一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置，包括窄脉冲激光器、光学发射系统、光学接收系统、透镜、光学小孔、反射式体布拉格光栅和光电探测器，输出光束经由所述的反射式体布拉格光栅时满足布拉格衍射条件时发生布拉格衍射效应，不满足条件的光束经由体光栅透射，衍射光束的带宽进一步被压窄，且强度损失很小，可以有效的降低激光雷达回波信号的带宽，提高信噪比，特别是在激光雷达应用于强背景光环境时，提升激光雷达光谱滤波效果。

【技术实现步骤摘要】
一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置
本专利技术涉及激光雷达光谱滤波
，尤其涉及反射式一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置。
技术介绍
作为一种能够精确、快速获取目标三维空间信息的主动探测技术，激光雷达被广泛应用于测距、跟踪、成像制导、大气监测、主动遥感等方向。为了更好地得到激光雷达的回波信号，一般需要更好的激光单色性即更窄的光谱线宽。提高激光雷达光谱滤波效果，得到更窄的信号带宽逐渐成为研究重点。在现有的激光雷达接收系统当中，接收方式一般采用激光直接接收方式，光谱滤波广泛采用窄带滤光片进行滤波。常用滤光片的中心波长处的最小峰值透过率一般为40％-70％，滤波器的带宽通常为5-10nm，且滤光片中心波长固定，光谱滤波效果不佳，严重影响了激光雷达探测信号的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服目前激光雷达光谱滤波技术的不足，提供了一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置。该专利技术具有原理清晰，操作方便，结构简单等特点，能够有效提升光谱滤波的效率，极大地降低激光回波信号的带宽，提高信噪比。本专利技术的技术解决方案如下：一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置，包括反射式体布拉格光栅、窄带脉冲激光器、光学发射系统、光学接收系统和光电探测器。所述的窄带脉冲激光器发出高重复频率，窄脉冲宽度的激光脉冲通过所述光学发射系统、经由目标物体反射，由光学接收系统接收，经由第一透镜、光学小孔、第二透镜，将激光脉冲的发散角与光束直径进一步缩小再输出。输出光束经由所述的反射式体布拉格光栅时满足布拉格衍射条件时发生布拉格衍射效应，不满足条件的光束经由体光栅透射，衍射光束的带宽进一步被压窄，且强度损失很小，从而可以有效的降低激光雷达回波信号的带宽，提高信噪比，提升激光雷达光谱滤波效果。为实现本专利技术进一步优化，进一步的措施是：所述的窄带脉冲激光器脉冲宽度小于反射式体布拉格光栅的光谱带宽。重复频率较高，峰值功率较大。进一步地，所述的反射式体布拉格光栅为立体结构，两端面性能相同，均能够发生布拉格衍射。有较高的衍射效率，有较高的透过率，良好的波长选择性与角度选择性，较高的激光损伤阈值。进一步地，反射式体布拉格光栅两端面镀增透膜，有极高的透过率。进一步地，反射式体布拉格光栅有较好的波长选择性，其衍射光的光谱带宽小于100pm。进一步地，反射式体布拉格光栅有较高的衍射效率，在中心波长处的衍射效率大于95％。进一步地，反射式体布拉格光栅有较好的角度选择性，中心波长能够根据入射光角度改变而发生改变。本专利技术的原理如下：光栅被广泛的应用于各种各样的光学系统中，包括激光雷达。当激光束以布拉格衍射角入射到反射式体光栅的端面时，满足布拉格衍射条件时发生布拉格衍射，衍射光与入射光位于同侧，其余不满足布拉格衍射条件的光则会由端面经体布拉格光栅透射，衍射光束的带宽很窄且与入射光束中心波长相同，也无其他波长的背景光影响，从而达到光谱滤波的目的。本专利技术与现有技术相比的优点：(1)反射式体布拉格光栅相较于传统光栅，有着良好的波长选择性，能够有效的降低光谱带宽，提高信噪比，提升回波信号的质量。(2)反射式体布拉格光栅相较于传统的光栅，有着极高的衍射效率，能够有效保证经反射式体布拉格光栅衍射以后光束的强度，有利于后续的探测。(3)反射式体布拉格光栅有着极高的透过率，所述的反射式体布拉格光栅端面镀增透膜，可以有效滤除杂光干扰。(4)反射式体布拉格光栅有着极高的激光损伤阈值，并且具有良好的材料稳定性，因此可以应用于高功率激光雷达当中，以提高探测性能。