激光发散角检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及光学检测技术领域，公开了激光发散角检测系统及方法，激光发散角检测系统包括光纤收发检测模块、被测激光跟踪模块及用于产生平行光束的平行光管，将信标光发射光纤与信号光接收光纤等距离的固定到分光镜的两侧，能够同时发射信标和接收信号光，将光纤收发检测模块放置于平行光管焦面，被测激光跟踪模块具备激光跟踪功能，利用信标发射光纤引入信标光，平行光管产生平行光后进入被测激光跟踪模块，被测激光跟踪模块跟踪信标光后发射信号光，信号光经过平行光管会聚后被信号光接收光纤接收。通过改变跟踪点来完成信号光的扫描，根据扫描的功率或单光子计数来拟合信号光的光斑形状，通过计算束腰大小来计算其发散角。通过计算束腰大小来计算其发散角。通过计算束腰大小来计算其发散角。

【技术实现步骤摘要】
激光发散角检测系统及方法


[0001]本申请涉及光学检测
，尤其涉及激光发散角检测系统及方法。

技术介绍

[0002]激光技术不断普及和应用，对激光光束质量检测提出了越来越高的要 求。其中激光发散角是重要指标，它能反映出激光的远场光束分布情况。 小的发散角能够更有效的利用激光能量，使光束有更好的方向性；大的发 散角能够迅速扩展光束的覆盖面积，达到宽域探测和指向的作用。因此发 散角的检测方法有重要意义。随着卫星光通信技术的不断发展，激光用来 通信的优势越来越明显，不仅具有抗干扰性强和体积小巧等优势，而且随 着量子通信的发现，激光也使得通信的安全性得到极大的提高。
[0003]目前行业测发散角的方法有许多，包括BBO晶体倍频法、焦点刀口法、 基于薄膜干涉原理的平行平晶法、狭缝扫描法和CCD检测焦面光斑等，其 中刀口法检测激光发散角时可以不受激光能量的限制，但是检测精度有待 提高；狭缝扫描的检测结果也有较大误差；平行平晶法检测发散角虽然精 度高但是设备价格昂贵，不利于批量检测提高效率；采用平行光管与CCD 相机组合是目前比较常规的激光远场发散角检测方法，通过检测焦面激光 光束的光斑大小，通过焦面光斑分布计算出远场发散角，该方法检测精度 高，但是，该方法检测信号光的动态范围有限，需要控制激光发射能量在 一定范围内，能量过大会导致光电探测器饱和，能量过小会导致光电探测 器无法相应，能量过大可以通过增加衰减来解决，能量过小则无法检测。

