一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统和方法，所述系统包括：1数字控制系统、2激光发射装置、3扩束镜、4分光镜、5PIN光电探测器、6主波放大器、7待测目标黑体、8接收透镜、9光电接收装置。本发明专利技术的方法采用的光电接收装置基于表面波的横自旋原理，利用了自旋电子器件的低功耗、高速和高集成度实现了对黑体辐射的精确测量，填补了现有的传统激光测距方案的空白。距方案的空白。距方案的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统和方法


[0001]本专利技术属于激光测距
，具体涉及一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统和方法。

技术介绍

[0002]由于方向性好、亮度高、相干性好等优点，激光测距技术在工程当中获得了普遍的应用。其中脉冲法激光测距技术的应用尤为广泛，脉冲法激光测距技术的主要原理是通过发射装置发出激光脉冲，并记录初始时间t1，脉冲到达待测目标物后经过漫反射，最后经由回波探测系统接收，并记录结束时间t2。通过计算发射激光脉冲和回波激光脉冲的时间间隔t＝t2‑
t1，由公式D＝c*t/2计算可以得到待测目标物的距离D，其中，c表示光速。
[0003]然而，当待测目标物是黑体时，现有的传统激光测距方案难以实现精准测距。黑体是一个理想化的物体，自然界不存在真正的黑体，但存在许多较好的黑体近似。黑体能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射。也就是说，黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。因此依赖于漫反射实现回波检测的传统激光测距技术在黑体测距时行不通。但是黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射，其光谱特征具有一定的谱分布，该谱分布是已知的，并且仅与该黑体的温度有关，与黑体的材质无关。
[0004]表面波是一种沿介质表面传播的结构光场，由于表面波存在等效静止质量，因此存在横自旋。而自旋是一种粒子所具有的内禀性质，并且可以和外场发生耦合。粒子的自旋作为一种新兴的信息载体，为激光测距技术提供了一种新思路。
[0005]如今，为了满足越来越多的特殊测量要求，人们试图寻找实现激光测距技术的新原理，但是还没有一种基于表面波横自旋原理来实现黑体激光测距的方案。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统和方法，能够将黑体作为待测目标物进行灵敏、快速的探测。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统，包括：1数字控制系统、2激光发射装置、3扩束镜、4分光镜、5PIN光电探测器、6主波放大器、7待测目标黑体、8接收透镜、9光电接收装置。
[0008]1数字控制系统与2激光发射装置连接；2激光发射装置与3扩束镜连接；3扩束镜与4分光镜连接，2激光发射装置发射激光脉冲经过3扩束镜后被4分光镜分光，分别进入5PIN光电探测器和7待测目标黑体；5PIN光电探测器与6主波放大器连接；6主波放大器与1数字控制系统连接；7待测目标黑体吸收激光脉冲信号后局部升温发出更高能量密度的黑体辐射通过8接收透镜，到达9光电接收装置；9光电接收装置与1数字控制系统连接。
[0009]进一步地，所述9光电接收装置结构，包括：10棱镜，11电介质，12可控恒定磁场，13磁性材料，14自旋极化扫描隧道显微镜，15控制器。
[0010]10棱镜与11电介质相贴合组成了表面波激发装置；14自旋极化扫描隧道显微镜与15控制器连接；13磁性材料位于11电介质之上，14自旋极化扫描隧道显微镜之下，并且被12可控恒定磁场包围。
[0011]进一步地，所述光电接收装置中，所述14自旋极化扫描隧道显微镜采用磁性材料制成，所述13磁性材料采用反铁磁或亚铁磁性材料。
[0012]进一步地，所述光电接收装置中，所述9光电接收装置的回波信号入射口为10棱镜的一个端口；所述9光电接收装置的输出信号经由15控制器输出到1数字控制系统。
[0013]进一步地，所述光电接收装置中，所述15控制器用以控制14自旋极化扫描隧道显微镜的移动，并且与1数字控制系统相连接。
[0014]根据所述系统，本专利技术还提出了一种基于表面波横自旋的黑体激光测距方法，具体步骤如下：
[0015]S1、将1数字控制系统与2激光发射装置依次连接，2激光发射装置产生发射高能量激光脉冲经3扩束镜和4分光镜产生扩束和分光；
[0016]S2、步骤S1中分光的激光脉冲信号，一部分进入5PIN光电探测器，随后经过6主波放大器放大后，将开始计时信号传输到1数字控制系统，记录发射激光脉冲时间t1；
[0017]S3、步骤S1中分光的激光脉冲信号，另一部分射向7待测目标黑体后，被7待测目标黑体吸收后，使得黑体局部升温产生高能量密度的黑体辐射，作为回波信号经8接收透镜后，进入9光电接收装置实现回波信号检测，将结束计时信号传输到1数字控制系统进行拟合匹配，记录回波激光脉冲时间t2；
