一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构，包括发射光路和接收光路；发射光路包括种子激光器、谐波分束镜、光阱、扩束镜、第一反射镜和第二反射镜。种子激光器发出的激光经过谐波分束镜将所需波长的激光分束出，再通过扩束镜将激光准直扩束，通过互相平行的第一反射镜、第二反射镜向大气中发射。接收光路包括望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜、宽带偏振立方、准直透镜和光电倍增管；望远镜位于第二反射镜正下方，经第二反射镜发射至大气中的发射光束与望远镜的轴线重合，使终端激光发射光路与经望远镜的激光接收光路同轴。本申请将能以高质量地实现激光的发射、接收，从而能够实现云气溶胶的监测。

An Optical Path Structure for Cloud Aerosol Lidar

The invention discloses an optical path structure for cloud aerosol lidar, including a transmitting and receiving optical path, which includes a seed laser, a harmonic beam splitter, a light trap, a beam expander, a first mirror and a second mirror. The laser emitted by seed laser is splitted by a harmonic beam splitter, and then collimated by a beam expander. The laser is transmitted to the atmosphere through the first mirror and the second mirror which are parallel to each other. The receiving optical path includes a telescope, a variable aperture, a narrow-band collimating filter, a broadband polarization cube, a collimating lens and a photomultiplier tube. The telescope is positioned directly below the second mirror, and the beam emitted from the second mirror to the atmosphere coincides with the axis of the telescope, so that the transmitting optical path of the terminal laser is coaxial with the receiving optical path of the laser through the telescope. The application will be able to transmit and receive lasers with high quality, so as to achieve cloud aerosol monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构
本专利技术涉及激光雷达
，特别是一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构。
技术介绍
激光雷达一般是通过光学天线将激光准直扩束后发射至大气中，与大气气溶胶粒子相互作用，被散射与吸收，被散射的激光信号再被光学天线接收，通过反演算法得到大气分子与气溶胶粒子的信息，是灰霾监测、风场测量的重要遥感设备。激光雷达技术发展迅速。不易受环境影响且具有探测灵敏度高，利于微弱信号的探测，具有良好的滤波性能和较高的转换增益的激光雷达应用在风电、航空航天、气候气象、军事等多个领域。其中，光学天线作为激光雷达的关键部件起着至关重要的作用，光学天线的优劣则主要取决于光路设计。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构，该用于云气溶胶激光雷达的光路结构将能以高质量地实现激光的发射、接收，从而能够实现云气溶胶的监测。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构，包括发射光路和接收光路。发射光路包括种子激光器、谐波分束镜、光阱、扩束镜、第一反射镜和第二反射镜。