本发明专利技术公开一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达，包括激光器(1)、分光棱镜(BS)(2)、偏振调制系统(3)、光学发射系统(4)、1/4波片(5)、衍射薄膜(6)、偏振分束器(7)、准直器(8)、滤光片(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)和信号采集处理模块(12)。系统中衍射薄膜(6)、偏振分束器(7)、准直器(8)和滤光片(9)组成偏振衍射系统(13)，与光电探测器结合，可以实现目标距离、偏振度等信息的测量。与传统的光学接收系统所使用的石英等材质的透镜相比，衍射薄膜的质量面密度低4个量级。此外，衍射薄膜能对光波的传播方向进行调制，且在一定尺度范围内对光的偏振态不敏感，将其应用在偏振激光雷达的接收端可以降低系统的复杂度，实现系统的小型化、集成化和轻量化。集成化和轻量化。集成化和轻量化。
【技术实现步骤摘要】
一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达
[0001]本专利技术涉及激光雷达
，尤其是涉及到一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达。
技术介绍
[0002]激光雷达作为一种新型的主动探测技术，拥有高灵敏度、高时间分辨率等优势，在测距、三维成像等方面有诸多应用。偏振激光雷达作为激光雷达的一种，在激光上加载偏振态，有利于获得目标的特性信息。在现有的偏振激光雷达方案中，光学接收系统一般采用光学透镜、偏振片等接收，系统较为复杂，且其中光学透镜重量较大，不利于激光雷达在航天、车载等方面的应用。最近几年，以光的衍射原理为基础，采用微纳加工技术在薄膜基底上刻蚀浮雕结构实现衍射的光学元件，其表面浮雕结构可以做到10μm量级以下，质量面密度比传统光学接收所使用的石英等材质的透镜低4个量级。此外，衍射薄膜对光束的传播方向具有调制作用，且在一定尺度范围内对光的偏振态不敏感，与偏振分束器件结合成偏振衍射接收系统，将该系统应用在偏振激光雷达的接收端，与光电探测器结合，可以实现目标距离、偏振度等信息的获取。同时，能够降低偏振激光雷达系统的复杂度，有利于实现系统的集成化、轻量化和小型化，进一步有利于偏振激光雷达的应用。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是为了减轻偏振激光雷达的系统重量、降低系统的复杂度，提供一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达。该专利技术具有原理清晰，操作方便，结构简单等特点，将对光束的传播方向具有调制作用，并在一定尺度范围内对偏振态不敏感的衍射薄膜元件与偏振分束器件结合成偏振衍射接收系统作为偏振激光雷达的接收端，相比于传统的光学接收系统，能够有效减轻激光雷达系统的重量、降低系统的复杂度。
[0004]本专利技术的技术方案如下：一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达，激光器发出激光，经过分光棱镜BS之后，小部分的激光能量进入光电探测器，作为信号采集处理模块的参考信号，大部分的激光能量进入偏振调制系统，加载预定的偏振态，并由光学发射系统发射，到达目标，在目标表面反射后的回波信号，通过1/4波片之后，经过偏振衍射系统，并将P光和S光分别聚焦于第一光电探测器a、b，同时产生的电信号进入信号采集处理模块，进行信号处理。
[0005]进一步地，将具有聚焦作用的衍射薄膜元件用在激光雷达接收端，相比传统的光学接收透镜，能够有效减轻系统的重量。
[0006]进一步地，将衍射薄膜元件与光电探测器结合，可以接收目标的距离和偏振度等信息。
[0007]进一步地，衍射薄膜元件的质量面密度较小，易折叠，易做到大口径，与此同时，系统重量不会较大增加。
[0008]进一步地，衍射薄膜元件是利用光学设计制作的，可以根据应用需求，做不同的设
计。
[0009]进一步地，将衍射薄膜元件用在激光雷达的接收端，不用考虑薄膜成像中存在的色差。
[0010]进一步地，衍射薄膜元件可以对光波的传播方向进行调制，并且在一定尺度范围内对偏振态不敏感，与偏振分束器结合成偏振衍射系统，将其应用在偏振激光雷达的接收端可以降低系统的复杂度，实现系统的小型化、集成化和轻量化。
[0011]进一步地，偏振衍射系统与第一光电探测器结合可以实现对目标的距离、偏振度信息的测量。
[0012]进一步地，衍射薄膜元件是利用光学设计制作的，可以根据不同的应用需求，做不同的设计。
[0013]进一步地，衍射薄膜受自身色散的影响，更适合激光这种单色光的应用，有利于接收系统中背景光的分离，从而提高信噪比。
[0014]本专利技术的原理如下：