技术实现思路

[0004]为了保证检测进度、降低成本提高检测效率的同时，即能够检测能量 较大的信号光，也能够检测能量较小的信号光，本申请提供了激光发散角 检测系统及方法，适用于卫星激光通信、量子通信、星地光通信等通信领 域，以及激光雷达、激光测距等激光领域。
[0005]第一方面，本申请公开了一种激光发散角检测系统，其包括以下结构：
[0006]一种激光发散角检测系统，包括光纤收发检测模块、被测激光跟踪模 块及用于产生平行光束的准直模块；
[0007]所述光纤收发检测模块包括：信标光发射光纤、信号光接收光纤、分 光镜及与信号光接收光纤连接的探测器，所述信标光发射光纤与所述信号 光接收光纤固定于所述分光镜两侧，且所述信标光发射光纤的端面、所述 信号光接收光纤的端面关于所述分光镜的分光面对称设置；
[0008]准直模块位于所述光纤收发检测模块信标光经分光镜分光后的光路上；
[0009]所述被测激光跟踪模块位于所述准直模块准直后的平行光路上，所述 被测激光跟踪模块包括：平行光扩束单元、压电反射镜、分光片、激光发 射准直器及跟踪单元，所述平行光扩束单元及所述压电反射镜位于所述准 直模块准直后的平行光路上，且所述平行光扩束单元位于所述准直模块和 所述压电反射镜之间，所述激光发射准直器及所述跟踪
单元分别位于所述 分光片两侧，所述分光片及所述跟踪单元位于所述压电反射镜反射光路上， 且所述分光片位于所述压电反射镜与所述跟踪单元之间，通过改变所述跟 踪单元的跟踪点来控制压电反射镜角度。
[0010]通过采用上述技术方案，信标光发射光纤用于引入跟踪用的信标光， 激光发射准直器能够发射准直的信号光，信号光接收光纤用于接收信号光， 基于分光镜的分光功能，将信标光发射光纤与信号光接收光纤端面等距离 的固定到分光镜两侧，能够做到激光同轴发射和接收，分光片能够将信标 光和信号光进行分离；
[0011]通过信标光发射光纤发射信标光，后进入被测激光跟踪模块内，依次 经过抛物面主镜、抛物面次镜、压电反射镜、分光片，最后被跟踪单元捕 获跟踪，被测激光跟踪模块部分，通过信号光激光器发射信号光，并引入 至激光发射准直器，依次经过上述光路并耦合进入信号光接收光纤，通过 探测器探测信号光，通过改变跟踪点来完成信号光的扫描，根据扫描的功 率或单光子计数来拟合信号光的光斑形状，通过计算束腰大小来计算其发 散角。
[0012]在一些实施方式中，所述准直模块为平行光管，所述信标光发射光纤 的端面及所述信号光接收光纤的端面均处于所述平行光管焦面处。
[0013]在一些实施方式中，所述平行光扩束单元包括同轴且共焦点设置的抛 物面主镜及抛物面次镜，所述抛物面次镜位于信标光的入射侧，所述压电 反射镜位于所述抛物面主镜远离所述抛物面次镜的一侧。
[0014]通过采用上述技术方案，通过抛物面主镜及抛物面次镜实现平行光的 扩束，从而改善准直度。
[0015]通过采用上述技术方案，把信号光汇聚在准直模块焦面位置，便于获 取信号光远场光束。
[0016]在一些实施方式中，所述光纤收发检测模块还包括信号光窄带滤光片， 所述信号光窄带滤光片位于所述信号光接收光纤与所述分光镜之间。
[0017]通过采用上述技术方案，信号光窄带滤光片位于信号光接收光纤前， 用于消除背景光，减小杂光干扰。
[0018]在一些实施方式中，所述信标光发射光纤及所述信号光接收光纤为单 模光纤。
[0019]通过采用上述技术方案，提高了检测精度。
[0020]在一些实施方式中，所述探测器为单光子探测器或功率计。
[0021]通过采用上述技术方案，在信号光信号比较弱时，可以采用单光子探 测器来接收信号光，信号光信号较强时，可以采用功率计来接收信号光。
[0022]第二方面，本申请公开了一种激光发散角检测方法，其包括以下结构：
[0023]一种激光发散角检测方法，包括：
[0024]引入信标光至信标光发射光纤，并使经过光纤收发检测模块后的信标 光进入被测激光跟踪模块，调整被测激光跟踪模块的方位、俯仰方向，使 得信标光入射到跟踪单元中，记录跟踪点A(X,Y)，然后开启跟踪；
[0025]信号光经过激光发射准直器准直，经被测激光跟踪模块发射，进入信 号光接收光纤，被探测器接收；
[0026]以跟踪单元的跟踪点A(X,Y)为初始点，采用十字扫描法找到信号最 大位置B(X0，
