本发明专利技术涉及一种激光器输出能量监测装置及方法，所述激光器输出能量监测装置包括：信号观测模块，用于接收待监测光束的散射光信号，并将所述散射光信号转化为电流信号输出；信号处理模块，用于处理所述信号观测模块输出的电流信号，并输出表征待监测光束能量大小的电压信号；信号存储模块，用于存储信号处理模块输出的表征待监测光束能量大小的电压信号，并将该电压信号转换为待监测光束的实时能量值。本发明专利技术通过对待监测光束的散射光信号进行实时监测，克服了普通能量监测设备在使用过程中需要将待测激光分光的问题，不占用已有激光的总能量；本发明专利技术在监测过程中不需要将激光束入射到探头上，因而具有实时监测能力，且简化了监测操作过程。了监测操作过程。了监测操作过程。
【技术实现步骤摘要】
激光器输出能量监测装置及方法
[0001]本专利技术涉及激光能量监测领域，具体涉及一种激光器输出能量监测装置及方法。
技术介绍
[0002]激光雷达是一种以激光作为探测源，发射一束具有高指向性、高能量的脉冲激光束，光与大气中的物质相互作用产生后向散射光，并通过光学接收系统、数据采集系统等对回波信号进行采集与处理，最后反演得到大气的物理参数。根据激光雷达方程，激光雷达发射激光的能量与回波光信号强度有关，所以激光的发射能量的变化情况也将会对回波光信号产生影响。而激光雷达发射系统的主要设备为激光器，激光器的输出能量会随着激光器的工作状态及使用情况发生变化。所以，需要对激光能量进行实时监测，校正回波信号数据，避免反演结果时带来误差，提高激光雷达的探测精度。激光雷达在日常观测时，为了获得更精确的探测数据，将会定期对激光的能量、发射方向进行监测，可以通过探测到的回波光子数的分析比对，来判断激光雷达的探测状态是否存在问题。因此在探测中，能量监测是一个必不可少的环节。
[0003]而普通的能量计，必须将激光束入射到探头上，才可以监测，这对于激光雷达来说，需要将探测光束分光进行监测或者是直接监测全部输出能量，这样的方法将会损失激光雷达的发射激光能量或者直接中断探测。并且这不是实时监测，不能对数据逐一实时修正。对于激光雷达探测来说，高的探测能量将会获得更好的回波光信号，提高信噪比，不损失探测能量并且可以实时监测发射激光能量将是有益于激光雷达探测的。
[0004]现有的激光雷达发射装置，所说的能量监测，一般都是激光出光口所测量的能量，并不是直接发射到天空的能量，而激光从出光口到激光发射到天空，这中间可能需要增加若干折返镜及扩束系统，才能把激光发射到天空，所以在激光出光口进行测量得到的能量数据作为激光雷达探测的能量不够准确。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提出一种可实时监测激光雷达发射能量的装置及方法，在不需要对激光雷达发射激光分光的情况下，可利用弱光监测激光能量，实时判定激光的发射能量。
[0006]具体而言，本专利技术提供了一种激光器输出能量监测装置，包括：信号观测模块，用于接收待监测光束的散射光信号，并将所述散射光信号转化为电流信号输出；和，信号处理模块，用于处理所述信号观测模块输出的电流信号，并输出表征待监测光束能量大小的电压信号。
[0007]相应地，本专利技术提供了一种激光器输出能量监测方法，包括以下步骤：
[0008]S1.将权利要求1
‑
8中的任一项所述的激光器输出能量监测装置与待监测光束保持预定的距离进行设置，优选地，所述的激光器输出能量监测装置与待监测光束的发射位置水平共面地进行设置。
[0009]S2.给定至少两个已知的激光器输出能量值，并得到对应的至少两个表征待监测
光束能量大小的电压信号，进而确定所述激光器输出能量值与所述表征待监测光束能量大小的电压信号之间的线性关系；
[0010]S3.根据实时获得的所述表征待监测光束能量大小的电压信号以及S2中所述线性关系监测所述激光器输出能量。
[0011]本专利技术相对于现有技术的技术效果在于：本专利技术通过对待监测光束的散射光信号进行实时监测，克服了普通能量监测设备在使用过程中需要将待测激光分光的问题，不占用已有激光的总能量；并且，本专利技术在监测过程中不需要将激光束入射到探头上，因而具有实时监测能力，且简化了监测操作过程。
附图说明
[0012]图1为本专利技术一种实施方式的激光器输出能量监测装置的结构示意图；
[0013]图2为本专利技术一种实施方式的激光器输出能量监测装置的连接示意图；
[0014]图3为本专利技术一种实施方式的激光器输出能量监测装置用于激光雷达的实施例示意图。
[0015]附图标记：1、壳体，2、观测窗口，3、光敏器件，4、光学平台，5、激光发射装置，6、强激光反射装置，7、激光器输出能量监测装置，71、光触发信号，74、能量监测信号，8、工控机，9、示波器，10、数据采集卡，11、单光子探测装置，12、回波信号传输光纤，13、光纤耦合装置，14、接收望远镜装置。
具体实施方式
[0016]一、激光器输出能量监测装置的结构和工作过程