(5)反射式体布拉格光栅拥有良好的角度选择性，当改变光束入射角度时，可以对不同中心波长的光束衍射。(6)反射式体布拉格光栅体积小巧，方便安装，使用方式灵活，可以应用于小型的激光雷达滤波系统中。(7)该专利技术具有原理清晰，结构简单，操作方便，有效降低激光雷达回波信号光谱带宽，提高信噪比，提升信号质量的特点。附图说明图1为本专利技术一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置示意图；图2为反射式体布拉格光栅结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本申请的保护范围。如图1所示，本专利技术是利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置，包括窄脉冲激光器①、光学发射系统②、光学接收系统③、第一透镜④、光学小孔⑤、第二透镜⑥、反射式体布拉格光栅⑦和光电探测器⑧；窄脉冲激光器①发出激光脉冲，输入到光学发射系统②，从目标物体反射、由光学接收系统③接收，经由第一透镜④、光学小孔⑤、第二透镜⑥准直缩束后，激光脉冲的带宽与直径被压窄，入射到反射式体布拉格光栅⑦端面上，满足布拉格衍射条件的光经由反射式体布拉格光栅衍射，与入射光同侧，由光电探测器⑧探测。且光谱带宽进一步被压窄，强度变化较小，其余的背景光光则会由反射式体布拉格光栅透射，以此达到激光雷达光谱滤波的效果。所述的窄脉冲激光器①、脉冲宽度小于反射式体布拉格光栅的光谱带宽。如图2所示，所述的反射式体布拉格光栅⑦为立体结构，两端面性能相同，均能够发生布拉格衍射。有较高的衍射效率，有较高的透过率，良好的波长选择性与角度选择性，较高的激光损伤阈值。根据上述具体实施方案可知，本专利技术是一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤的装置，相比传统的激光雷达光谱滤波装置，解决了传统装置透过率低，光谱较宽，信噪比低的问题，简化光路系统，提升操作的便捷度，扩大激光雷达的应用范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置，其特征在于：所述装置包括窄脉冲激光器(①)、光学发射系统(②)、光学接收系统(③)、第一透镜(④)、光学小孔(⑤)、第二透镜(⑥)、反射式体布拉格光栅(⑦)和光电探测器(⑧)，窄脉冲激光器(①)发出窄脉冲宽度、高重复频率激光，输入到光学发射系统(②)，经由被测目标，由光学接收系统(③)接收，经第一透镜(④)、光学小孔(⑤)、第二透镜(⑥)后，激光脉冲的带宽与直径被压窄，再入射到反射式体布拉格光栅端面上，满足布拉格衍射条件的光经由反射式体布拉格光栅衍射，与入射光同侧，且光谱带宽进一步被压窄，强度变化很小，由光电探测器(⑧)接收，其余的背景光则会由反射式体布拉格光栅透射，以此达到激光雷达光谱滤波的效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置，其特征在于：所述装置包括窄脉冲激光器(①)、光学发射系统(②)、光学接收系统(③)、第一透镜(④)、光学小孔(⑤)、第二透镜(⑥)、反射式体布拉格光栅(⑦)和光电探测器(⑧)，窄脉冲激光器(①)发出窄脉冲宽度、高重复频率激光，输入到光学发射系统(②)，经由被测目标，由光学接收系统(③)接收，经第一透镜(④)、光学小孔(⑤)、第二透镜(⑥)后，激光脉冲的带宽与直径被压窄，再入射到反射式体布拉格光栅端面上，满足布拉格衍射条件的光经由反射式体布拉格光栅衍射，与入射光同侧，且光谱带宽进一步被压窄，强度变化很小，由光电探测器(⑧)接收，其余的背景光则会由反射式体布拉格光栅透射，以此达到激光雷达光谱滤波的效果。


2.根据权利要求1所述的一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置，其特征在于：所述的窄带脉冲激光器(①)脉冲宽度小于反射式体布拉格光栅光谱带宽，重复频率较高，峰值功率较大。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，蒋贇，范伟，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51