一体化激光测距装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种一体化激光测距装置，主要包括激光谐振腔、控制器、光电探测器、同轴发射接收单元和控制器，全反射镜与耦合输出镜组成激光谐振腔，在激光谐振腔内，从全反射镜至耦合输出镜方向依次设置有相位波片、激光增益模块、电光普克尔盒和偏振分束片，同轴发射接收单元设置在激光谐振腔外的激光发射方向。本发明专利技术通过固体激光器和激光测距单元的一体化设计，将回波激光耦合到一体化激光测距装置的激光增益模块中进行双程放大，实现激光增益模块对回波激光信号的高倍率光学放大，同时回波激光巧妙地和发射激光分时共用同一个激光增益模块，有效压缩了一体化激光测距装置的体积，有利于其在车载、机载、星载环境中的推广应用。星载环境中的推广应用。星载环境中的推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一体化激光测距装置


[0001]本专利技术涉及激光测距
，具体涉及一种具有回波激光增益的一体化激光测距装置。

技术介绍

[0002]激光测距机在工业、国防、科研等众多领域具有广泛的应用前景，适用于车载、机载、星载等移动平台，备受国内外关注。其中，LD泵浦的电光调Q激光器具有脉冲宽度短、峰值功率高、光束质量好、结构紧凑、效费比高等显著优势，常被用作为激光测距机的光源。高信噪比、大探测距离是激光测距机的核心评价指标，而小型化轻量化的激光测距机是应用场景的客观要求，如何兼顾测距性能和体积重量是激光测距装置的研究重点。
[0003]为了提升激光测距机的探测距离和信噪比，通常采用的方法包括：提升激光器的输出能力、提升测距机发射系统口径、提升测距机接收系统口径、提升光电探测器的灵敏度及数据处理能力。上述方法均会导致激光测距系统的体积重量增大、成本增高，限制了应用范围。在不显著增加系统体积和重量的基础上，通过优化激光器和测距单元一体化设计，同时提升激光测距装置的探测距离和信噪比，有助于激光测距机在车载、机载、星载等应用场景下的推广应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述问题，提供了一种一体化激光测距装置，通过固体激光器和激光测距单元的一体化设计，将回波激光耦合到一体化激光测距装置的激光增益模块中进行双程放大，实现激光增益模块对回波激光信号的高倍率光学放大，同时回波激光巧妙地和发射激光分时共用同一个激光增益模块，有效压缩一体化激光测距装置的体积。
[0005]本专利技术提供的一体化激光测距装置包括：
[0006]全反射镜、耦合输出镜、同轴发射接收单元、光电探测器和控制器，其中：
[0007]全反射镜与耦合输出镜组成激光谐振腔，在激光谐振腔内，从全反射镜至耦合输出镜方向依次设置有相位波片、激光增益模块、电光普克尔盒和偏振分束片；
[0008]其中，激光增益模块为回波激光和激发发射激光提供激光增益，电光普克尔盒用于动态调节发射激光和回波激光的相位推迟量，偏振分束片用于透射P偏振激光和反射S偏振激光；
[0009]在激光发射过程中，相位波片、电光普克尔盒和偏振分束片协同实现激光器的调Q功能；在激光回波过程中，偏振分束片、激光增益模块和相位波片协同实现回波激光双程光学放大功能；
[0010]同轴发射接收单元用于压缩由耦合输出镜射出的发射激光的发射角，同时同轴发射接收单元用于汇聚接收回波激光；
[0011]光电探测器接收偏振分束片反射的S偏振回波激光，光电探测器将S偏振回波激光信号转换为电信号。
[0012]控制器为单片机，控制器用于启动和中断激光谐振腔激发激光脉冲，用于记录所述发射激光脉冲峰值的时间和第一次探测到回波激光的时间，用于计算一体化激光测距装置与待测目标的距离。
[0013]优选的，全反射镜采用镀有介质膜的凹面反射镜，与耦合输出镜组成稳定腔结构，全反射镜以k14玻璃为基底。
[0014]优选的，相位波片为1/4波片，单次通过1/4波片的光的相位角推迟45
°
，光在激光谐振腔内往返传输两次后，S偏振光变为P偏振光。
[0015]优选的，电光普克尔盒上加1/4波电压等效于1/4波片，单次通过电光普克尔盒的光的相位角推迟45
°
；电光普克尔盒不加电压等效于平面晶体，对通过的激光的相位没有影响，相位波片和电光普克尔盒结合起来等效于1/2波片，等效于1/2波片，激光通过所述相位波片和所述电光普克尔盒后线偏振方向不变，光子在谐振腔内谐振形成脉冲激光输出。
[0016]优选的，电光普克尔盒采用磷酸二氢钾晶体，电光普克尔盒的两端镀有增透膜，电光普克尔盒的消光比TP：TS大于1000：1，TP表示P偏振光的透射率，TS表示S偏振光的透射率，1/4波电压为3.3kV。