[0018]S4、1数字控制系统计算发射激光脉冲和回波激光脉冲的时间间隔t＝t2‑
t1，再由公式D＝c*t/2计算可得待测目标物的距离D。
[0019]其中，c表示光速。
[0020]进一步地，所述步骤S3中，9光电接收装置实现回波信号检测的流程，具体如下：
[0021](1)回波信号经过10棱镜全反射，在11电介质表面激发了表面波；
[0022](2)11电介质上表面波的横自旋与13磁性材料上电子的自旋产生耦合，改变13磁性材料内部的电子自旋状态；
[0023](3)14自旋极化扫描隧道显微镜检测到13磁性材料内部自旋状态的改变，经由15控制器将自旋改变量传输到1数字控制系统；
[0024](4)1数字控制系统收到自旋改变量信号后，拟合出辐射曲线并且与黑体辐射曲线进行匹配，从而确定是7待测目标黑体产生辐射回波信号。
[0025]进一步地，所述9光电接收装置实现回波信号检测的流程中，在未接收到回波信号时，系统内部的初始化过程具体如下：
[0026]15控制器在接到1数字控制系统的指令后，使14自旋极化扫描隧道显微镜作为自旋电子源，产生自旋电子。在12可控恒定磁场的共同作用下，13磁性材料自旋电子方向与磁场方向平行，即13磁性材料内部自旋电子全部朝上。
[0027]进一步地，所述9光电接收装置实现回波信号检测的流程中，在接收到回波信号时，具体如下：
[0028]10棱镜在有回波信号以特定角度入射时，14电介质发生全反射，进而在14电介质表面激发表面波，表面波存在等效静止质量，则表面波的场量子存在横自旋，令σ＝(σ
x
,σ
y
,
σ
z
)表示泡利矩阵矢量；
[0029]则从表面波中质量为m、电荷为e的Dirac电子的哈密顿量出发，推导出如下表面波横自旋与电子自旋的相互作用哈密顿量：
[0030][0031]其中，表示电子的自旋算符，s
e
和s
m
表示表面波的横自旋密度矢量，该方程描述了电子自旋与表面波横自旋之间的耦合。
[0032]本专利技术的有益效果为：本专利技术所述系统包括：数字控制系统、激光发射装置、扩束镜、分光镜、PIN光电探测器、主波放大器、待测目标黑体、接收透镜、光电接收装置。本专利技术的方法采用的光电接收装置基于表面波的横自旋原理，利用了自旋电子器件的低功耗、高速和高集成度实现了对黑体辐射的精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统，包括：1数字控制系统、2激光发射装置、3扩束镜、4分光镜、5PIN光电探测器、6主波放大器、7待测目标黑体、8接收透镜、9光电接收装置；1数字控制系统与2激光发射装置连接；2激光发射装置与3扩束镜连接；3扩束镜与4分光镜连接，2激光发射装置发射激光脉冲经过3扩束镜后被4分光镜分光，分别进入5PIN光电探测器和7待测目标黑体；5PIN光电探测器与6主波放大器连接；6主波放大器与1数字控制系统连接；7待测目标黑体吸收激光脉冲信号后局部升温发出更高能量密度的黑体辐射通过8接收透镜，到达9光电接收装置；9光电接收装置与1数字控制系统连接。2.根据权利要求1所述的一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统，其特征在于，所述9光电接收装置结构，包括：10棱镜，11电介质，12可控恒定磁场，13磁性材料，14自旋极化扫描隧道显微镜，15控制器；10棱镜与11电介质相贴合组成了表面波激发装置；14自旋极化扫描隧道显微镜与15控制器连接；13磁性材料位于11电介质之上，14自旋极化扫描隧道显微镜之下，并且被12可控恒定磁场包围。3.根据权利要求2所述的一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统，其特征在于，所述光电接收装置中，所述14自旋极化扫描隧道显微镜采用磁性材料制成，所述13磁性材料采用反铁磁或亚铁磁性材料。4.根据权利要求2所述的一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统，其特征在于，所述光电接收装置中，所述9光电接收装置的回波信号入射口为10棱镜的一个端口；所述9光电接收装置的输出信号经由15控制器输出到1数字控制系统。5.根据权利要求2所述的一种基于表面波横自旋的黑体激光测距系统，其特征在于，所述光电接收装置中，所述15控制器用以控制14自旋极化扫描隧道显微镜的移动，并且与1数字控制系统相连接。6.根据权利要求1所述的系统，提出了一种基于表面波横自旋的黑体激光测距方法，具体步骤如下：S1、将1数字控制系统与2激光发射装置依次连接，2激光发射装置产生发射高能量激光脉冲经3扩束镜和4分光镜产生扩束和分光；S2、步骤S1中分光的激光脉冲信号，一部分进入5PIN光电探测器，随后经过6主波放大器放大后，将开始计时信号传输到1数字控制系统，记录发射激光脉冲时间t1；S3、步骤S1中分光的激光脉冲信号，另一部分射向7待测目标黑体后，被7待测目标黑体吸收后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，贾志国，李海明，孙玉宝，盛春营，邵学涛，王兴强，程慧杰，潘阳阳，李伟，韩长伟，吴晓彤，汪相如，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：