一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统技术方案

本申请实施例提供一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，涉及激光雷达技术领域，包括发射装置和接收装置；发射装置包括第一壳体、第一发射透镜组、第二发射透镜组和激光发射组件，第一壳体形成有第一容纳腔，第一发射透镜组和第二发射透镜组设置于第一容纳腔内；第一发射透镜组的中心和第二发射透镜组的中心沿第一激光束的传输路径设置；第一发射透镜组被配置为将第一激光束准直进入至第二发射透镜组，第二发射透镜组被配置为将第一发射透镜组准直进入的第一激光束扩束至待检测目标；接收装置包括第二壳体和接收透镜组，第二壳体形成有第二容纳腔，接收透镜组设置于第二容纳腔内，接收透镜组被配置为接收待检测目标反射的第二激光束。标反射的第二激光束。标反射的第二激光束。

【技术实现步骤摘要】
一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统


[0001]本申请涉及激光雷达
，尤其涉及一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统。

技术介绍

[0002]激光雷达技术是一种主动探测技术，已广泛应用于环境监测、卫星测距、军事与国防等领域，可以快速精确的获取目标三维空间信息。气溶胶在大气变换、气候变化和人类健康等方面扮演着重要角色，常用激光雷达作为主动遥感测量工具对其进行探测。其中，单光子探测激光雷达具有探测灵敏度高、响应速度快、测量精度高等优点，是国内外气溶胶探测激光雷达的主要发展趋势之一。
[0003]在单光子探测激光雷达中，光学系统是其重要组成部分之一，包括发射望远镜装置和接收望远镜装置，它们将直接决定着整个单光子探测雷达系统的性能。其中，发射望远镜装置将准直扩束整形之后的激光光源发射到大气中，通过大气时激光光源将与大气中的分子及气溶胶等物质相互作用，接收望远镜装置将接收到携带有相关信息的大气散射回波信号，将信号传输给单光子探测器以进行后续的处理分析。
[0004]然而，现有的接收望远镜装置和发射望远镜装置采用同一装置，容易造成激光信号的相互干扰。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，以解决相关技术中激光信号的相互干扰问题。
[0006]本申请实施例提供一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，包括：发射装置和接收装置；发射装置包括第一壳体、第一发射透镜组、第二发射透镜组和激光发射组件，第一壳体形成有第一容纳腔，第一发射透镜组和第二发射透镜组设置于第一容纳腔内；激光发射组件和第一容纳腔的输入端连接，激光发射组件被配置为向第一发射透镜组的入光面发射第一激光束，第一发射透镜组的中心和第二发射透镜组的中心沿第一激光束的传输路径设置；第一发射透镜组被配置为将第一激光束准直进入至第二发射透镜组，第二发射透镜组被配置为将第一发射透镜组准直进入的第一激光束扩束至待检测目标；接收装置包括第二壳体和接收透镜组，第二壳体形成有第二容纳腔，接收透镜组设置于第二容纳腔内，接收透镜组被配置为接收待检测目标反射的第二激光束；其中，第一激光束的中轴线和第二激光束的中轴线并列设置；第一壳体和第二壳体并列设置。
[0007]在一种可行的实现方式中，第一发射透镜组至少具有准直面，准直面被配置为将第一激光束往靠近第一激光束中轴线的方向汇聚；第二发射透镜组至少具有散射面，散射面被配置为将第一激光束往远离第一激光
束中轴线的方向发散。
[0008]在一种可行的实现方式中，第一发射透镜组包括第一发射透镜，第二发射透镜组包括第二发射透镜、第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜；第一发射透镜的中心、第二发射透镜的中心、第三发射透镜的中心、第四发射透镜的中心和第五发射透镜的中心沿第一激光束的传输方向依次设置；第一发射透镜的入光面设置为与第一激光束的传输方向相互垂直的面，第一发射透镜的出光面与第一发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；第二发射透镜的入光面设置为与第一激光束的传输方向相互垂直的面，第二发射透镜的出光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；第三发射透镜的入光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第三发射透镜的出光面与第三发射透镜的入光面对应设置；第四发射透镜的入光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，第四发射透镜的出光面与第四发射透镜的入光面对应设置；第五发射透镜的入光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第五发射透镜的出光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。
[0009]在一种可行的实现方式中，第一发射透镜出光面曲率半径设置为
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11.168mm至
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10.168mm；第二发射透镜入光面曲率半径设置为
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14.271mm至