[0017]优选的，偏振分束片采用以熔石英为基底的偏振平板分束镜，偏振分束片的孔径为20mm，偏振分束片的工作波长为1064nm，射到偏振分束片的激光的入射角为45
°
时，消光比TP：TS大于10000：1。
[0018]优选的，耦合输出镜采用石英玻璃基底，耦合输出镜对激光的透射率为20％
‑
60％。
[0019]优选的，光电探测器采用非制冷的雪崩光电探测器。
[0020]优选的，计算一体化激光测距装置与待测目标的距离的公式为：
[0021]S＝(t2‑
t1)
×
c/2；
[0022]其中，S表示一体化激光测距装置与待测目标的距离，t1表示光电探测器第一次探测到所述发射激光的脉冲峰值的时间，t2表示光电探测器第一次探测到所述回波激光的时间。
[0023]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
[0024]1、本专利技术有效解决了现有激光测距装置的回波信号弱、探测信噪比低的难题，通过对回波激光的偏振态控制，实现了回波激光在激光器的激光增益模块内进行分时光学放大，显著提升了回波信号的光学强度。
[0025]2、本专利技术在不额外增加光学元件的前提下，对激光器和测距单元进行了一体化集成设计，有效压缩了激光测距装置的体积和重量，有利于其在车载、机载、星载环境中的推广应用，并且通过更换其他波长的激光器件可形成各个波长的激光测距装置。
附图说明
[0026]图1是根据本专利技术实施例提供的一体化Nd：YAG激光测距装置的元件分布图；
[0027]图2是根据本专利技术实施例提供的控制器的工作逻辑图。
[0028]其中的附图标记包括：
[0029]全反射镜1、1/4波片2、激光增益模块3、电光普克尔盒4、偏振分束片5、耦合输出镜6、控制器7、光电探测器8、同轴发射接收单元9、发射激光10、回波激光11。
具体实施方式
[0030]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0032]本实施例以波长为1064nm的一体化Nd：YAG激光测距装置为例进行说明，可以根据应用需求，更换其他波长的激光器件形成各个波长的一体化激光测距装置。
[0033]图1示出了根据本专利技术实施例提供的一体化Nd：YAG激光测距装置的元件分布。
[0034]如图1所示，一体化Nd：YAG激光测距装置包括：全反射镜1、1/4波片2、激光增益模块3、电光普克尔盒4、偏振分束片5、耦合输出镜6、控制器7、光电探测器8和同轴发射接收单元9，全反射镜1与耦合输出镜6组成激光谐振腔，在所述激光谐振腔内，从全反射镜1至耦合输出镜6方向依次设置有1/4波片2、激光增益模块3、电光普克尔盒4和偏振分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化激光测距装置，其特征在于，包括：全反射镜、耦合输出镜、同轴发射接收单元、光电探测器和控制器，其中：所述全反射镜与所述耦合输出镜组成激光谐振腔，在所述激光谐振腔内，从所述全反射镜至所述耦合输出镜方向依次设置有相位波片、激光增益模块、电光普克尔盒和偏振分束片；其中，所述激光增益模块为回波激光和激发发射激光提供激光增益，所述电光普克尔盒用于动态调节所述发射激光和所述回波激光的相位推迟量，所述偏振分束片用于透射P偏振激光和反射S偏振激光；在激光发射过程中，所述相位波片、所述电光普克尔盒和所述偏振分束片协同实现激光器的调Q功能；在激光回波过程中，所述偏振分束片、所述激光增益模块和所述相位波片协同实现所述回波激光双程光学放大功能；所述同轴发射接收单元设置在所述激光谐振腔外的激光发射的方向，用于压缩由所述耦合输出镜射出的所述发射激光的发射角，同时所述同轴发射接收单元用于汇聚接收所述回波激光；所述光电探测器接收所述偏振分束片反射的S偏振回波激光，所述光电探测器将所述S偏振回波激光信号转换为电信号；所述控制器为单片机，所述控制器用于启动和中断所述激光谐振腔激发激光脉冲，用于记录所述发射激光脉冲峰值的时间和第一次探测到所述回波激光的时间，用于计算所述一体化激光测距装置与待测目标的距离。2.如权利要求1所述的一体化激光测距装置，其特征在于，所述全反射镜采用镀有介质膜的凹面反射镜，与所述耦合输出镜组成稳定腔结构，全反射镜以k14玻璃为基底。3.如权利要求1所述的一体化激光测距装置，其特征在于，所述相位波片为1/4波片，单次通过所述1/4波片的光的相位角推迟45
°
，光在所述激光谐振腔内往返传输两次后，S偏振光变为P偏振光。4.如权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘其坤，陈飞，张来明，孙俊杰，陈毅，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：