[0017]本专利技术公开了一种激光器输出能量监测装置，包括：信号观测模块，用于接收待监测光束的散射光信号，并将所述散射光信号转化为电流信号输出；和，信号处理模块，用于处理所述信号观测模块输出的电流信号，并输出表征待监测光束能量大小的电压信号。
[0018]其中，所述信号观测模块包括：壳体1，所述壳体1表面开设有观测窗口2，所述观测窗口2表面覆盖有滤光材料以减小环境光对观测结果的影响；和，光敏器件3，所述光敏器件3设置于所述壳体1内，且通过所述观测窗口2接收待监测光束的散射光信号，并将所述散射光信号转化为电流信号输出。
[0019]所述光敏器件3可以采用适当形式，优选地，所述光敏器件3为光电二极管，所述光电二极管的种类根据待测光信号的波长和强度进行选择，可以是探测可见光的硅光二极管，也可以是砷化镓二极管及其他需要探测波长对应探测能力的柔性光电二极管；所述滤光材料的频率特性根据待测光信号的波长进行选择，所述滤光材料的带宽≤10nm，所述滤光材料的透过率≥90％。
[0020]为了提高所述光敏器件接收待监测光束的散射光信号的效果，所述观测窗口2凸出于壳体1外表面进行设置；和，所述光敏器件3的位置设置为能够根据所述信号观测模块的工作状态进行活动：所述信号观测模块进行观测时，所述光敏器件3能够活动至所述凸出的观测窗口2内；所述信号观测模块观测结束时，所述光敏器件3能够回到所述壳体1内。
[0021]为了使得本专利技术的激光器输出能量监测装置能够用于狭小空间，优选地，凸出的所述观测窗口2设置为立方体或半球形，其边长或直径设置为≤4mm；和/或，所述壳体1设置
为立方体，其尺寸设置为≤15mm
×
15mm
×
15mm。
[0022]所述壳体1底部和侧面可以设置螺纹孔以便安装在普通光学固定支架上。
[0023]所述信号处理模块包括：信号放大单元，用于将所述信号观测模块输出的电流信号转化为电压信号并进行放大。具体而言，所述信号放大单元具备高灵敏、低噪声放大器，将光电二极管采集到的微弱的光信号，通过电路转换由低噪声放大器进行信号放大；信号经信号放大模块放大后可以分为两部分：一部分经过信号整形模块，作为同步光触发信号输出；一部分经过能量信号输出模块作为能量监测输出；和，信号采集单元，用于对信号放大单元输出的电压信号进行模数转换，并输出表征待监测光束能量大小的电压信号。
[0024]为了使得本专利技术的激光器输出能量监测装置同时还可以输出光触发信号以用于同步激光雷达其他信号接收系统，优选地，所述信号处理模块包括信号整形单元，用于将所述信号放大单元输出的电压信号的波形由连续信号转换成脉冲信号，并将所述的脉冲信号输出作为触发信号。
[002本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光器输出能量监测装置，其特征在于，包括：信号观测模块，用于接收待监测光束的散射光信号，并将所述散射光信号转化为电流信号输出；信号处理模块，用于处理所述信号观测模块输出的电流信号，并输出表征待监测光束能量大小的电压信号；和信号存储模块，用于存储信号处理模块输出的表征待监测光束能量大小的电压信号，并将该电压信号转换为待监测光束的实时能量值。2.根据权利要求1所述的激光器输出能量监测装置，其特征在于，所述信号观测模块包括：壳体(1)，所述壳体(1)表面开设有观测窗口(2)，所述观测窗口(2)表面覆盖有滤光材料；和光敏器件(3)，所述光敏器件(3)设置于所述壳体(1)内，且通过所述观测窗口(2)接收待监测光束的散射光信号，并将所述散射光信号转化为电流信号输出。3.根据权利要求2所述的激光器输出能量监测装置，其特征在于，所述观测窗口(2)凸出于壳体(1)外表面进行设置；所述光敏器件(3)的位置设置为能够根据所述信号观测模块的工作状态进行活动：所述信号观测模块进行观测时，所述光敏器件(3)能够活动至所述凸出的观测窗口(2)内；所述信号观测模块观测结束时，所述光敏器件(3)能够回到所述壳体(1)内。4.根据权利要求3所述的激光器输出能量监测装置，其特征在于，凸出的所述观测窗口(2)设置为立方体或半球形，其边长或直径设置为≤4mm；和/或，所述壳体(1)设置为立方体，其尺寸设置为≤15mm
×
15mm
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15mm。5.根据权利要求2所述的激光器输出能量监测装置，其特征在于，所述光敏器件(3)为光电二极管，所述光电二极管的种类根据待测光信号的波...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜丽芳，王继红，王泽龙，郑浩然，吴方，王怡璠，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：
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