产生的光束有轴向速度时，通过比较目标反射回光学系统的信号频率相对于相对于光纤发射器1发射的本征激光频率，可以获得激光雷达的轴向速度信息。参见图1所示，所述光纤激光器1为窄线宽稳频红外光纤激光器，激光的发射激光直接耦合或者通过熔接的方式直接与第一端口2.1相连，以提高效率，光纤激光器1所发出的探测激光为光通讯用的S波段或C波段或L波段的激光可以降低激光雷达在意外照射到人眼时引起的损伤。参见图2所示，光纤环行器2为单模光纤环行器，单模光纤环行器具有三个端口分别为第一端口2.1、第二端口2.2和第三端口2.3；所述第一端口2.1与光纤激光器1相连接，第二端口2.2与激光聚焦镜3相连接，所述第三端口2.3与探测器12相连接，从第一端口2.1进入的激光信号只能从第二端口2.2输出，从第二端口2.2输入的信号只能从第三端口2.3输出。作为本实施例的优选，第二端口2.2为FC/PC制式，可以方便的连接到固定激光聚焦镜3的预留位置，同时在光纤头端面镀有高质量的减反射膜，使得其剩余反射率不超过0.1％，可以有效保护位于第三端口2.3的高灵敏探头，第一端口2.1和第三端口2.3均采用FC/APC制式，可以有效抑制端面反射产生的信号噪声。在本专利技术的实施案例中，探测激光从第一端口2.1进入光纤环行器2后，少量不高于0.2％的本征信号E1在第二端口2.2镀膜面被反射回第三端口2.3，其余不少于99.8％的能量从第二端口2.2发出后，经过激光聚焦镜3聚焦到目标处，当移动物体经过目标处时，形成的带有频率变化的多普勒激光信号E3，E3为漫反射型号，其中沿原出射光路返回到激光聚焦镜3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统，其特征在于：包括光纤激光器、光纤环行器、激光聚焦镜和探测器；所述光纤环行器为单模光纤环行器，单模光纤环行器具有三个端口分别为第一端口、第二端口和第三端口；所述第一端口与光纤激光器相连接，第二端口与激光聚焦镜相连接，所述第三端口与探测器相连接；所述光纤激光器发出激光信号从第一端口进入光纤环行器到达第二端口；第二端口接收从第一端口传输过来的激光信号和探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号；与第三端口连接的探测器接收从第二端口表面反射回来的探测激光的本征信号并将探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号也从光纤环行器的第二端口输入与本征信号一起从第三端口输出，被探测器接收用于频率分析，并将频率差值以电信号形式输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤环行器的激光雷达光路系统，其特征在于：包括光纤激光器、光纤环行器、激光聚焦镜和探测器；所述光纤环行器为单模光纤环行器，单模光纤环行器具有三个端口分别为第一端口、第二端口和第三端口；所述第一端口与光纤激光器相连接，第二端口与激光聚焦镜相连接，所述第三端口与探测器相连接；所述光纤激光器发出激光信号从第一端口进入光纤环行器到达第二端口；第二端口接收从第一端口传输过来的激光信号和探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号；与第三端口连接的探测器接收从第二端口表面反射回来的探测激光的本征信号并将探测激光光束照射到目标表面后漫反射进入雷达系统产生的信号也从光纤环行器的第二端口输入与本征信号一起从第三端口输出，被探测器接收用于频率分析，并将频率差值以电信号形式输出。2.根据权利要求1所述的基于光纤环行器的激光雷达光路系统，其特征在于：所述光纤激光器为窄线宽稳频红外光纤激光器，光纤激光器所发出的探测激光为光通讯用的S波段或C波段或L波段的激光。3.根据权利要求1或2所述的基于光纤环行器的激光雷达光路系统，其特征在于：光纤激光器所发出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇烨，
申请(专利权)人：苏州光联光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32