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13.271mm，第二发射透镜出光面曲率半径设置为5.560mm至6.560mm；第三发射透镜入光面曲率半径设置为46.183mm至47.183mm，第三发射透镜出光面曲率半径设置为33.293mm至34.293mm；第四发射透镜入光面曲率半径设置为
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193.657mm至
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192.657mm，第四发射透镜出光面曲率半径设置为
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78.827mm至
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77.827mm；第五发射透镜入光面曲率半径设置为241.521mm至242.521mm，第五发射透镜出光面曲率半径设置为
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218.176mm至
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217.176mm；第一发射透镜的中心厚度为1.678mm至2.678mm；第二发射透镜的中心厚度为3.500mm至4.500mm；第三发射透镜的中心厚度为2.500mm至3.500mm；第四发射透镜的中心厚度为8.400mm至9.400mm；第五发射透镜的中心厚度为8.500mm至9.500mm；第一发射透镜的中心至第二发射透镜的中心之间的水平距离为2.500mm至3.500mm；第二发射透镜的中心至第三发射透镜的中心之间的水平距离为32.760mm至33.760mm；第三发射透镜的中心至第四发射透镜的中心之间的水平距离为82.668mm至83.668mm；第四发射透镜的中心至第五发射透镜的中心之间的水平距离为20.874mm至21.874mm；第一发射透镜的折射率为1.0864至2.0864，第一发射透镜的阿贝数为60.214至61.214；第二发射透镜、第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜的折射率均为0.9505至1.9505；第二发射透镜、第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜的阿贝数均为67.321至68.321。
[0010]在一种可行的实现方式中，第一壳体包括第一筒体和第二筒体，第一筒体形成有第一空间，第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜设置于第一空间内；
第二筒体形成有第二空间，第一容纳腔包括第一空间和第二空间，第一发射透镜和第二发射透镜设置于第二空间内；第二筒体的部分伸入至第一空间内，第二筒体能够沿第一激光束的传输方向相对于第一筒体往复移动，以调节第二发射透镜和第三发射透镜之间的焦距。
[0011]在一种可行的实现方式中，第一壳体还包括第三筒体，第三筒体的一侧套设于第二筒体的外侧壁且固定于第一筒体，第三筒体的另一侧套设于第一筒体的外侧壁，且第三筒体设置有和第一筒体相互对应的螺栓孔，紧固螺栓能够穿过螺栓孔将第三筒体可拆卸的固定于第一筒体的外侧壁。
[0012]在一种可行的实现方式中，第一空间内设置有第一隔圈和第二隔圈，第一隔圈和第二隔圈套设于第一空间内，第一隔圈的一端抵靠于第三发射透镜的一端，第三发射透镜的另一端抵靠于第一空间的一个端壁；第一隔圈的另一端抵靠于第四发射透镜的一端，第二隔圈的一端抵靠于第四发射透镜的另一端，第二隔圈的另一端抵靠于第五发射透镜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，其特征在于，包括：发射装置（100）和接收装置（200）；所述发射装置（100）包括第一壳体（110）、第一发射透镜组（120）、第二发射透镜组（130）和激光发射组件，所述第一壳体（110）形成有第一容纳腔，所述第一发射透镜组（120）和所述第二发射透镜组（130）设置于所述第一容纳腔内；所述激光发射组件和所述第一发射透镜组（120）的输入端连接，所述激光发射组件被配置为向所述第一发射透镜组（120）的入光面发射第一激光束，所述第一发射透镜组（120）的中心和所述第二发射透镜组（130）的中心沿所述第一激光束的传输路径设置；所述第一发射透镜组（120）被配置为将所述第一激光束准直进入至所述第二发射透镜组（130），所述第二发射透镜组（130）被配置为将所述第一发射透镜组（120）准直进入的所述第一激光束扩束至待检测目标；所述接收装置（200）包括第二壳体（210）和接收透镜组（220），所述第二壳体（210）形成有第二容纳腔，所述接收透镜组（220）设置于所述第二容纳腔内，所述接收透镜组（220）被配置为接收所述待检测目标反射的第二激光束；其中，所述第一激光束的中轴线和所述第二激光束的中轴线并列设置；所述第一壳体（110）和所述第二壳体（210）并列设置。2.根据权利要求1所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，其特征在于，所述第一发射透镜组（120）至少具有准直面，所述准直面被配置为将所述第一激光束往靠近所述第一激光束中轴线的方向汇聚；所述第二发射透镜组（130）至少具有散射面，所述散射面被配置为将所述第一激光束往远离所述第一激光束中轴线的方向发散。3.