[0015]现有的偏振激光雷达系统一般采用透镜、偏振片等作为光学接收系统，其中透镜重量较大。本专利技术使用的衍射薄膜可以对光束的传播方向进行调制，与偏振分束器组成偏振衍射系统，将其应用在偏振激光雷达的接收端可以实现对偏振光的分束、聚焦，可以降低偏振激光雷达系统的复杂度，实现系统的小型化和集成化。此外，衍射薄膜的质量面密度比传统的接收所使用的石英等材质的透镜低4个量级，相比于传统偏振激光雷达系统的接收端，可以有效的减轻激光雷达系统的重量，做到轻量化。
[0016]本专利技术与现有技术相比的优点为：
[0017](1)本专利技术薄膜相比传统光学接收端，能够调制光束的传播方向。
[0018](2)本专利技术薄膜相比传统光学接收端，通过偏振分束器，与光电探测器结合，可以实现目标距离、偏振度等信息的获取。
[0019](3)本专利技术薄膜相较于传统光学接收端所使用的石英等材质的透镜，质量面密度低4个量级，相同口径下的质量更轻。
[0020](4)本专利技术薄膜相较于传统光学接收端，利用光学设计制作，可以根据系统要求，做不同的设计。
[0021](5)本专利技术薄膜应用在激光雷达上，利用激光单色光的优势，不用考虑薄膜成像中的色差问题。
[0022](6)本专利技术中使用的薄膜具有成熟的加工技术，薄膜易折叠，可以做到大口径，应用到大口径接收的激光雷达，便于更远距离的激光雷达的探测。
[0023](7)本专利技术具有原理清晰，结构简单，可以有效的减轻激光雷达系统的重量，可以实现激光雷达的轻量化、集成化和小型化。
附图说明
[0024]图1为本专利技术基于衍射薄膜接收的激光雷达示意图，其中，1为激光器、2为分光棱镜(BS)、3为偏振调制系统、4为光学发射系统、5为1/4波片、6为衍射薄膜、7为偏振分束器、8为准直器、9为滤光片、10为第一光电探测器、11为第二光电探测器、12为信号采集处理模块、13为偏振衍射系统。
[0025]图2为偏振衍射系统概念图。
具体实施方式
[0026]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。
[0027]实施例1
[0028]如图1所示，本专利技术是基于衍射薄膜接收的激光雷达，包括激光器1、分光棱镜(BS)2、偏振调制系统3、光学发射系统4、1/4波片5、偏振衍射系统13、第一光电探测器10、第二光电探测器11和信号采集处理模块12。第一光电探测器10包括第一光电探测器a、b，偏振衍射系统13包括衍射薄膜6、偏振分束器7、两个准直器8和两个滤光片9，激光器发出激光，经过分光棱镜BS之后，小部分的激光能量进入第二光电探测器，作为信号采集处理模块的参考信号，大部分的激光能量进入偏振调制系统，加载预定的偏振态，并由光学发射系统发射，到达目标，在目标表面经过反射得到的回波信号，通过1/4波片之后，经过偏振衍射系统13，被衍射薄膜6接收，再经过偏振分束器7得到P光和S光，并将P光通过准直器8和滤光片9聚焦于第一光电探测器a，将S光通过准直器8和滤光片9聚焦于第一光电探测器b，同时产生的电信号进入信号采集处理模块，进行信号处理。本专利技术是一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达，系统中所使用的衍射薄膜6、偏振分束器7与光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达，其特征在于：包括激光器(1)、分光棱镜(BS)(2)、偏振调制系统(3)、光学发射系统(4)、1/4波片(5)、衍射薄膜(6)、偏振分束器(7)、准直器(8)、滤光片(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)和信号采集处理模(12)，第一光电探测器(10)包括第一光电探测器a、b，激光器(1)发出激光，经过分光棱镜BS(2)之后，小部分的激光能量进入第二光电探测器(11)，作为信号采集处理模块(12)的参考信号，大部分的激光能量进入偏振调制系统(3)，加载预定的偏振态，并由光学发射系统(4)发射，到达目标，由目标表面反射后的回波信号，通过1/4波片(5)之后，经过偏振衍射系统(13)，并将P光和S光分别聚焦于第一光电探测器a、b，产生的电信号进入信号采集处理模块(12)并进行信号处理。2.根据权利要求1所述的一种基于衍射薄膜接收的偏振激光雷达，其特征在于：将具有聚焦作用的薄膜光学元件应用在激光雷达接收端，相比于传统的光学接收系统中使用的石英材质的透镜，衍射薄膜的质量面密度低4个量级，相同大口径下，使用衍射薄膜质量更轻，能够有效减...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，王玲，罗兰，鞠琳，
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：
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