种子激光器和扩束镜同轴竖向设置，扩束镜位于种子激光器正上方。谐波分束镜设置在种子激光器和扩束镜之间，用于从种子激光器发出的激光中分束出所需波长的激光，且不改变激光发射方向。光阱位于谐波分束镜的反射面一侧，用于吸收谐波分束镜滤除的非所需波长的激光。扩束镜用于将谐波分束镜分束出的激光进行准直扩束。第一反射镜位于扩束镜正上方，用于将扩束镜扩束出的位于竖直方向的激光转变为水平方向发射。第二反射镜与第一反射镜位于同一高度，且相互平行，且均与水平线夹角呈45°；第二反射镜用于将第一反射镜反射出的水平方向的激光再次转变为竖向方向发射至大气中。接收光路包括望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜、宽带偏振立方、准直透镜和光电倍增管。望远镜位于第二反射镜正下方，经第二反射镜发射至大气中的发射光束与望远镜的轴线重合。望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜和宽带偏振立方从上至下依次竖向同轴设置。大气中的散射光通过望远镜、可变光阑，并经过窄带准直滤光镜滤除噪声光，然后经过宽带偏振立方进行分光，分别通过准直透镜，最终被光电倍增管接收，将光学信号转换为电信号。准直透镜和光电倍增管各有两个，两个准直透镜的布设方向相互垂直，两个光电倍增管的布设方向相互垂直，其中一个准直透镜和一个光电倍增管同轴位于宽带偏振立方的正下方。还包括扫描光路，扫描光路包括位于同一高度的第三反射镜和第四反射镜，且第三反射镜与方位旋转关节相连接，第四反射镜与俯仰旋转关节相连接。第三反射镜镜面与水平线呈45°角，第三反射镜镜面的中心点与方位旋转关节、俯仰旋转关节旋转轴线的交汇点相重合；第四反射镜镜面与水平线呈45°角，第四反射镜镜面的中心点与俯仰旋转关节、光束出射口轴线的交汇点相重合。还包括离线监测光路，离线监测光路包括测试反射镜、分色镜、10%取样镜和能量计探头；测试反射镜以可拆卸的方式布设在谐波分束镜和扩束镜之间的前端发射光路上，分色镜位于测试反射镜一侧；测试反射镜能将谐波分束镜分束出的所需波长的激光反射入分色镜，分色镜将所需波长激光进行透/反射分离发射入不同能量测量通道，每个能量测量通道内均布设10%取样镜和能量计探头，进入能量测量通道内的激光通过10%取样镜引入能量计探头进行监测。本专利技术具有如下有益效果：1.经第二反射镜发射至大气中的终端发射光路与经望远镜的接收光路同轴，因而，激光的发射与回收质量高，进而使得云气溶胶、灰霾或风场等测量精度高。2.扫描光路的设置，能使激光光束倾斜，以获得相对较大的径向速度分量，提高测量精度。3.离线监测光路可用于定期对种子激光器、光路进行校准，以提高测量的准确性和可靠性。附图说明图1是本专利技术一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构的结构示意图。其中有：1.发射光路；101.种子激光器；102.谐波分束镜；103.光阱；104.扩束镜；105.第一反射镜；106.第二反射镜；2.接收光路；201.望远镜；202.可变光阑；203.窄带准直滤光镜；204.宽带偏振立方；205.准直透镜；206.光电倍增管；3.扫描光路；301.方位旋转关节；302.第三反射镜；303.俯仰旋转关节；304.第四反射镜；4.离线监测光路；401.反射镜；402.分色镜；403.10%取样镜；404.能量计探头。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构，包括发射光路1、接收光路2、扫描光路3和离线监测光路4。其中，扫描光路3和离线监测光路4根据需要进行布设。发射光路1包括种子激光器101、谐波分束镜102、光阱103、扩束镜104、第一反射镜105和第二反射镜106。种子激光器和扩束镜同轴竖向设置，扩束镜位于种子激光器正上方。谐波分束镜设置在种子激光器和扩束镜之间，用于从种子激光器发出的激光中分束出所需波长的激光，且不改变激光发射方向。光阱位于谐波分束镜的反射面一侧，用于吸收谐波分束镜滤除的非所需波长的激光。扩束镜用于将谐波分束镜分束出的激光进行准直扩束。第一反射镜位于扩束镜正上方，用于将扩束镜扩束出的位于竖直方向的激光转变为水平方向发射。第二反射镜与第一反射镜位于同一高度，且相互平行，且均与水平线夹角优选呈45°；第二反射镜用于将第一反射镜反射出的水平方向的激光再次转变为竖向方向发射至大气中。发射激光具体走向为：种子激光器发出的激光经过谐波分束镜将所需波长的激光分束出，再通过扩束镜将激光准直扩束，通过互相平行的第一反射镜、第二反射镜向大气中发射。接收光路2包括望远镜201、可变光阑202、窄带准直滤光镜203、宽带偏振立方204、准直透镜205和光电倍增管206。