根据权利要求2所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，其特征在于，所述第一发射透镜组（120）包括第一发射透镜（121），所述第二发射透镜组（130）包括第二发射透镜（131）、第三发射透镜（132）、第四发射透镜（133）和第五发射透镜（134）；所述第一发射透镜（121）的中心、所述第二发射透镜（131）的中心、所述第三发射透镜（132）的中心、所述第四发射透镜（133）的中心和所述第五发射透镜（134）的中心沿所述第一激光束的传输方向依次设置；所述第一发射透镜（121）的入光面设置为与所述第一激光束的传输方向相互垂直的面，所述第一发射透镜（121）的出光面与所述第一发射透镜（121）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；所述第二发射透镜（131）的入光面设置为与所述第一激光束的传输方向相互垂直的面，所述第二发射透镜（131）的出光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；所述第三发射透镜（132）的入光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，所述第三发射透镜（132）的出光面与所述第三发射透镜（132）的入光面对应设置；所述第四发射透镜（133）的入光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，所述第四发射透镜（133）的出光面与所述第四发射透镜（133）的入光面对应设置；所述第五发射透镜（134）的入光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自
两端至中间的方向上逐渐减小，所述第五发射透镜（134）的出光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。4.根据权利要求3所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，其特征在于，所述第一发射透镜（121）出光面曲率半径设置为
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11.168mm至
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10.168mm；所述第二发射透镜（131）入光面曲率半径设置为
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14.271mm至
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13.271mm，所述第二发射透镜（131）出光面曲率半径设置为5.560mm至6.560mm；所述第三发射透镜（132）入光面曲率半径设置为46.183mm至47.183mm，所述第三发射透镜（132）出光面曲率半径设置为33.293mm至34.293mm；所述第四发射透镜（133）入光面曲率半径设置为
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193.657mm至
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192.657mm，所述第四发射透镜（133）出光面曲率半径设置为
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78.827mm至
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77.827mm；所述第五发射透镜（134）入光面曲率半径设置为241.521mm至242.521mm，所述第五发射透镜（134）出光面曲率半径设置为
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218.176mm至
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217.176mm；所述第一发射透镜（121）的中心厚度为1.678mm至2.678mm；所述第二发射透镜（131）的中心厚度为3.500mm至4.500mm；所述第三发射透镜（132）的中心厚度为2.500mm至3.500mm；所述第四发射透镜（133）的中心厚度为8.400mm至9.400mm；所述第五发射透镜（134）的中心厚度为8.500mm至9.500mm；所述第一发射透镜（121）的中心至所述第二发射透镜（131）的中心之间的水平距离为2.500mm至3.500mm；所述第二发射透镜（131）的中心至所述第三发射透镜（132）的中心之间的水平距离为32.760mm至33.760mm；所述第三发射透镜（132）的中心至所述第四发射透镜（133）的中心之间的水平距离为82.668mm至83.668mm；所述第四发射透镜（133）的中心至所述第五发射透镜（134）的中心之间的水平距离为20.874mm至21.874mm；所述第一发射透镜（121）的折射率为1.0864至2.0864，所述第一发射透镜（121）的阿贝数为60.214至61.214；所述第二发射透镜（131）、所述第三发射透镜（132）、所述第四发射透镜（133）和所述第五发射透镜（134）的折射率均为0.9505至1.9505；所述第二发射透镜（131）、所述第三发射透镜（132）、所述第四发射透镜（133）和所述第五发射透镜（134）的阿贝数均为67.321至68.321。5.根据权利要求3所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学系统，其特征在于，所述第一壳体（110）包括第一筒体（111）和第二筒体（112），所述第一筒体（111）形成有第一空间（111a），所述第三发射透镜（132）、所述第四发射透镜（133）和所述第五发射透镜（134...

【专利技术属性】
技术研发人员：范华，张文泉，关晨，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：