电光调制激光测距方法及其装置制造方法及图纸

一种电光调制激光测距方法及其装置，该方法是利用激光的偏振特性作为信息载体来进行激光测距：利用单轴晶体的横向电光效应，配合偏振分光器和偏振检偏器，在单轴晶体上平行光轴方向施加半波电压时，利用其扭转线偏振光偏振方向９０角的特性，提取出一个以激光往返待测距离所需时间ｔ为脉宽的光脉冲。本发明专利技术克服了现有测距方法由光电转换过程和电路系统本身引入的误差。本发明专利技术结构简单易行，操作方便，不受环境影响，抗干扰能力强，测量距离范围广，最近可测几米的距离，在激光器能量较高的情况下，最远可测１０千米的距离。测量精度高，可达到厘米级的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测距，特别是一种电光调制激光测距方法及其装置，可应用于工农业生产、军事、通信、遥感等诸多领域。
技术介绍
对距离的高精度测量是国家现代化建设诸多领域的关键技术之一。随着科技的发展，对距离测量的范围和精度要求越来越高。激光作为具有极高单色性、准直性、相干性的信息载体，成为了距离测量的首选工具。目前国内外先进的测距仪均利用激光作为信息载体来提高测距的精确度。在先技术(参见Kozo Ohtani，Misuru Baba，A rangefindingapproach by detecting the position and the incident angle of alight-stripe，IEEE Instru.and Mea.Techno.Conf.2002)是一种几何光学的测距方法。激光器发射激光束，经目标反射后被PSD或CCD接收，然后根据接收到的光斑位置和激光器与接收器之间的几何位置关系，来计算目标与探测器之间距离。这种方法主要用于工业上的面型轮廓测量、2D/3D面型重构以及定位等，测量相对精度为0.85％左右，只能测很短的距离。随着距离的增加，精度急剧下降。在先技术(参见Raimo Ahola，Risto Myllyla，A new method formeasuring the time-of-flight in fast laser range finding，.Proc.SPIE vol.654，pp19-，1986)是一种利用光脉冲飞行时间的测距方法。由脉冲激光器发出一持续时间很短的脉冲激光，称之为主波。经过待测距离L后射向被测目标，被目标反射回来的脉冲激光称之为回波，回波返回测距仪后被光电探测器接收，根据主波信号和回波信号之间的时间间隔，即激光脉冲从激光器发射到被目标反射回来的往返时间t，就可以算出待测目标的距离，即L＝ct/2，其中c为光速。这种方法除需要较高性能的激光器外，还需复杂的电路处理系统。首先要将部分主波光脉冲的能量转化为电脉冲，整形后经门控电路触发计数器，开始对时钟振荡器发出的时间脉冲个数进行计数；然后回波信号到达后被探测器再次转化为电信号，经过同样的电学处理过程，停止对时间脉冲信号的计数，由时间信号脉冲的个数确定光脉冲往返时间t。在光信号转化为电信号的过程中及对电信号的电路处理系统中都会引入很多误差。在先技术(参见Fujima I，Seta K，Matsumoto H and O’ishi T1988 GHz traveling-wave optical modulator for precision distancemeasurement Proc.SPIE vol 889 pp 86-90)是一种利用连续激光相位信息的测距方法。相位激光测距通过测量高频调制相位差来实现测距。仪器中的光源发出连续光，通过调制器调制后成为调制光射向目标，调制光的光强随时间作周期变化，采用正弦波调制，测定光波往返过程中的正弦波整周期数及不足一个周期的正弦函数的相位，就可确定光波的往返时间的间隔t，从而计算出所测距离。这种方法仍需要将光信号转化为电信号后经电路系统来处理，由电子比相器比较发射和接受正弦波的相位差，而且还需增加精密调制正弦光强的电学装置。在先技术(参见S F Collins，M M Murphy，K T V Grattan，etal.Asimple laser diode ranging scheme using an intensity modulatedFMCW approach.Meas.and Tech.，1993，41437-1439)是一种利用连续激光频率信息的测距方法。