望远镜位于第二反射镜正下方，经第二反射镜发射至大气中的发射光束与望远镜的轴线重合。望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜和宽带偏振立方从上至下依次竖向同轴设置。大气中的散射光通过望远镜、可变光阑，并经过窄带准直滤光镜滤除噪声光，然后经过宽带偏振立方进行分光，分别通过准直透镜，最终被光电倍增管接收，将光学信号转换为电信号。进一步，准直透镜和光电倍增管各优选有两个，两个准直透镜的布设方向相互垂直，两个光电倍增管的布设方向相互垂直，其中一个准直透镜和一个光电倍增管同轴位于宽带偏振立方的正下方。扫描光路3包括方位旋转关节301、第三反射镜302、俯仰旋转关节303和第四反射镜304。第三反射镜和第四反射镜位于同一高度，且第三反射镜与方位旋转关节相连接，第四反射镜与俯仰旋转关节相连接。优选，第三反射镜镜面与水平线呈45°角，第三反射镜镜面的中心点与方位旋转关节、俯仰旋转关节旋转轴线的交汇点相重合；第四反射镜镜面与水平线呈45°角，第四反射镜镜面的中心点与俯仰旋转关节、光束出射口轴线的交汇点相重合。进一步，方位旋转关节和俯仰旋转关节优选为环形或圆柱形，中心便于激光穿过。在需要激光光束扫描探测时，可加装扫描光路，此时，发射/接收激光光束均通过第三反射镜反射后，再经第四反射镜反射后射出，由于方位旋转关节和俯仰旋转关节的作用，经两次反射后的激光光束也随之做方位、俯仰扫描，即可完成了激光光束的三维倒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构，其特征在于：包括发射光路和接收光路；发射光路包括种子激光器、谐波分束镜、光阱、扩束镜、第一反射镜和第二反射镜；种子激光器和扩束镜同轴竖向设置，扩束镜位于种子激光器正上方；谐波分束镜设置在种子激光器和扩束镜之间，用于从种子激光器发出的激光中分束出所需波长的激光，且不改变激光发射方向；光阱位于谐波分束镜的反射面一侧，用于吸收谐波分束镜滤除的非所需波长的激光；扩束镜用于将谐波分束镜分束出的激光进行准直扩束；第一反射镜位于扩束镜正上方，用于将扩束镜扩束出的位于竖直方向的激光转变为水平方向发射；第二反射镜与第一反射镜位于同一高度，且相互平行，且均与水平线夹角呈45°；第二反射镜用于将第一反射镜反射出的水平方向的激光再次转变为竖向方向发射至大气中；接收光路包括望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜、宽带偏振立方、准直透镜和光电倍增管；望远镜位于第二反射镜正下方，经第二反射镜发射至大气中的发射光束与望远镜的轴线重合；望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜和宽带偏振立方从上至下依次竖向同轴设置；大气中的散射光通过望远镜、可变光阑，并经过窄带准直滤光镜滤除噪声光，然后经过宽带偏振立方进行分光，分别通过准直透镜，最终被光电倍增管接收，将光学信号转换为电信号。...

【技术特征摘要】
1.一种用于云气溶胶激光雷达的光路结构，其特征在于：包括发射光路和接收光路；发射光路包括种子激光器、谐波分束镜、光阱、扩束镜、第一反射镜和第二反射镜；种子激光器和扩束镜同轴竖向设置，扩束镜位于种子激光器正上方；谐波分束镜设置在种子激光器和扩束镜之间，用于从种子激光器发出的激光中分束出所需波长的激光，且不改变激光发射方向；光阱位于谐波分束镜的反射面一侧，用于吸收谐波分束镜滤除的非所需波长的激光；扩束镜用于将谐波分束镜分束出的激光进行准直扩束；第一反射镜位于扩束镜正上方，用于将扩束镜扩束出的位于竖直方向的激光转变为水平方向发射；第二反射镜与第一反射镜位于同一高度，且相互平行，且均与水平线夹角呈45°；第二反射镜用于将第一反射镜反射出的水平方向的激光再次转变为竖向方向发射至大气中；接收光路包括望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜、宽带偏振立方、准直透镜和光电倍增管；望远镜位于第二反射镜正下方，经第二反射镜发射至大气中的发射光束与望远镜的轴线重合；望远镜、可变光阑、窄带准直滤光镜和宽带偏振立方从上至下依次竖向同轴设置；大气中的散射光通过望远镜、可变光阑，并经过窄带准直滤光镜滤除噪声光，然后经过宽带偏振立方进行分光，分别通过准直透镜，最终被光电倍增管接收，将光学信号转换为电信号。2.根据权利要求1所述的用于云气溶胶激光雷达的光路...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱飞，杜海霞，徐丹骏，薛宜童，陈超，
申请(专利权)人：中船重工鹏力南京大气海洋信息系统有限公司，中国船舶重工集团南京鹏力科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32