Y0)；
[0027]以B(X0，Y0)为基准点，采用回字扫描法检测发散角。
[0028]在一些实施方式中，所述引入信标光至信标光发射光纤，并使经过光 纤收发检测模块后的信标光进入被测激光跟踪模块，调整被测激光跟踪模 块的方位、俯仰方向，使得信标光入射到跟踪单元中，记录跟踪点A(X,Y)， 然后开启跟踪，包括：
[0029]将信标光引入至信标光发射光纤，经光纤收发检测模块和准直模块准 直后产生平行光束，平行的信号光进入被测激光跟踪模块；
[0030]调整被测激光跟踪模块的方位、俯仰方向，使得信标光入射到跟踪单 元中，记录跟踪点A(X,Y)，然后开启跟踪。
[0031]在一些实施方式中，所述信号光经过激光发射准直器准直，经被测激 光跟踪模块发射，进入信号光接收光纤，被探测器接收包括：
[0032]信号光经过激光发射准直器准直，经被测激光跟踪模块发射，信号光 经过准直模块后汇聚于焦面位置，最终进入信号光接收光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光发散角检测系统，其特征在于，包括光纤收发检测模块(1)、被测激光跟踪模块(2)及用于产生平行光束的准直模块(3)；所述光纤收发检测模块(1)包括：信标光发射光纤(11)、信号光接收光纤(12)、分光镜(13)及与信号光接收光纤(12)连接的探测器(14)，所述信标光发射光纤(11)与所述信号光接收光纤(12)固定于所述分光镜(13)两侧，且所述信标光发射光纤(11)的端面、所述信号光接收光纤(12)的端面关于所述分光镜(13)的分光面对称设置；准直模块(3)位于所述光纤收发检测模块(1)信标光经分光镜(13)分光后的光路上；所述被测激光跟踪模块(2)位于所述准直模块(3)准直后的平行光路上，所述被测激光跟踪模块(2)包括：平行光扩束单元、压电反射镜(23)、分光片(24)、激光发射准直器(25)及跟踪单元(26)，所述平行光扩束单元及所述压电反射镜(23)位于所述准直模块(3)准直后的平行光路上，且所述平行光扩束单元位于所述准直模块(3)和所述压电反射镜(23)之间，所述激光发射准直器(25)及所述跟踪单元(26)分别位于所述分光片(24)两侧，所述分光片(24)及所述跟踪单元(26)位于所述压电反射镜(23)反射光路上，且所述分光片(24)位于所述压电反射镜(23)与所述跟踪单元(26)之间，通过改变所述跟踪单元(26)的跟踪点来控制压电反射镜(23)角度。2.根据权利要求1所述的一种激光发散角检测系统，其特征在于，所述准直模块(3)为平行光管，所述信标光发射光纤(11)的端面及所述信号光接收光纤(12)的端面均处于所述平行光管焦面处。3.根据权利要求1所述的一种激光发散角检测系统，其特征在于，所述平行光扩束单元包括同轴且共焦点设置的抛物面主镜(21)及抛物面次镜(22)，所述抛物面次镜(22)位于信标光的入射侧，所述压电反射镜(23)位于所述抛物面主镜(21)远离所述抛物面次镜(22)的一侧。4.根据权利要求1至3中任一所述的一种激光发散角检测系统，其特征在于，所述光纤收发检测模块(1)还包括信号光窄带滤光片(15)，所述信号光窄带滤光片(15)位于所述信号光接收光纤(12)与所述分光镜(13)之间。5.根据权利要求1所述的一种激光发散角检测系统，其特征在于，所述信标光发射光纤(11)及所述信号光接收光纤(12)为单模光纤。6.根据权利要求1所述的一种激光发散角检测系统，其特征在于，所述探测器(14)为单光子探测器或功率计。7.一种激光发散角检测方法，其特征在于，包括：引入信标光至信标光发射光纤(11)，并使经过光纤收发检测模块(1)后的信标光进入被测激光跟踪模块(2)，调整被测激光跟踪模块(2)的方位、俯仰方向，使得信标光入射到跟踪单元(26)中，记录跟踪点A(X，Y)，然后开启跟踪；信号光经过激光发射准直器(25)准直，经被测激光跟踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，乔晟，
申请(专利权)人：上海国科航星量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：