连续波调频激光测距原理是通过发射一频率连续可调的激光，通过测量接收到经目标反射回来激光的频率来推算距离。接收光与发射光由于啁啾而存在频率漂移，所以在混频器中将产生拍频，这个拍频与待测距离成正比。这种方法仍需要将光信号转化为电信号后经电路系统来处理，而且还需增加调节激光频率的附加电路系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服上述在先前技术的不足，提供一种电光调制激光测距方法及其装置，以避免引入了复杂的电路系统，克服由光电转换过程和电路系统引入的误差。本专利技术的技术解决方案如下一种电光调制激光测距方法，其特征是利用激光的偏振特性作为待测距离信息的载体，在单轴电光晶体上平行光轴方向加半波电压，配和使用补偿晶体、偏振分光器和偏振检偏器，将往返于电光晶体和待测物体之间的光束截断为脉宽t的矩形光脉冲，则电光晶体和待测物体之间的距离LL=c*t2]]>其中c为光在空气中的速度。所述的脉宽t的矩形光脉冲的产生是利用所述的偏振分光器产生线偏振光、控制回光光路的开关、反射回光偏离原来光路；在电光晶体上加半波电压，利用电光晶体及其补偿晶体改变线偏振光的偏振方向；利用偏振检偏器控制出射光路的开关；当在电光晶体上加上或者去掉半波电压时，利用偏振分光器、电光晶体及其补偿晶体、偏振检偏器相互配合形成并提取出包含待测距离信息的光脉冲。实施上述电光调制激光测距方法的电光调制激光测距装置，特征在于其构成包括一台输出准直连续激光的激光器，沿光束前进方向依次是偏振分光器、单轴电光晶体、补偿晶体、偏振检偏器，所述的单轴电光晶体及其补偿晶体选用同样大小的长方体LiNbO3晶体，边长b＞a＝c，且使光平行b边通过晶体，一对电极片紧贴在所述的单轴电光晶体的两b×c平面上，半波电压通过电极片垂直于b边加在单轴电光晶体上，所述的偏振分光器的起偏方向和偏振检偏器的检偏方向相互平行或相互垂直，单轴电光晶体和补偿晶体的光轴相互垂直放置，并且使二者的光轴方向均和偏振分光器的起偏方向、偏振检偏器检偏方向分别成45°，在偏振分光器的回波反射方向设置一探测器。本专利技术的技术效果与在先技术相比在先技术是微短距离的测量方法，随着测量距离的增加，精度急剧下降，不适用大范围的距离测量；有广泛应用的在先技术均需要将光信号转化为电信号来进行待测距离信息的分析和提取，不但在将光学问题转化为电学问题的过程中会引入多余的误差，而且在转化为电学问题后，大大增加了装置的复杂程度，同时又引入了许多电学方面的误差。与在先技术相比，本专利技术结构简单易行，操作方便，不受环境影响，抗干扰能力强，测量距离范围广，最近可测几米的距离，在激光器能量较高的情况下，最远可测10千米的距离。测量精度高，可达到厘米级的测量精度。附图说明图1是本专利技术基本思路的示意图。图2是本专利技术原理的结构示意图。图3是本专利技术中各装置的结构和放置示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术基本思想如图1所示，激光器发射出一束高准直性连续激光，遇到待测物体后反射沿原路返回。此时如果能在光源端“瞬时”插入一个与光传播方向成45°角的反射镜，使其反射面面向待测物体，则此时激光器发出的光被隔断，由待测物体反射回来的光也被隔断，同时被反射镜反射到另一方向，两端被截断的光束形成一矩形光脉冲，脉冲宽度t即为光由反射镜出发到待测物体反射回来再次到达反射镜所需的时间。由探测器接收此光脉冲，求得时间t，则可得待测距离L＝ct/2，其中c为光在空气中的传播速度。本专利技术即是实现上述“瞬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电光调制激光测距方法，其特征在于利用激光的偏振特性作为待测距离信息的载体，在单轴电光晶体上平行光轴方向加半波电压，配和使用补偿晶体、偏振分光器、偏振检偏器和偏振分光器，将往返于电光晶体和待测物体之间的光束截断为脉宽ｔ的矩形光脉冲，则电光晶体和待测物体之间的距离Ｌ：Ｌ＝ｃ＊ｔ／２其中ｃ为光在空气中的速度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵栋，刘立人，王吉明，潘卫清，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]